پروتکل چیست؟

پروتکل‌ها در سیستم‌های اسکادا مجموعه‌ای از قوانین و توافق‌نامه‌ها هستند که مشخص می‌کنند دستگاه‌ها چگونه با یکدیگر درون شبکه ارتباط برقرار کنند. این پروتکل‌ها مواردی مانند قالب انتقال داده‌ها، مکانیزم‌های چک و تصحیح خطا، و روش‌های فشرده‌سازی داده‌ها را تعریف می‌کنند تا از صحت و یکپارچگی اطلاعات اطمینان حاصل شود. هر شبکه نیاز به پروتکلی دارد که چگونگی ارسال و دریافت داده‌ها، بررسی وجود خطا و برطرف‌سازی آن‌ها را مدیریت کند

OSI  چارچوبی برای درک شبکه‌ها

مدل OSI (Open Systems Interconnection) یک مدل مرجع هفت لایه است که برای توصیف نحوه ارتباط بین دستگاه‌های شبکه استفاده می‌شود. این مدل، هر فرایند ارتباطی را به هفت لایه تقسیم می‌کند که هر لایه وظیفه خاصی را بر عهده دارد و با لایه‌های مجاور خود تعامل می‌کند.

چرا مدل OSI مهم است؟

• استانداردسازی: مدل OSI یک چارچوب استاندارد برای توسعه و پیاده‌سازی پروتکل‌های شبکه فراهم می‌کند.
• تسهیل درک شبکه‌ها: با تقسیم فرآیند ارتباط به لایه‌های مختلف، درک پیچیدگی‌های شبکه آسان‌تر می‌شود.
• عیب‌یابی: با شناسایی لایه‌ای که مشکل در آن رخ داده است، عیب‌یابی شبکه به طور قابل توجهی ساده‌تر می‌شود.

لایه ‌های مدل  OSI

1. لایه کاربرد (Application):

1. • بالاترین لایه مدل OSI است.
   • مستقیماً با نرم‌افزارهای کاربردی مانند مرورگرها، ایمیل و FTP تعامل دارد.
   • وظیفه ارائه خدمات شبکه‌ای به کاربران را بر عهده دارد.
   • مثال: پروتکل‌های HTTP، FTP، SMTP

2. لایه ارائه (Presentation):

1. • داده‌ها را برای انتقال آماده می‌کند.
   • وظایف آن شامل فشرده‌سازی داده‌ها، رمزنگاری و تبدیل داده‌ها به فرمت استاندارد است.
   • مثال: تبدیل کدهای کاراکتر بین سیستم‌های مختلف

3. لایه جلسه (Session):

1. • مدیریت جلسات ارتباطی بین دستگاه‌ها را بر عهده دارد.
   • وظایف آن شامل برقراری، نگهداری و پایان دادن به جلسات است.
   • مثال: پروتکل‌های RPC (Remote Procedure Call)

4. لایه انتقال (Transport):

1. • اطمینان از انتقال قابل اعتماد داده‌ها را بر عهده دارد.
   • وظایف آن شامل تقسیم داده‌ها به بسته‌ها، شماره گذاری بسته‌ها، کنترل جریان و تشخیص خطا است.
   • مثال: پروتکل‌های TCP، UDP

5. لایه شبکه (Network):

1. • مسیریابی داده‌ها در شبکه‌های گسترده را مدیریت می‌کند.
   • وظیفه آن تعیین مسیر مناسب برای ارسال داده‌ها از مبدا به مقصد است.
   • مثال: پروتکل IP

6. لایه پیوند داده (Data Link):

1. • اطمینان از انتقال صحیح داده‌ها بین دستگاه‌های متصل به یک شبکه محلی را بر عهده دارد.
   • وظایف آن شامل تشخیص و تصحیح خطا، کنترل دسترسی به رسانه و تعریف فریم‌ها است.
   • مثال: پروتکل‌های Ethernet، PPP

7. لایه فیزیکی (Physical):

1. • پایین‌ترین لایه است و مسئول تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های فیزیکی و برعکس است.
   • وظیفه آن تعریف مشخصات فیزیکی رسانه انتقال مانند کابل‌ها و کانکتورها است.
   • مثال: استانداردهای فیزیکی مانند RS-232، Ethernet

