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272 • ETHERNET

Netzwerkkommunikation

IP-Adressen

Fü r die Kommunikation im Netz muss jeder Feldbusknoten ü ber eine 32-Bit lange Internet-Adresse (IP-Adresse) verfü gen.

Beachten

Internet-Adressen mü ssen im gesamten Netzwerkverbund einmalig sein.

Wie unten aufgezeigt gibt es verschiedene Adressklassen mit unterschiedlich langer Netzwerk-Identifikation (Net-ID) und Hostrechner-Identifikation (HostID). Die Net-ID definiert das Netzwerk, in dem sich der Teilnehmer befindet. Die Host-ID identifiziert einen bestimmten Teilnehmer innerhalb dieses Netzwerkes.

Zur Adressierung werden Netze in mehreren Netzwerkklassen unterschieden:

•Class A: (Net-ID: Byte1, Host-ID: Byte2 - Byte4)

Das hö chste Bit bei Class A Netzen ist immer 0. D. h. das hö chste Byte kann im Bereich von

0 0000000 bis 0 1111111 liegen.

Der Adressbereichs der Class A Netze liegt somit im ersten Byte immer zwischen 0 und 127.

•Class B: (Net-ID: Byte1 - Byte2, Host-ID: Byte3 - Byte4)

Die hö chsten Bits bei Class B Netzen ist immer 10. D. h. das hö chste Byte kann im Bereich von

10 000000 bis 10 111111 liegen.

Der Adressbereichs der Class B Netze liegt somit im ersten Byte immer zwischen 128 und 191.

•Class C: (Net-ID: Byte1 - Byte3, Host-ID: Byte4)

Die hö chsten Bits bei Class C Netzen ist immer 110. D. h. das hö chste Byte kann im Bereich von

110 00000 bis 110 11111 liegen.

Der Adressbereich der Class C Netze liegt somit im ersten Byte immer zwischen 192 und 223.

Weitere Netzwerkklassen (D, E) werden nur fü r Sonderaufgaben verwendet.

Weitere Informationen

i Eine ausfü hrliche Beschreibung dieser Grundlagen finden Sie im Internet unter http://www.WuT.de (W&T, Handbuch TCP/IP-ETHERNET fü r Einsteiger).

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Jedem WAGO ETHERNET TCP/IP Feldbus-Koppler/-Controller kann ü ber das implementierte BootP Protokoll sehr leicht eine IP-Adresse zugeteilt werden. Als Empfehlung fü r ein kleines internes Netzwerk gilt hier NetzwerkAdressen aus dem Class C Bereich zu wählen.

Beachten

Dabei muss beachtet werden, dass niemals alle Bits in einem Byte gleich 0 oder gleich 1 gesetzt sind (Byte = 0 oder 255). Diese sind fü r spezielle Funktionen reserviert und dü rfen nicht vergeben werden. Z. B. darf die Adresse 10.0.10.10 wegen der 0 im zweiten Byte nicht verwendet werden.

Soll ein Netzwerk direkt mit dem Internet verbunden werden, so kö nnen nur von einer zentralen Vergabestelle zugeteilte weltweit einmalige IP-Adressen verwendet werden. Die Vergabe in Deutschland erfolgt z. B. durch das DE NIC (Deutsches Netzwerk Informations Center) in Karlsruhe.

Beachten

Eine direkte Internetanbindung sollte nur durch einen autorisierten Netzwerkadministrator erfolgen und ist deshalb nicht in diesem Handbuch beschrieben.

Subnetzwerke

Um das Routing innerhalb von großen Netzwerken zu ermö glichen, wurde in der Spezifikation RFC 950 eine Konvention eingefü hrt. Dabei wird ein Teil der Internet-Adresse, die Host-ID, weiter unterteilt und zwar in eine Subnetzwerknummer und die eigentliche Stationsnummer des Knoten. Mit Hilfe der Netzwerknummer kann nun innerhalb des Teilnetzwerkes in interne Unternetzwerke verzweigt werden, von außen aber ist das gesamte Netzwerk als Einheit sichtbar. Größ e und Lage der Subnetzwerk-ID sind nicht festgeschrieben, die Größ e ist jedoch abhängig von der Anzahl der zu adressierenden Subnetze und die Anzahl der Hosts pro Subnetz.

Abb. 5-10: Klasse B-Adresse mit Feld fü r Subnetzwerk-ID

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Netzwerkkommunikation

Subnetz-Maske

Fü r die Kodierung der Subnetze im Internet wurde die sogenannte SubnetzMaske eingefü hrt. Dabei handelt es sich um eine Bit-Maske, mit der spezielle Bits der IP-Adresse ausgeblendet, bzw. selektiert werden kö nnen. Die Maske definiert, welche Bits der Host-ID fü r die Subnetz-Kodierung verwendet werden und welche die ID des Hosts bezeichnen. Der gesamte IP-Adressbereich liegt theoretisch zwischen 0.0.0.0 und 255.255.255.255. Fü r die Subnetz-Maske sind jeweils die 0 und die 255 aus dem IP-Adressbereich reserviert.

