Siemens AG Alle Rechte vorbehalten.

Transkript

1 Fitmachertage bei Siemens PROFINET Fit in den Frühling mit Siemens PROFINET Seite 1

2 9:00 10:45 Uhr PROFINET Ethernet-Grundlagen für PROFINET Gerhard Sturm Reiner Windholz

3 Inhalt Gegenüberstellung PROFIBUS / PROFINET Netzstrukturen Ethernet die Grundlage für PROFINET Ethernet IT-Mechanismen

5 PROFINET ist der Automatisierungsstandard PROFINET ist die Weiterentwicklung der Feldbustechnik bei Siemens PROFINET ist der innovative und offene Automatisierungsstandard der PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO) PROFINET deckt alle Anforderungen der Fertigungs- und Prozess- Automatisierung, Safety-Anwendungen und der Antriebstechnik bis hin zu isochronen Motion Control-Anwendungen ab. Seite 5

6 PROFINET ist Ethernet PROFINET ist 100%-Ethernetkompatibel gemäß IEEE-Standards Spricht man von PROFINET, sind damit automatisch die folgenden Mindestanforderungen an die Datenkommunikation festgelegt: 100Mbit/s-Datenkommunikation mit Cu oder FO-Übertragung (100 Base TX und 100 Base FX) Vollduplex-Übertragung Switched Ethernet Auto negotiation (Aushandeln der Übertragungsparameter) Auto crossover (Sende- und Empfangsleitung werden im Switch gekreuzt) Wireless-Kommunikation (WLAN und Bluetooth) Seite 6

7 PROFINET-Alleinstellungsmerkmal: Echtzeit und TCP/IP PROFINET PC Internet Explorer HTTP SNMP Socket TCP / UDP Real-Time RT IRT PROFINET Feldgeräte IP Ethernet PC SNMP/OPC Server Sensor System PROFINET PLC PROFINET bietet Standard-TCP/IP-Kommunikation nach IEEE und Echtzeit-Kommunikation Seite 7

8 PROFIBUS / PROFINET - charakteristische Daten PROFIBUS PROFINET Teilnehmer Master / Slave Controller / Device Leitung 2-Drahtleitung, verdrillt und geschirmt (halbduplex) 4-Drahtleitung, verdrillt und doppelt geschirmt (vollduplex) Buszugriffsverfahren Profile Master / Slave - Token Passing DIN PROFIBUS DP, PROFIsafe, PROFIdrive, FMS, MPI Standard Ethernet IEC IEEE CSMA/CD IEC PROFINET IO: RT, IRT, PROFIsafe PROFINET CBA, TCP/IP, UDP, ISO-on-TCP Datenrate 9,6 bis 12 MBits/s 100 MBit/s 1000 MBit/s Teilnehmeranzahl 125 / 32 pro Segment 2048 / 255 mit SIMATIC CPU Telegrammlänge 244 Byte 1440 Byte Ausdehnung Seite m (12000 kbit/s) Kupfer 200 m ( 1500 kbit/s) 400 m ( 500 kbits) 1000 m ( 187,5 kbits) 90 km Glas-Lichtwellenleiter 100 m Kuper oder PCF / 50 m POF 26 km Glasfaser Singlemode

9 PROFIBUS / PROFINET - charakteristische Daten Reaktionszeiten 32 Teiln. 64 Teiln. 128 Teiln. 256 Teiln. PROFIBUS mit ET200 bei 16DI/16DO 3 ms 5 ms 10 ms - PROFINET mit ET200 bei 16DI/16DO 2 ms 4 ms 8 ms 16 ms Aktualisierungszeit für alle Slaves konstant für jedes Device individuell einstellbar Adresseinstellung DIL-Schalter automatische Adressvergabe Architektur Bussystem Datennetz ca. 20% besser Topologie IT-Dienste z.b. WEB-Server, WLAN-Technologie Linienaufbau mit Abschlußwiderstand Stern- und Mischaufbau nur mit Repeater nicht möglich Punkt zu Punkt Verbindung Linien-, Stern- und Mischaufbau beliebig möglich sind uneingeschränkt integrierbar Seite 9

