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122 • ETHERNET

Netzwerkkommunikation

5.3.2 Kommunikationsprotokolle

Zu dem ETHERNET Standard sind in dem WAGO ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controller folgende wichtige Kommunikationsprotokolle implementiert:

•IP Version 4 (Raw-IP und IP-Multicast )

•TCP

•UDP und

•ARP

Die folgende Darstellung zeigt den Aufbau der Datenstrukturen, die aus diesen Protokollen resultieren. Dabei wird deutlich, wie die Datenpakete der Kommunikationsprotokolle Ethernet, TCP und IP mit dem aufsetzenden Anwendungsprotokoll MODBUS für eine Übertragung ineinander verschachtelt werden. Welche Aufgaben und Adressierungsverfahren diese Protokolle dabei im Einzelnen haben, wird in den anschließenden Kapiteln beschrieben.

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Netzwerkkommunikation

5.3.2.1 ETHERNET

ETHERNET-Adresse (MAC-ID)

Jeder ETHERNET TCP/IP Feldbus-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 für den Hersteller und die Seriennummer.

Beispiel für die MAC-ID eines WAGO ETHERNET TCP/IP FeldbusController (hexadezimal): 00H-30H-DEH-00H-00H-01H.

Die Adressierung verschiedener Netze ist mit ETHERNET nicht möglich. Soll ein ETHERNET-Netzwerk mit anderen Netzen verbunden werden, muss deshalb mit übergeordneten Protokollen gearbeitet werden.

Beachten

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

ETHERNET-Datenpaket

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

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).

5.3.2.1.1 Buszugriffsverfahren CSMA/CD

Der Zugriff der Feldbusknoten auf den Bus geschieht beim ETHERNET

Standard über das sogenannte Konkurrenzverfahren CSMA/CD (Carrier

Sense Multiple Access/ Collision Detection).

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Netzwerkkommunikation

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

Die höchsten Bits bei Class B Netzen ist immer 10. D. h. das höchste 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 höchsten Bits bei Class C Netzen ist immer 110. D. h. das höchste 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 für Sonderaufgaben verwendet.

Weitere Informationen

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

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

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Netzwerkkommunikation

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 für spezielle Funktionen reserviert und dürfen 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 können 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 ermöglichen, wurde in der Spezifikation RFC 950 eine Konvention eingeführt. 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. Größe und Lage der Subnetzwerk-ID sind nicht festgeschrieben, die Größe 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 für Subnetzwerk-ID

Subnetz-Maske

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

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