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ETHERNET • 267

Netzwerkaufbau

5.1.3 Koppelmodule

Es gibt ein Reihe von Koppelmodulen, die bei dem Aufbau eines ETHERNET Netzwerks eine flexible Gestaltung ermö glichen. Zudem verfü gen sie ü ber wichtige Funktionalitäten, die teilweise sehr ähnlich sind.

Deshalb soll die richtige Wahl und die angemessene Verwendung der Module durch eine tabellarische Gegenü berstellung vereinfacht werden.

Tab. 5-3: Gegenü berstellung der Koppelmodule fü r Netzwerke

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268 • ETHERNET

Wichtige Begriffe

5.1.4 Wichtige Begriffe

Datensicherheit

Soll ein internes Netz (Intranet) an das ö ffentliche Netz (z. B. Internet) angeschlossen werden, so ist die Sicherheit der Daten ein sehr wichtiger Aspekt.

Durch eine sogenannte Firewall kö nnen unerwü nschte Zugriffe ausgeschlossen werden.

Bei der Firewall handelt es sich um eine Software oder eine Netzwerkkomponente, die ähnlich einem Router als Koppelglied zwischen Intranet und

ö ffentlichem Netzwerk geschaltet wird. Die Firewall ist in der Lage Zugriffe ins jeweils andere Netz zu begrenzen oder auch komplett zu sperren, abhängig von der Zugriffsrichtung, dem benutzten Dienst sowie der Identifikation des Netzteilnehmers.

Echtzeitfähigkeit

Oberhalb der Feldbus-Systemebene sind i. Allg. relativ große Datenmengen zu ü bertragen. Die zulässigen Verzö gerungszeiten dü rfen ebenfalls verhältnismäßig große Werte annehmen (0,1...10 Sekunden).

Fü r das Industrie-ETHERNET innerhalb der Feldbus-Systemebene wird hingegen ein Echtzeitverhalten gefordert.

Bei ETHERNET kann z.B. durch die Einschränkung der Busbelastung

(< 10 %) oder durch ein Master-Slave-Prinzip die Erfü llung der Echtzeitanforderungen nahezu realisiert werden.

Das MODBUS/TCP ist ein sogenanntes Master/Slave-Protokoll. Hierbei sprechen die Slaves nur auf die Masterbefehle an. Bei der Verwendung von nur einem Master ergibt sich ein kontrollierter Datenverkehr auf dem Netz und Kollisionen werden vermieden.

Darü ber hinaus kann der gezielten Einsatz der Switchingtechnologie die Echtzeitfähigkeit erhö hen.

TCP/IP

Fü r einen standardisierten Informationsaustausch zwischen beliebig vielen verschiedenen Netzwerken wurde TCP/IP entwickelt. Dabei ist TCP/IP unabhängig von der verwendeten Hardund Software. Oftmals als ein Begriff verwendet, handelt es sich hierbei um mehrere aufeinander aufgesetzte Protokolle: z.B. IP, TCP, UDP, ARP und ICMP.

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ETHERNET • 269

Wichtige Begriffe

Shared ETHERNET

Mehrere Knoten, die ü ber ein Hub vernetzt sind, teilen sich ein gemeinsames Medium. Wird von einer Station eine Nachricht gesendet, so wird diese im gesamten Netz verö ffentlicht und steht jedem angeschlossenen Knoten zur Verfü gung. Die Weiterverarbeitung der Nachricht erfolgt jeweils nur durch den Knoten mit der richtigen Zieladresse. Durch das hohe Datenaufkommen kö nnen Kollisionen auftreten und Nachrichten mü ssen wiederholt ü bertragen werden. Die Verzö gerungszeit ist bei einem Shared ETHERNET so ohne weiteres weder errechenbar noch voraussagbar.

Abb. 5-6: Prinzip von Shared ETHERNET

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Predictable ETHERNET

Ü bertragbare Nachrichten kö nnen durch die TCP/IP-Software oder das Anwenderprogramm in jedem Teilnehmer begrenzt werden, so dass Echtzeitanforderungen nahezu realisiert werden kö nnen. Dabei werden die maximale mittlere Nachrichtenrate (Telegramm pro Sekunde), die maximale mittlere Dauer einer Nachricht und der minimale Zeitabstand zwischen den Nachrichten (Wartezeit des Teilnehmers) beschränkt.