11 Struktur der Anlagenzelle PROFIBUS Master Slave Programmiergerät / Visualisierung Repeater bzw. DPDP-Koppler Abschlußwiderstand Anschlußstecker Busterminal Seite 11

12 Struktur der Anlagenzelle PROFINET IO-Controller IO-Device IO-Supervisor Switch bzw. (PNPN-Koppler) Anschlußstecker IWLAN Access Point Seite 12

13 Struktur der Anlagen PROFIBUS x x xx xx x x x x Seite 13

14 Struktur der Anlagen PROFINET Seite 14

15 SIMATIC STEP7, HW Konfig IO-Controller projektieren Seite 15

16 SIMATIC STEP7, HW Konfig IO-Device projektieren Seite 16

17 SIMATIC STEP7, HW Konfig Topologie projektieren Seite 17

18 SIMATIC STEP7 Automatischer Hochlauf eines PN IO-Systems 1 2 Programmiergerät Offlineprojektierung in HW-Konfig Jedes Gerät bekommt einen Gerätenamen (z. B. Pult2) Projektierung im Topologieeditor Solltopologie mit Information über Verkabelung IO-Controller Geräteaufbau + Verkabelung Verkabelung der Ports, wie projektiert 3 Download auf Controller Vorgabe der IO-Konfiguration 4 Vorgabe der Verkabelung Pult1 Pult2 Pult3 Automatischer Hochlauf (ohne weitere direkte Namensvergabe auf Devices) 5 Seite 18

19 Netzwerkkomponenten am Industrial Ethernet Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Es gibt viele Komponenten um Netzwerkgeräte miteinander zu verbinden. Alle Managen in irgendeiner Form den Netzwerkverkehr einige dieser Geräte sind Hub Switch Router Bridge Seite 19

20 Vergleich Hub / Switch Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Hub Switch A B A BC C D A B D Wenn A Daten nach Station B schickt, werden diese Daten an alle Station gesendet die am Hub angeschlossen sind. Die 10MBit Ethernet werden mit allen verbundene Geräten geteilt. Die Ports arbeiten nur im Halbduplex mode. Der Switch transferiert die Frames basierend auf der MAC-Adresse des angeschlossenen Gerätes. Es ist möglich über einem Switch mehrere Verbindungen zwischen den Ports gleichzeitig zu betreiben. Jeder Port arbeitet im Vollduplex mode und kann die Bandbreite voll ausnutzen. Seite 20

21 Hub Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Ein Hub (engl. Knotenpunkt) zum sternförmigen Verbinden von Netzteilnehmern über seine Anschlüsse (Ports) eingesetzt. Kommunikation nur mit gleicher Geschwindigkeit im halbduplex auf Ebene 1 des ISO/OSI-Referenzmodells (Bitübertragungsschicht) Das Signal eines Netzteilnehmers wird in keinem Fall analysiert, sondern nur elektronisch aufgebessert Seite 21

22 Switch Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Seite 22 Ein Switch (engl. Schalter) wird zum stern- bzw linienförmigen Verbinden von Netzteilnehmern bzw. Netzsegmente über seine Anschlüsse (Ports) eingesetzt. Ein Switch analysiert den Netzwerkverkehr und trifft logische Entscheidungen. Jedes erhaltene Telegramm (Frame) wird analysiert und eine Eintrag in seiner SAT (Source-Address-Table) mit Quell-Adresse (MAC) und Quell-Port gemacht. Frames werden nur an den Port weitergeleitet, der für die entsprechende Zieladresse in der SAT gelistet ist. Ist der Weg zur Zieladresse noch unbekannt, leitet der Switch den betreffenden Frame an alle aktiven Ports (Lernphase). Die einzelnen Ports eines Switches können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden. Datenpuffer sorgen dafür, dass nach Möglichkeit keine Datenframes verloren gehen.

