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ETHERNET • 127

Netzwerkkommunikation

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

•Class A Subnetz-Maske:

Je nach Subnetz-Unterteilung können die Subnetz-Masken über 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 gehört.

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

Erst im Anschluss daran überprüft er die Knotennummer und liest dann bei Übereinstimmung den gesamten Paket-Rahmen aus.

Beispiel für 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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Netzwerkkommunikation

Gateway

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

Für einen an das Internet angeschlossenen PC oder Feldbusknoten bedeutet das, dass zusätzlich zur IP-Adresse und Netzwerk-Maske für jede Netzwerkkarte die korrekte IP-Adresse des Standard-Gateways angegeben werden muss. Diese IP-Adresse sollte Ihnen ebenfalls von Ihrem Netzwerkadministrator zur Verfügung 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 Fülle von Adressund Zusatzinformationen in dem "Paketkopf".

Abbildung 5.1: IP-Datenpaket

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

5.3.2.2.1 RAW-IP

Raw-IP kommt ohne Protokolle, wie z. B. PPP (Punkt-zu-Punkt-Protokoll) aus. Bei RAW-IP werden die TCP/IP-Pakete direkt, ohne Handshaking ausgetauscht, wodurch ein schnellerer Verbindungsaufbau möglich ist. Zuvor muss allerdings die Konfiguration mit einer festen IP-Adresse stattgefunden haben. Vorteile von RAW-IP sind eine hohe Datentransferrate und eine gute Stabilität.

5.3.2.2.2 IP-Multicast

Unter Multicast versteht man eine Übertragungsart von einem Punkt zu einer Gruppe, also eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragung oder auch Mehrpunktverbindung genannt. Der Vorteil von Multicast liegt darin, dass gleichzeitig Nachrichten über eine Adresse an mehrere Teilnehmer oder geschlossene Teilnehmergruppen (Closed User Groups) übertragen werden. IP-Multicasting auf der Internetwork-Ebene wird durch das Internet Group Message Protocol IGMP realisiert; dieses Protokoll wird von NachbarRoutern benutzt, um sich gegenseitig über Gruppenzugehörigkeiten zu informieren.

Bei der Verteilung von Multicast-Paketen im Subnetwork geht IP davon aus, daß der Datalink-Layer seinerseits Multicasting zur Verfügung stellt. Im Falle Ethernet sind Multicast-Adressen vorhanden, mit denen ein durch sie adressiertes Paket durch eine einzige Sendeoperation am mehrere Empfänger verschickt wird. Hier stützt man sich darauf, daß ein gemeinsames Medium die Möglichkeit bietet, Pakete an mehrere Empfänger gleichzeitig zu senden. Die Stationen untereinander müssen sich nicht informieren, wer zu einer Multicastadresse gehört - jede Station empfängt physikalisch jedes Paket. Die Adreßauflösung von IP-Adresse zu Ethernet-Adresse wird algorithmisch gelöst, IP-Multicast-Adressen werden in Ethernet-Multicastadressen eingebettet.

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5.3.2.3 TCP-Protokoll

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

Dazu stellt TCP für die Dauer der Datenübertragung eine Verbindung zwischen zwei Teilnehmern her. Die Kommunikation erfolgt im Voll-Duplex- verfahren, d. h. beide Teilnehmer können gleichzeitig Daten empfangen und versenden.

Die übertragenen Nutzdaten werden von TCP mit einer 16 bit-Prüfsumme versehen und jedes Datenpaket erhält eine Sequenznummer.

Der Empfänger überprüft anhand der Prüfsumme 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 zurückgesendet.

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

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, FTP-Server und andere, über unterschiedliche Portnummern adressiert. Für 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).

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.

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Netzwerkkommunikation

5.3.2.4 UDP

Das UDP-Protokoll ist, wie auch das TCP-Protokoll, für 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 übertragenen Daten und damit in der resultierenden höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit.

5.3.2.5 ARP

ARP (Abkürzung für "Address Resolution Protocol").

Dieses Protokoll verbindet die IP-Adresse mit der physikalischen MACAdresse der jeweiligen Ethernet-Karte. Es kommt immer dann zum Einsatz, wenn die Datenübertragung zu einer IP-Adresse im gleichen logischen Netz erfolgt, in dem sich auch der Absender befindet.

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5.3.3 Anwendungsprotokolle

Aufbauend auf die oben beschriebenen Kommunikationsprotokolle sind in dem WAGO ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controller verschiedene Anwendungsprotokolle implementiert.

Diese Protokolle ermöglichen dem Benutzer einen einfachen Zugriff auf den Feldbusknoten:

•MODBUS TCP (UDP),

•Ethernet/IP

Weitere Protokolle dienen zur Verwaltung und Diagnose des Systems:

•BootP,

•HTTP,

•DHCP,

•DNS,

•SNTP,

•FTP,

•SNMP und

•SMTP.

5.3.3.1MODBUS

MODBUS ist ein herstellerunabhängiger, offener Feldbusstandard für vielfältige Anwendungen in der Fertigungsund Prozessautomation.

Das MODBUS-Protokoll ist für die Übermittlung des Prozessabbildes, der Feldbusvariablen, verschiedener Einstellungen und Informationen des Controllers über den Feldbus nach dem aktuellen Internet-Draft implementiert.

Der Datentransport in der Feldebene erfolgt über TCP sowie über UDP.

Das MODBUS/TCP-Protokoll ist eine Variante des MODBUS Protokolls, dass für die Kommunikation über TCP/IP-Verbindungen optimiert wurde. Alle Datenpakete werden über eine TCP-Verbindung mit der Portnummer 502 gesendet.

Für das MODBUS-Protokoll werden 5 Verbindungen über TCP zur Verfügung gestellt. Damit ist es möglich, von fünf Stationen zeitgleich digitale und analoge Ausgangsdaten an einem Feldbusknoten direkt auszulesen und spezielle Funktionen durch einfache MODBUS-Funktionscodes auszuführen. Zu diesem Zweck sind eine Reihe von MODBUS-Funktionen aus der OPEN MODBUS /TCP SPECIFICATION realisiert.

Weitere Informationen

Diese Funktionen und deren Anwendung finden Sie in dem Kapitel "MODBUSFunktionen" detailliert beschrieben.

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