IP Addressing

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Realizzare reti con sistemi di automazione, di controllo processo e si supervisione e acquisizione dati, significa oggi utilizzare al meglio le possibilità offerte dalle tecnologie di networking Ethernet e IP.

Le applicazioni chiave di Ethernet industriale sono le reti IACS, acronimo utilizzato per indicare tutto ciò che ricade in ambito Industrial Automation and Control Systems. Le aziende manifatturiere e i vendor di tecnologie si stanno muovendo verso soluzioni de-facto standard per le reti industriali, anche se nella realtà si tratta di un work in progress rallentato dalla presenza di sistemi esistenti che non si vogliono dismettere e dall’usuale tempistica dei cicli di investimento, eventualmente rallentata da sfavorevoli condizioni al contorno. Le tecnologie di networking Ethernet e IP sono anche la base per una convergenza tra reti “manufacturing” e reti “enterprise/business”, verso architetture ora denominate come CPwE, Converged Plantwide Ethernet, integrazione tra reti dedicate alla gestione e controllo dei processi manifatturieri e reti business. Queste considerazioni, che nella sostanza riassumono l’attuale trend delle reti industriali pur in un ambito terminologico che si riferisce a un approfondito studio congiunto di Cisco e Rockwell Automation, ci apre la strada al focus di questo articolo: l’IP addressing, concetto base per l’IACS networking. Infatti, sul fronte pratico, a ogni dispositivo presente in una rete per Industrial Automation and Control Systems, sia esso un server o un semplice dispositivo, è assegnato un indirizzo IP (Internet Protocol Address), cosa che lo rende indirizzabile.

Considerazioni sugli standard

In tutti i sistemi di comunicazione vi sono specifiche procedure di colloquio per permettere un corretto intercambio dati tra i dispositivi in rete, e il riferimento è ai protocolli, da intendersi come set formale di convenzioni che regolano il format e il timing relativo a uno scambio dati tra i partner di una rete. Ogni livello del 7-layer OSI (Open System Interconnection) Reference Model prevede protocolli con specifiche caratteristiche funzionali: per esempio, a livello applicativo OSI troviamo, per comunicazioni Internet o Internet-like, i ben noti HTTP, HTTPS, SNMP, mentre a livello trasporto sono allocati TCP, UDP, e a livello di collegamento sono utilizzabili Ethernet, Token Ring, FDDI oppure WiMax (se parliamo di wireless). Quello che qui più interessa è il livello di rete, di cui tra gli altri, fanno parte IPv4 e IPv6, entrambi standard chiave per l’IP addressing: il primo definisce un indirizzo IP a 32 bit, ed è il più adottato, mentre il secondo, con indirizzo a 128 bit, è ancora poco adottato e praticamente sconosciuto in ambito reti per manufacturing. In sostanza, si assume come standard per l’IP addressing il protocollo IPv4.

Anatomia di un indirizzo IP

Un indirizzo IP, che individua univocamente un dispositivo in rete, è costituito da 32 bit che possono essere suddivisi in porzione Network e Nodo. I quattro byte costituenti i 32 bit sono rappresentati come valori decimali separati da un punto (o dot, da cui dotted decimal format), con il valore in ciascun byte che va da 0 a 255 decimale (da 00000000 a 11111111 binario). Per la conversione binario-decimale vale la regola del “2 elevato alla bit position” in ambito byte. Giusto per esemplificare, dato il byte 11110010, il valore decimale si ottiene partendo dal bit più a destra (bit position 0) che essendo 0, “non pesa”; il secondo bit da destra (bit position 1) è un 1, per cui 2 elevato alla 1, quindi valore 2; il prossimo bit 1 è quello di bit position 4, per cui 2 elevato alla 4 è 16; si hanno poi 2 alla 5 (32), 2 alla 6 (64), 2 alla 7 (128): il byte 11110010 equivale a 2 + 16 + 32 + 64 + 128, cioè 242. I byte sono poi spezzati e diversamente accomodati per avere schemi di indirizzamento per reti grandi e piccole.

Le classi di reti

Si possono individuare 3 classi di reti (A, B e C), e anche se questa distinzione è raramente usata nella pratica industriale, la manteniamo in questo contesto in quanto utile a una migliore comprensione di IP Addressing e Subnetting. Con riferimento alla figura 1 presente nell’articolo (che riporta anche Class D ed E che non trattiamo), dato un indirizzo IP la sua classe può essere determinata dai tre bit di ordine più alto. Per esempio, considerando la classe A, il Network ID indica che si può avere un massimo di 127 reti (il primo byte a sinistra ha disponibili di fatto solo 7 bit, in quanto il primo bit, fisso a 0, è usato per indicare la classe), mentre la parte Node ID può usare tutti i 3 byte successivi, quindi 24 bit da cui 16.777.216 indirizzi per rete; lo start address è 0.0.0.0 mentre l’end address è 127.255.255.255. La successiva classe B (bit “1” e bit “0” fissi nel primo byte) differisce dalla classe A per un Network ID più ampio, e solo 16 bit per Node ID, quindi 16.384 reti e 65.536 indirizzi per rete. Inode ID, solo 8 bit, da cui 256 indirizzi per rete, ma un elevato numeto di reti, pari a 2.097.152. Come conclusione di questa parte, al di là dei numeri risulta evidente come un utilizzo specifico dei diversi byte dell’IP a 32 bit comporta la possibilità di scelte organizzative diverse.

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