23 Stau PROFINET Real-Time Kommunikation Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Aufteilung der Datenautobahn VLAN-Tagging für RT Reservierte Bandbreite für IRT Uneingeschränkter TCP/IP Verkehr IRT Exit RT RT TCP/IP TCP/IP TCP/IP TCP/IP RT Reservierte Spur für IRT TCP/IP RT TCP/IP RT IRT TCP/IP RT TCP/IP Seite 23

24 Struktur der Anlagen PROFINET Seite 24

25 Switch Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Seite 25 Man unterscheidet Switche nach diversen Funktionsumfängen: Store&Foreward Der Switch empfängt das ganze Frame, trifft seine Forwarding- Entscheidung anhand der Ziel-MAC-Adresse und berechnet dann eine Prüfsumme über das Frame, die er mit dem am Ende des Pakets gespeicherten CRC-Wert vergleicht. Cut Through Switche Hierbei schaut der Switch beim eingetroffenen Frame nur auf die Ziel-MAC-Adresse, trifft eine Forwarding-Entscheidung und schickt das Frame weiter. unmanaged und managed Switche mit zusätzlichen Steuerund Überwachungsfunktionen Funktionen auf Layer-2- oder Layer-3- bzw. höhere Layer IP-Filterung, VLAN, Priorisierung für Quality of Service, Routing und andere Funktionen Die Steuerung der Switche erfolgt Siemens je AG nach Hersteller Alle Rechte vorbehalten. z.b. über Kommandozeilen einer Weboberfläche

27 SIMATIC STEP7, HW Konfig IP-Adresse, Subnetzmaske, Gerätename Seite 27

28 SIMATIC STEP7, HW Konfig Adressierung mit Topologie Seite 28

29 SIMATIC STEP7, HW Konfig Adressierung über MAC-Adressen Seite 29

30 MAC Address (MediaAccessControll) Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Netzwerkadapter benötigen eine Adresse und Daten oder Pakete zu senden und zu empfangen. Netzwerkadapter können sein eine Netzwerkkarte im PC, ein Switch, ein Router, S7-Ethernet CP, S7-PN-CPU,.. Jeder Netzwerkadapter hat eine eindeutige physikalische Adresse die vom Hersteller fest eingebrannt ist. Die Adresse besteht aus 6 Byte i.e F-F1-59 Siemens verwendet den xx-xx-xx Adressraum oder 00-0E-8C-xx-xx-xx als neuen MAC-Adressraum. Seite 30

31 Die IP Adresse Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten 32 Bit IP-Adresse wird in 4 Dezimalzahlen dargestellt, die durch einen Punkt getrennt sind: z.b Zu jeder IP-Adresse gibt es eine Subnetzmakse, die ebenfalls wie die IP-Adresse ein 32-Bit-Wert ist. Mit der Subnetzmaske wird jeder Teilnehmer einem Unternetz zugeordnet. Man unterscheidet die folgenden Netzklassen: Klasse A: ca. 16 Mio. Teilnehmer/Netz Klasse B: ca Teilnehmer/Netz Klasse C: Teilnehmer/Netz Adressen müssen netzweit eindeutig sein, InterNIC vergibt Adressen für das Netz INTERNET Seite 31

32 IP Die Adresse besteht aus zwei Teilen Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Net ID Host ID 0 31 Net ID: Netzwerkadresse Alle Geräte in einem Netzwerk haben die selbe Netzwerk ID. Net IDs werden von autorisierten Stellen vergeben. Host ID: Hostadresse Jedes Gerät in einem Netzwerk hat eine eindeutige Host ID. Host ID werden von Netzwerkadministratoren vergeben und verwaltet. Seite 32

33 Net ID and Host ID Belegung Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Net IDNet ID Host Host ID ID 0 31 Viele Subnetzwerke mit wenigen Geräten (typisch für kleine Netzwerke) Netzwerkkomponenten Net IDNet ID Host Host ID ID 0 31 Wenig Subnetzwerke jedoch hohe Anzahl an Geräten. Seite 33

34 IP Address Klassen Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Class A - 0.x.x.x 127.x.x.x / bis zu 16 million Teilnehmern 0 Network ID 7 bits Host ID 24 bits Class B x.x x.x / bis zu 65K Teilnehmern 1 0 Network ID 14 bits Host ID 16 bits Class C x x / bis zu 254 Teilnehmern Network ID 21 bits Host ID 8 bits Seite 34

