ما هو Ethernet/IP؟

سنتعرف في هذا المقال على بروتوكول Ethernet/IP واستخداماته في أنظمة الأتمتة الصناعيّة، و سنوضّح الفرق بين الإيثرنت وبروتوكولات الإنترنت IP قبل مناقشة تطبيقات الإيثرنت الصناعيّة.

يربط معظم الناس الإيثرنت بفكرة التوصيل المادي فقط، ويوجد غالباً مأخذ إيثرنت خاص في أجهزة الحاسوب يصل الكابل بينه وبين الراوتر أو محول معين، ويكون نوع الاتصال في هذه الحالة LAN (أي شبكة محلية النطاق)، لكن الإيثرنت ليس طريقة اتّصال فقط بل هو بروتوكول IEEE.

الشكل 1 مأخذ إيثرنت الذي يصل بين الراوتر والحاسوب (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 1 مأخذ إيثرنت الذي يصل بين الراوتر والحاسوب (مصدر الصورة موقع RealPars)

نقول عادةً خلال استخدامنا اليومي للإنترنت أنّنا متصلين بوساطة الإيثرنت أو الاتّصال اللاسلكي دون الحاجة للدخول في تفاصيل حالات اتصال البروتوكولات الفعليّة والطبقات والتراكمات وغيرها، وسندخل الآن في بعض التفاصيل بعد أن أوضحنا أنّ الإيثرنت هو بروتوكول أيضاً ولا يقتصر على الاتّصال المادي فقط.

تُعدّ معظم الاتّصالات في حواسيبنا أو أجهزتنا من خلال شبكة أو أكثر بوساطة “الحزم”، ويضع بروتوكول الإيثرنت قواعد مشتركة لإرسال واستقبال الحزم نظراً لتعدّد الأجهزة التي ترسل و/أو تستقبل البيانات.

الشكل 2 أجهزة موصولة بالراوتر وتمرر الحزم بوساطة الإيثرنت(مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 2 أجهزة موصولة بالراوتر وتمرر الحزم بوساطة الإيثرنت (مصدر الصورة موقع RealPars).

البروتوكول TCP/IP هو أحد أشهر بروتوكولات الاتصال، ويستخدم على نطاق واسع في مجال اتصالات الإنترنت؛ إذ يشير الاختصار TCP إلى (بروتوكول النقل والتحكم) والاختصارIP  إلى (بروتوكول الانترنت)، وهناك بروتوكولات أخرى مثل OSI (توصيل النظام المفتوح).

 بروتوكول TCP/IP هو بروتوكول طبقي ويتألف من الطبقات التالية:

  • التطبيقات
  • TCP
  • IP
  • الشبكة

الوظائف الأساسية موضحة ولكنها كثيرة، وتحتوي كلّ طبقة على الكثير من التفاصيل؛ إذ تملك كلّ طبقة وظيفة تنفذها وعند الانتهاء منها تنتقل البيانات للطبقة التالية.

الشكل 3 طبقات TCP/IP (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 3 طبقات TCP/IP (مصدر الصورة موقع RealPars).

يمرّر حاسوب النقل بياناته لطبقة التطبيقات، وتعمل هذه الطبقة مع برامج التطبيقات لتزويد الاتصالات التي قد تكون مطلوبة مثل HTTP وFTP  وPOP  وDNS  وIMAP  وغيرها، وتضيف كذلك بعض البيانات التي تعرف وتوجه البيانات السابقة ثم تمرّرها لطبقة TCP؛ إذ تتمثل وظيفة طبقات TCP بتجميع وتجزئة البيانات والتحقق من الأخطاء، وتضيف طبقة بروتوكول الإنترنت IP العديد من المعرّفات، ثمّ تنقل البيانات خلال طبقة الشبكة التي تجمع البيانات في حزم الإيثرنت أو أي بروتوكولات أخرى مطلوبة قبل نقلها لجهاز مزوّد خدمة الانترنت.

تصعد هذه البيانات وتهبط ضمن الحزمة أو الطبقة باستمرار؛ إذ تُجمع وتُجزأ وتُضاف رؤوس ومعلومات وتُحذف، وبالتالي يولد نقل البيانات حزم إيثرنت.

الشكل 4 شرح طبقات TCP/IP (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 4 شرح طبقات TCP/IP (مصدر الصورة موقع RealPars).