Die Verzö gerungszeit einer Nachricht ist damit voraussagbar (predictable).

Switched ETHERNET

Bei einem Switched ETHERNET wird zur Kopplung mehrerer Feldbusknoten ein Switch eingesetzt. Gelangen zu dem Switch Daten aus einem Netzwerksegment, so speichert er diese und prü ft, in welches Segment und zu welchem Knoten diese Daten gesendet werden soll. Die Nachricht wird dann ausschließlich an den Knoten mit der richtigen Zieladresse ü bermittelt. Das Datenaufkommen im Netz wird verringert, die Bandbreite erhö ht und Kollisionen verhindert. Die Laufzeiten kö nnen definiert und berechnet werden, das Switched ETHERNET ist deterministisch.

Abb. 5-7: Prinzip von Switched ETHERNET

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ETHERNET • 271

Netzwerkkommunikation

5.2.2.1ETHERNET

ETHERNET-Adresse (MAC-ID)

Jeder ETHERNET TCP/IP Feldbus-Koppler/-Controller von WAGO erhält bereits bei seiner Fabrikation eine einmalige und weltweit eindeutige physikalische ETHERNET Adresse, auch MAC-ID (Media Access Control Identity) genannt. Diese kann von dem Netzwerkbetriebssystem zur Adressierung auf Hardware-Ebene verwendet werden.

Die Adresse besitzt eine feste Länge von 6 Byte (48 Bit) und beinhaltet den Adresstyp, die Kennzeichnung fü r den Hersteller und die Seriennummer. Beispiel fü r die MAC-ID eines WAGO ETHERNET TCP/IP Feldbus-Koppler/ -Controller (hexadezimal): 00H-30H-DEH-00H-00H-01H.

Die Adressierung verschiedener Netze ist mit ETHERNET nicht mö glich. Soll ein ETHERNET-Netzwerk mit anderen Netzen verbunden werden, muss deshalb mit ü bergeordneten Protokollen gearbeitet werden.

Beachten

Wenn zwei oder mehr Datennetze miteinander verbunden werden sollen, mü ssen Router eingesetzt werden.

ETHERNET-Datenpaket

Die auf dem Ü bertragungsmedium ausgetauschten Telegramme werden „ETHERNET-Paket“ bzw. nur „Paket“ genannt. Die Ü bertragung erfolgt verbindungslos, d. h. der Sender erhält keine Rü ckmeldung von dem Empfänger. Die Nutzdaten werden in einen Rahmen von Adressinformationen gepackt. Der Aufbau eines solchen Paketes ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abb. 5-9: ETHERNET-Datenpaket

Die Präamble dient zur Synchronisation zwischen Sendeund Empfangsstation. Der ETHERNET-Header beinhaltet die MAC-Adressen des Senders und des Empfängers und ein Typfeld.

Das Typfeld dient zur Identifikation des nachfolgenden Protokolls mittels einer eindeutigen Kodierung (z. B. 0800hex = Internet Protokoll).

5.2.2.2IP-Protokoll

Das Internet Protokoll teilt Datentelegramme in Segmente und ist verantwortlich fü r deren Befö rderung von einem Netzteilnehmer zu einem anderen. Die beteiligten Stationen kö nnen sich dabei in dem selben Netzwerk befinden oder in verschiedenen physikalischen Netzwerken, die aber mit Routern miteinander verbunden sind.

Die Router sind in der Lage, verschiedene Pfade (Netzwerkü bertragungswege) durch einen Netzwerkverbund auszuwählen und somit Ü berlastungen und Stö - rungen einzelner Netze zu umgehen.

Dabei kann es jedoch vorkommen, dass einzelne Strecken gewählt werden, die kü rzer sind als andere. Daraufhin kö nnen sich Telegramme ü berholen und die Reihenfolge (Sequenz) der Datenpakete ist falsch.

Die Gewährleistung der korrekten Ü bertragung muss deshalb in hö heren Schichten, z. B. durch TCP erfolgen.

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