35 Die Subnetz Maske eines Klasse A Netzwerks Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Beispiel eines Klasse A Netzwerks, IP-Adresse z.b Net ID Host ID Subnet Mask Muss gleich sein! Muss eindeutig sein! Seite 35

36 Die Subnetz Maske eines Klasse B Netzwerks Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Beispiel eines Klasse B Netzwerks, IP-Adresse i.e Net ID Host ID Subnet Mask Muss gleich sein! Muss eindeutig sein! Seite 36

37 Sondersubnetzmasken Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten In diesem Beispiel kann ein Klasse B Netzwerk eingeschränkt werden Net ID Host ID Subnet Mask Muss gleich sein! Muss eindeutig sein! Seite 37

38 Private Adressen Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Netzadressbereich CIDR-Notation Anzahl Adressen Anzahl Netze gemäß Netzklasse ClasslessInterDomainRouting (historisch) bis bis bis /8 224 = Klasse A: 1 privates Netz mit Adressen: / / = Klasse B: 16 private Netze mit jeweils Adressen; /16 bis / / = Klasse C: 256 private Netze mit jeweils 256 Adressen; /24 bis /24 Weist man einem Rechnernetz einen privaten IP-Adressbereich zu, so bildet es ein Intranet, auf das aus dem Internet heraus nicht zugegriffen werden kann, da die Internet-Router die privaten Adressbereiche ignorieren. Ein Gateway oder Router, der in diesem privaten Netz platziert ist, und neben der privaten IP-Adresse zusätzlich über eine öffentliche Adresse des Internets verfügt, stellt den Internetzugang her. Seite 38

39 ICMP: Einfachste Diagnose mit PING - Funktion Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht ICMP steht für Internet Control Message Protocol. Dieses Protokoll bietet die einfachste Diagnosemög-lichkeit. Durch Aufruf der Funktion PING auf einem Rechner kann die Kopplung über IP zu einem entfern-ten Rechner geprüft werden. Der Partner antwortet und die Reaktionszeit wird angezeigt. Example for using the Ping into a DOS Box: C:\>ping Netzwerkkomponenten Seite 39

40 SIMATIC STEP7, HW Konfig Einstellungen zum Online-Zugriff Kontrolle: Start / Ausführen cmd, ipconfig/all Seite 40 Kontrolle: Start / Ausführen cmd, ping

41 SIMATIC STEP7, HW Konfig Adressierung selektiv per Hand über MAC-Adressen Seite 41

42 SIMATIC STEP7, HW Konfig Adressierung über Topologie Seite 42

43 Automatische Adressierung bei Inbetriebnahme mit IT-Mechanismen P2 P1 SPS1 Switch1 ET_1 ET_2 ET_3 P1 P5 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P2 P3 P4 P6 P7 P8 Name: Switch1 --- Alias1: P1.SPS1 P1.N-MAC Alias2: P1.N-MAC P1.ET_1 Name: --- ET_1 Alias1: P5.N-MAC P5.Switch1 Alias2: P1.ET_2 P1.N-MAC Name: --- ET_2 Alias1: P2.N-MAC P2.ET_1 Alias2: P1.N-MAC P1.ET_3 Name: --- ET_3 Alias1: P2.N-MAC P2.ET_2 Alias2: --- PROFINET bedeutet: Schnelle, einfache Inbetriebnahme Seite 43

44 Automatische Adressierung bei Geräteaustausch mit IT-Mechanismen SPS1 Switch1 ET_1 ET_2 ET_3 P2 P1 P1 P5 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P2 P6 P3 P7 P4 P8 Name: Switch1 --- Alias1: P1.SPS1 Alias2: P1.N-MAC P1.ET_1 Name: --- ET_1 Alias1: P5.N-MAC P5.Switch1 Alias2: P1.ET_2 P1.N-MAC Name: ET_2 --- Alias1: P2.ET_1 --- Alias2: P1.ET_3 --- Name: --- ET_3 Alias1: P2.N-MAC P2.ET_2 Alias2: --- PROFINET bedeutet: Einfacher Austausch von Geräten Seite 44