يعرض هذا الجهاز (طبقة التطبيقات) بياناته التي تنتقل من طبقة إلى أخرى، ثم تُرسل بوساطة حزمة إيثرنت لطبقة الشبكة والتي تتّصل بدورها بالحاسوب أو بوحدة تحكّم منطقيّة قابلة للبرمجة PLC، ومن الممكن أن يكون هذا الجهاز فيسبوك أو غوغل أو محوّل تردد VFD أو مرسل تدفّق.

والآن بعد أن شرحنا مفهوم حزمة الإيثرنت وصلنا للجزء IP من المصطلح Ethernet/IP أو EIP.

تمثل IP هنا اختصارا ل  Industrial Protocol أي البروتوكول الصناعي وليس بروتوكول الإنترنت كما ذُكِرَ سابقاً، وللتوضيح فإنّ الجزء IP من البروتوكول هو ببساطة استخدام الطبقة التحتيّة للإيثرنت بالاقتران مع البروتوكول الصناعي الذي يستخدم بروتوكول صناعي مشترك، أو طبقات CIP مجتمعة مع TCP/IP أو طبقات بروتوكول مخطط بيانات المستخدم UDP لإنشاء بروتوكول يمكن استخدامه لدعم تبادل البيانات والتحكم بالتطبيقات.

سنجزئ كلاً من البروتوكولات TCP/IP وUDP لنقدم لك فكرة عن التطبيقات وأنواع البروتوكولات التي تستعملها.

الشكل 5 نموذج OSI لبروتوكول إيثرنت (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 5 نموذج OSI لبروتوكول إيثرنت (مصدر الصورة موقع RealPars).

هناك علاقة إرسال واستقبال في بروتوكول TCP/IP؛ إذ تهبط الحزم في التراكيب البرمجية وتصل للجهاز المتصل بالشبكة، وتصعد رسالة تهيئة مجدداً في التراكيب البرمجية إلى طبقة التطبيقات، ويمكن أن يستخدم هذا البروتوكول مع محوّل تردّد؛ إذ يأمر بسرعة معينة ويضمن أنّ محوّل التردّد تلقى إشعاراً.

الشكل 6 مبدأ عمل بروتوكول TCP/IP(مصدر الصورة موقع RealPars)
الشكل 6 مبدأ عمل بروتوكول TCP/IP(مصدر الصورة موقع RealPars).

بالنسبة لبروتوكول UDP فهناك نقل مستمرّ ولا يُطلب إشعار بالاستلام، ويُستخدم هذا البروتوكول في دخل وخرج الإيثرنت على PLC أو مرسل التدفّق مثلاً، ويرسل هذا الجهاز باستمرار حالة بياناته، ولا تفشل العملية في حال عدم استلام الحزمة إذ تكون الحزمة التالية في طريقها للوصول.

الشكل 7 مبدأ عمل بروتوكول UDP (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 7 مبدأ عمل بروتوكول UDP (مصدر الصورة موقع RealPars).

يستخدم البروتوكول الصناعي المشترك CIP تصميم برمجة كائنية التوجه لتمثيل ملفات تعريف الجهاز لمغير التردد VFD ، وعند استخدام أوامر CIP عند التعامل مع جهاز PLC يمكن البحث عن نوع البيانات المطلوب مثل التردد والسرعة أو الأخطاء وإضافة رقم التجميع (يشير رقم التجميع إلى معرف فريد يتم تعيينه لكائن التجميع. كائنات التجميع هي مجموعات من البيانات التي تُجمَع معًا لتسهيل الاتّصال بين الأجهزة) هذا لأوامر الـ CIP،

وتمثّل البيانات المتبادلة عدداً من سجّلات البيانات التي تعيّنها لعلامات خاصة بك إلى بياناتك المطلوبة.

الشكل 8 النقل في بروتوكول CIP (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 8 النقل في بروتوكول CIP (مصدر الصورة موقع RealPars).

يتوافق Ethernet/IP مع العديد من معايير المحولات المستخدمة في مجال الأتمتة الصناعيّة مما يسهل تنفيذها، ويمكن التعامل بسهولة مع مجموعة سرعات تتراوح بين 10 و 100 ميغا بايت بفضل هذه المحولات، ويستخدم Ethernet/IPحزم إيثرنت مع البروتوكول الصناعي ل CIP وTCP/IP أو طبقات UDP لتزويد المتحكم بالبيانات المطلوبة.

الشكل 9 بروتوكول  Ethernet/IPأثناء التوصيل (مصدر الصورة موقع RealPars).
الشكل 9 بروتوكول  Ethernet/IPأثناء التوصيل (مصدر الصورة موقع RealPars).

ترجمة:سها أديب
مراجعة:يارا قاضون
تدقيق لغوي:تيماء العبيد
تحرير:نور شريفة