پروتکل‌های اتوماسیون صنعتی و اسکادا

پروتکل‌های متعددی در اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های اسکادا وجود دارند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. برخی از این پروتکل‌ها شامل موارد زیر است:

1. IEC-101: پروتکل اسکادای استاندارد برای ارتباط دیسپاچینگ و پایانه‌های راه دور. از این پروتکل در ارتباطات انتقال نیرو استفاده می‌شود.
2. IEC-104: نسخه بهبود یافته IEC-101 که قابلیت اتصال به شبکه‌های TCP/IP را دارد و در سیستم‌های مدرن اسکادا استفاده می‌شود.
3. DNP3: یک پروتکل باز برای اتوماسیون صنعتی که به‌ویژه در ارتباطات بین تجهیزات در سیستم‌های اسکادا کاربرد دارد. این پروتکل به دلیل قابلیت‌های بالای خود در مدیریت ارتباطات پیچیده و امنیت، بسیار محبوب است.
4. IEC-103: برای ارتباط با تجهیزات حفاظتی استفاده می‌شود و بیشتر در زیرسیستم‌های حفاظتی در ایستگاه‌های برق کاربرد دارد.
5. Modbus: پروتکلی ساده و پرکاربرد در اتوماسیون صنعتی که برای ارتباطات بین تجهیزات مختلف از جمله PLCها و سیستم‌های نظارتی استفاده می‌شود.
6. IEC-61850: پروتکل پیشرفته‌ای برای اتوماسیون پست‌های برق که امکان ارتباطات زمان واقعی بین تجهیزات مختلف پست را فراهم می‌کند. این پروتکل از مفاهیم شیءگرایی و مدل‌سازی داده‌ها استفاده می‌کند.
7. 2/ICCP: پروتکل اسکادا برای ارتباطات بین مراکز کنترل، که اطلاعات مربوط به پایگاه‌های مختلف را تبادل می‌کند.

این پروتکل‌ها بهینه‌سازی و امنیت بالایی را در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و اسکادا فراهم می‌آورند و استفاده صحیح از آن‌ها باعث افزایش کارایی و پایداری سیستم می‌شود.

امنیت در پروتکل‌های اسکادا

امنیت یکی از مهم‌ترین جنبه‌های سیستم‌های اسکادا است. حملات سایبری می‌توانند به عملکرد سیستم‌های حیاتی آسیب جدی وارد کنند. برخی از روش‌های افزایش امنیت در پروتکل‌های اسکادا عبارتند از:

• رمزنگاری: برای محافظت از داده‌ها در برابر دسترسی غیرمجاز
• احراز هویت: برای تأیید هویت کاربران و دستگاه‌ها
• تشخیص نفوذ: برای شناسایی و مقابله با حملات سایبری
• به‌روزرسانی نرم‌افزار: برای رفع آسیب‌پذیری‌ها

آینده پروتکل‌های اسکادا

با پیشرفت فناوری، پروتکل‌های اسکادا نیز در حال تکامل هستند. برخی از روندهای مهم عبارتند از:

• IoT و اسکادا: ادغام فناوری IoT با سیستم‌های اسکادا برای ایجاد سیستم‌های هوشمند و خودکار
• کلود کامپوتینگ: استفاده از کلود برای پردازش داده‌های بزرگ و ارائه خدمات مبتنی بر ابر
• هوش مصنوعی: استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود عملکرد سیستم‌های اسکادا و اتخاذ تصمیمات هوشمندانه

پیاده‌سازی صحیح

مدل OSI یک چارچوب مفهومی است که به ما کمک می‌کند تا عملکرد شبکه‌ها را بهتر درک کنیم. هر لایه در این مدل وظایف خاصی را بر عهده دارد و با لایه‌های مجاور خود تعامل می‌کند. درک این مدل برای عیب‌یابی شبکه‌ها، طراحی شبکه‌های جدید و پیاده‌سازی پروتکل‌ها بسیار مهم است. با انتخاب و پیاده‌سازی صحیح پروتکل‌ها، می‌توان به بهبود کارایی، قابلیت اطمینان و امنیت سیستم‌های اسکادا دست یافت. با پیشرفت فناوری، پروتکل‌های جدید و پیشرفته‌تری در حال توسعه هستند که امکانات بیشتری را برای سیستم‌های اسکادا فراهم می‌کنند.