46 IT-Dienste LLDP, SNMP, MIB Nachbarschaftserkennung Über LLDP tauschen die Geräte im PROFNET IO System zunächst untereinander LLDP Pakete aus. Discovery MIB Port Device IO-Controller IO-Device Switch Info xxxx xxxx xxxx Discovery MIB Port Device IO-Device IO-Device Switch Info xxxx xxxx xxxx Jedes Gerät speichert die empfangenen Informationen in seiner Management Information Base (MIB). Die Inhalte der MIBs werden von der Netzmanagement-Station (STEP7, SNMP-Client,...) ausgelesen, die daraus eine Topologie-Darstellung generieren können. Ich bin ein Switch Ich bin ein IO-Controller Ich bin ein Switch Ich bin ein Switch Ich bin ein IO-Device Ich bin ein Switch Ich bin ein Switch Ich bin ein IO-Device Auf diesem Prinzip erfolgt der Gerätetausch ohne Speichermedium (MMC) Seite 46 Controller IO-Device IO-Device IO-Device Discovery MIB

47 SIMATIC STEP7, HW Konfig Aktualisierungszeiten Controller / Device Controller Device Seite 47

48 Klemme Klemme Reaktionszeit Internet-Tool Seite 48

49 Seite 49

50 Pause Gerhard Sturm Reiner Windholz

51 SIMATIC STEP7, HW Konfig Übertragungsmedium Controller / Device Controller Device Seite 51

52 Roboternanwendung mit Werkzeugwechsel Fast Start Up Situation heute: Schnelle Hochlaufzeiten von IO-Geräten sind essentiell für den Werkzeugwechsler z.b. im Bodyshop bisherige Lösung: Proxies zu anderen Feldbussen Crosskabel notwendig vorkonfektionierte Crosskabel für z.b. M12 Anschluss heute nicht erhältlich -> eigene MLFBs, Lagerhaltung usw. Markierung bei FastConnect (neue Stecker?) erforderlich Fast Start Up ermöglicht durchgängigen Einsatz von PROFINET mit Hochlaufzeiten von 0,5s! Seite 52

53 Taktsynchronität (IRT) Der taktsynchrone Datenaustausch erfolgt mit PROFINET IRT (Isochronous-Real-Time) und kommt bei Motion Control- Anwendungen für Positioniervorgänge mit Zykluszeiten unter 1ms zur Anwendungen. Profinet-IO-Feldgeräte mit IRT-Funktionalität haben die Switchports im Feldgerät integriert. Sie basieren zum Beispiel auf den Ethernet-Controllern ERTEC 400/200. Die Datenaustausch-Zyklen liegen normalerweise im Bereich von ein paar Hundert Mikrosekunden bis hin zu wenigen Millisekunden. Der Unterschied zur Real-Time-Kommunikation (RT) liegt im Wesentlichen im Determinismus. Der Beginn eines Buszyklusses kann maximal um 1 µs abweichen (Jitter) und wird mit dem Precision Time Protocol (PTP) synchronisiert. Seite 53

54 PROFINET ist Echtzeit-Ethernet IRT- Intervall TCP/IP IRT- Intervall TCP/IP IRT- Intervall TCP/IP Zyklus 1 Zyklus 2 = Zeitfenster Zyklus n Isochrone Kommunikation IRT-Daten RT- Kommunikation RT - Daten Standard Kommunikation TCP/IP-Daten Bandbreitenreservierung für isochrone Kommunikation IRT ermöglicht hochpräzise Synchronisation Härteste Echtzeit durch Isochronous Real -Time (IRT) Seite 54

55 SIMATIC STEP7, HW Konfig Taktsynchronität (IRT) Seite 55

56 ISO/OSI Model Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Web, Mail Data compression, encryption Connections TCP, UDP Routers Switches Hubs ISO/OSI-Model 7 Anwendungsschicht 6 Darstellungsschicht 5 Kommunikationsschicht 4 Transport-Schicht 3 Netzwerk-Schicht 2 Sicherungsschicht 1 Bitübertragungsschicht Anwendungsorientierte Schicht Transportorientierte Schicht Die 4 Schichten von TCP/IP Application Protokoll: Telnet, FTP, SMTP Transport- Protokoll: TCP, UDP Internet- Protokoll: IP, ICMP Network-Access Protokoll: Ethernet, Token Ring Seite 56