Die von der jeweiligen Netzwerkklasse abhängigen Standard Masken sehen wie folgt aus:

•Class A Subnetz-Maske:

•Class B Subnetz-Maske:

•Class C Subnetz-Maske:

Je nach Subnetz-Unterteilung kö nnen die Subnetz-Masken ü ber 0 und 255 hinaus aber auch andere Werte enthalten, wie z. B. 255.255.255.128 oder 255.255.255.248, usw.

Die Subnetz-Masken Nummer wird Ihnen von Ihrem Netzwerkadministrator zugewiesen.

Zusammen mit der IP-Adresse bestimmt diese Nummer, zu welchem Netzwerk Ihr PC und Ihr Knoten gehö rt.

Die Empfängerknoten, der sich in einem Subnetz befindet, berechnet zunächst die richtige Netzwerknummer aus seiner eigenen IP-Adresse und der Subnetz- werk-Maske.

Erst im Anschluss daran ü berprü ft er die Knotennummer und liest dann bei Ü bereinstimmung den gesamten Paket-Rahmen aus.

Beispiel fü r eine IP-Adresse aus einem Class B-Netz:

Beachten

Die vom Administrator festgelegte Netzwerk-Maske muss bei der Installation des Netzwerkprotokolls genauso wie die IP-Adresse angegeben werden.

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Gateway

Die Subnetze des Internets sind in der Regel ü ber Gateways verbunden. Diese Gateways dienen dazu, Pakete an andere Netzwerke oder Subnetze weiterzuleiten.

Fü r einen an das Internet angeschlossenen PC oder Feldbusknoten bedeutet das, dass zusätzlich zur IP-Adresse und Netzwerk-Maske fü r jede Netzwerkkarte die korrekte IP-Adresse des Standard-Gateways angegeben werden muss. Diese IPAdresse sollte Ihnen ebenfalls von Ihrem Netzwerkadministrator zur Verfü gung gestellt werden.

Ohne Angabe dieser Adresse bleibt die IP-Funktionalität auf das lokale Subnetz beschränkt.

IP-Datenpakete

Die IP-Datenpakete enthalten neben den zu transportierenden Nutzdaten eine Fü lle von Adress- und Zusatzinformationen in dem "Paketkopf".

Die wichtigsten Informationen in dem IP-Header sind die IP-Adressen vom Absender und Empfänger sowie das benutzte Transportprotokoll.

5.2.2.3TCP-Protokoll

Aufgesetzt auf das Internet-Protokoll ü bernimmt TCP (Transmission Control Protocol) die Sicherung des Datentransportes durch das Netzwerk.

Dazu stellt TCP fü r die Dauer der Datenü bertragung eine Verbindung zwischen zwei Teilnehmern her. Die Kommunikation erfolgt im Voll-Duplexverfahren, d. h. beide Teilnehmer kö nnen gleichzeitig Daten empfangen und versenden. Die ü bertragenen Nutzdaten werden von TCP mit einer 16 bit-Prü fsumme versehen und jedes Datenpaket erhält eine Sequenznummer.

Der Empfänger ü berprü ft anhand der Prü fsumme den korrekten Empfang des Paketes und verrechnet anschließend die Sequenznummer. Das Ergebnis nennt sich Acknowledgement-Nr. und wird mit dem nächsten selbstversendeten Paket als Quittung zurü ckgesendet.

Dadurch ist gewährleistet, dass der Verlust von TCP-Paketen bemerkt wird, und diese im Bedarfsfall in korrekter Abfolge erneut gesendet werden kö nnen.

TCP-Portnummern

TCP kann zusätzlich zur IP-Adresse (Netzund Host-Adresse) gezielt eine spezielle Anwendung (Dienst) auf dem adressierten Host ansprechen. Dazu werden die auf einem Host befindlichen Anwendungen, wie z. B. Web-Server, FTPServer und andere, ü ber unterschiedliche Portnummern adressiert. Fü r bekannte Anwendungen werden feste Ports vergeben, auf die sich jede Anwendung beim Verbindungsaufbau beziehen kann.

Eine komplette Liste der "normierten Dienste" findet sich in den Spezifikationen RFC 1700 (1994).

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TCP-Datenpaket

Der Paketkopf eines TCP-Datenpakets besteht aus mindestens 20 Byte und enthält unter anderem die Portnummer der Applikation des Absenders sowie die des Empfängers, die Sequenznummer und die Acknowledgement-Nr.

Das so entstandene TCP-Paket wird in den Nutzdatenbereich eines IP-Paketes eingesetzt, so dass ein TCP/IP-Paket entsteht.

5.2.2.4UDP

Das UDP-Protokoll ist, wie auch das TCP-Protokoll, fü r den Datentransport zuständig. Im Vergleich zum TCP-Protokoll ist UDP nicht verbindungsorientiert. Das heißt es gibt keine Kontrollmechanismen bei dem Datenaustausch zwischen Sender und Empfänger. Der Vorteil dieses Protokolls liegt in der Effizienz der ü bertragenen Daten und damit in der resultierenden hö heren Verarbeitungsgeschwindigkeit.

5.2.2.5ICMP

Das Internet Control Message Protokoll dient dazu, Fehler im Netzwerk der verursachenden oder der betroffenen Station zu melden. Das ICMP-Protokoll ist in den Spezifikationen RFC 792 beschrieben.

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