57 Was ist TCP/IP? Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten TCP/IP ist ein Netzwerkprotokoll Es bildet die Basis für viele Anwendungen, die über die Grenze eines Netzwerkes hinweg Daten austauschen müssen. Es besteht aus: TCP: Transmission Control Protocol, zum sicheren Transport der Daten IP: Internet Protocol, zum Senden über Netzwerkgrenzen hinweg Seite 57

58 Der Telegrammaufbau Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Seite 58

59 Die Kommunikation der einzelnen Schichten Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Application Layer Transport Layer PING Internet Layer DCOM FTP SMTP RPC TELNET TCP ICMP SNMP UDP TFTP ARP RARP IP Network Access Layer Ethernet Seite 59

60 Erste Betrachtung: Netzwerkschicht Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten TCP/IP Anwendungsschicht Transportschicht Internet-Schicht Netzwerkschicht Zugriff auf das physikalische Netz, Umsetzung von IP-Adressen in physikalische Adressen (Ethernet-Adresse) Seite 60

61 Zweite Betrachtung: Interprotokoll (IP) Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten TCP/IP Anwendungsschicht Transportschicht Internet-Schicht Paketierung in Datagramme und Routing durch das Netz (z.b. IP, ICMP) Netzwerkschicht Seite 61

62 Eigenschaften der IP-Schicht Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten IP ist verbindungslos und arbeitet ohne Quittung. Es wird von IP keine Vereinbarung mit dem Zielrechner getroffen. Es gibt keine Ende-zu-Ende-Fehlerkontrolle. Datenpakete können in einer anderen Reihenfolge ankommen, als sie abgeschickt wurden. Für die Zusammensetzung in der richtigen Reihenfolge ist TCP verantwortlich. Die wichtigste Angabe ist die IP-Adresse. Seite 62

63 Dritte Betrachtung: Die Transportschicht Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht TCP/IP Anwendungsschicht Transportschicht Transportdienste von Endpunkt zu Endpunkt, Flusskontrolle, Fehlerbehandlung (TCP oder UDP) Netzwerkkomponenten Internet-Schicht Netzwerkschicht Seite 63

64 Verbindungsorientiert: Transmission Control Protocol (TCP) Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll. Die maximale Größe eines Datenpakets beträgt 64k Byte. TCP kann Daten der Applikation dynamisch aufsplitten. Der Zielrechner setzt die Daten wieder zusammen. Eine Byte-Sequenz-Nummer ermöglicht eine richtige Zusammensetzung der Telegramme. Gehen Daten verloren, so fordert TCP diese Daten von der Gegenseite erneut an. Seite 64

65 Verbindungslos: User Datagramm Protocol (UDP) Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten im Gegensatz zu TCP ist UDP verbindungslos Ungesichert, da keine Quittung über empfangene Telegramme versendet wird. UDP wird verwendet bei: einfachen Datagramm Diensten oder als einfacher Transport, wenn höhere Protokolle eine Fehlerüberprüfung durchführen Seite 65

66 Port-Adressierung bei TCP und UDP Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Seite 67 Über Ports werden die einzelnen Applikationen und deren Protokolle angesprochen. Es gibt freie Ports, die der Anwender mit seiner eigenen Applikation benutzen kann. Weiterhin gibt es well known Ports, die bestimmten Applikationen zugeordnet sind. Well known Ports sind: Port: Service: 23 Telnet (Terminal-Emulation-Protocol) 21 FTP (File Transfer Protocol) 25 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 80 HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 102 RFC1006 (ISO-On-TCP, S7-Communication, ) 135 DCOM 165 SNMP (Simple Network Management Protocol)

67 Port-Adressierung bei TCP und UDP Ethernet Basis ISO/OSI-Modell TCP/IP Protokoll Netwerkschicht Internetschicht IP-Adressen Subnetze und Adressierung Transportschicht Anwendungsschicht Netzwerkkomponenten Application Application Application Application Port Port Port Port TCP or UDP Computer A HTTP TCP Internet Layer UDP Network Access Layer To Computer B, TCP Port 80 Seite 68

68 Router Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Ein Router (abgeleitet von Marschroute) wird zum Koppeln oder Trennen von Netzwerken verschiedener Funktion eingesetzt. Dabei analysiert der Router die ankommenden Frames nach ihrer Zieladresse und blockt diese oder leitet sie entsprechend weiter (die Daten werden geroutet). Weitergeleitete Pakete gelangen entweder in ein dem Router selbst bekanntes, direkt angeschlossenes Zielnetz (auch Ziel-Subnetze) oder werden zu einem ebenfalls in einem direkt angeschlossenen Netz liegenden Router weitergereicht. Seite 70

69 Router Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Kommunikation über Subnetzwerke. Sub Network C Sub Network A Sub Network B Seite 71

70 IP Routing Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall LAN Messages?? Routers!? Network or The Internet? Network B! Network E Network D Network C Seite 72

71 IP-Routing Beispiel Konfiguration Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Firewall Network A (Gateway) Network B (Router) Seite 73

72 Firewalls Ethernet Basis Netzwerkkomponenten Network Devices Switch Router Wird verwendet um ein Netzwerk vor Angriffen von außen zu schützen Von außen kann kein schaden am Netzwerk entstehen und geheime Daten bleiben geschützt. Firewall Internet Internal Network Firewall Seite 74

73 Vorteil Ethernetstruktur HMI Controller Security Safety Switching Wireless Proxy Motion Control & Drives Andere Feldbusse Robotik Dezentrale Peripherie Safety Sensorik HMI Proxy Safety Dezentrale Peripherie PROFINET eine durchgängige Lösung für die Automatisierung Seite 75

74 Vorteil SPS mit integriertem WEB-Server Diagnose über CPU-Statusmeldungen Größere Anzahl anzeigbarer Einträge im RUN-Zustand Download der Einträge als CSV-Datei z.b. zur separaten Analyse automatische Aktualisierung Einträge des CPU- Diagnosepuffers Detailinformationen zum ausgewählten Eintrag Seite 76

75 Vorteil PROFINET mit integrierter Redundanz MRP Media Redundancy Protokoll INTERNATIONAL Standard IEC Edition S7-300 mit CP ADV X208 Basierend auf einer Ring Topologie. Max. Anzahl (50) von Ring Teilnehmern PN IO Controller PN IO Devices Netzwerk Komponenten (Switches) MRP- Client MRP- Ring MRP- Manager Konfiguration und Diagnose in STEP7 Rekonfigurationszeit 200ms PROFINET bedeutet: hohe Verfügbarkeit durch integrierte Redundanz! Seite 77

76 Vorteil drahtloses Bedienen und Beobachten Mobile Panel 277 Wireless W-LAN Kommunikation (802.11b/g a/h) mit Unterstützung von PROFINET (Industrial wireless LAN und RapidRoaming) Sicherheitsfunktion (Zustimmtaster, Not-Halt) über PROFISAFE (Integrierte Sicherheit / Safety Integrated) Identifizierung und Wirkbereichsbegrenzung über Transponder Flexibles Batteriekonzept für unterbrechungsfreien Dauerbetrieb mobiles Bedienen und Beobachten PROFINET bedeutet: Flexibilität und Mobilität in der Automatisierungtechnik durch IWLAN! Seite 78

77 Vorteil RCoax optimales Funkfeld für Systeme mit berührungslosem Kontakt Optimales Funkfeld für alle berührungslosen Kontakte entlang eines vorgegebenen Weges, z.b. bei Einschienenhängebahnen (EHB) oder fahrerlosen Transport- Systemen (FTS) RCoax Wartungs- und Verschleißfrei Kostengünstig Sicher PROFINET bedeutet: reduzierter Instandhaltungsaufwand durch IWLAN! Seite 79

78 Vorteil Fernwartung über das Internet und GSM-Netz EDGE EGPRS GGSN* 1 GSM provider SCALANCE S612 Service PC SIMATIC STEP7 HMI MD741-1 VPN Statische IP xxx.xxx.xxx.xxx VPN DSL router DSL router Proxy INTERNET VPN DSL router HMI Security Client SCALANCE S Module bieten: sichere Kommunikation über DSL oder GPRS Seite 80

79 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gerhard Sturm Reiner Windholz