LÜTZE: Ethernet Connectivity

8 LÜTZE – Ethernet Connectivity Lütze Ethernet Connectivity – Lösungen aus einer Hand Die Anforderungen an effiziente Fertigungssysteme werden immer kom- plexer. Durch die zunehmende Vernetzung zwischen Produktion und Ver- waltung wird Ethernet auch in einer industriellen Umgebung eingesetzt. Im Gegensatz zum Büroumfeld verlangt die Kommunikation in der Automati- sierungstechnik nach offenen, stabilen und transparenten Systemlösungen. Die Zuverlässigkeit der korrekten Datenübertragung steht hier im Vorder- grund. Daraus entsteht die Anforderung industrielle Netzwerke so zu pla- nen, zu installieren und zu administrieren, dass sie unter härtesten Bedin- gungen und in rauester Umgebung zuverlässig funktionieren. Die richtige Auswahl geeigneter Leitungen, Anschlusstechnik und Kompo- nenten ist daher für die Zuverlässigkeit ein wesentlicher Faktor. LÜTZE bietet in diesem Bereich ein durchgängiges System zum Aufbau der Netz- werkinfrastruktur. Durch unsere langjährige Erfahrung in der Planung und Realisierung industrieller Netze und der erforderlichen Komponenten sind wir in der Lage, auch kundenspezifische Lösungen zu erarbeiten, um Ihre Anforderungen optimal zu erfüllen. Ethernet im industriellen Einsatz Die Kommunikation in der Industrie erfolgt über ein hierarchisches System, bestehend aus Betriebs-, Leit- und Feldebene. Standardmäßig wird Ether- net in der Betriebs- und Leitebene genutzt. In der Feldebene dominieren heute noch Feldbusse wie Profibus DP, CAN oder andere Protokollvari- anten. Ursache sind die wesentlich höheren oder differierenden Anforder- ungen in der Feldebene. Hier trifft das Netzwerk auf Störfaktoren, die erheblichen Einfluss auf die Übertragungsqualität haben können. V.a. an den Anschlusspunkten ist das Risiko von Störungen durch Vibrationen, Schmutz, Feuchtigkeit oder schädliche Substanzen hoch. LÜTZE liefert entsprechend den Anforderungen eine Lösung, die den teils widrigen Be- dingungen in der Leicht- und Schwerindustrie, in Eisenbahntunnels, auf Schiffen oder auch anderen Umgebungen gewachsen ist. Die einfachste Form der Lastverteilung wird durch den Einsatz von Switchen erreicht. Ein Netzwerk, bei dem jedem Teilnehmer genau ein Port eines Switches zugeordnet ist, nennt man Switched Ethernet. Mit Hilfe von Ether- net Switches werden Kollisionsdomänen in reine Punkt-zu-Punkt Verbind- ungen zwischen Switch und anderen Netzwerkteilnehmern (Endgeräte, Infrastruktur-Komponenten) aufgelöst. Ethernet Switches Einfache Switches arbeiten auf der Sicherungsschicht (OSI-Model, Schicht 2) und können LANs mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften verbinden. Sind alle Protokolle der oberen Schichten im Netzwerk gleich, ist ein Switch protokolltransparent. ISO / OSI Referenz Modell Der Switch verarbeitet bei Erhalt eines Pakets die 48 Bit lange MAC- Adresse und legt dazu einen Eintrag in der SAT (Source-Address-Table) an, in der neben der MAC-Adresse auch der physikalische Port, an dem diese empfangen wurde, gespeichert wird. Jeder Port eines Switches bildet ein eigenes Netzsegment, wobei jedem dieser Segmente die gesamte Netz- werkbandbreite zur Verfügung steht. Jeder einzelne Port eines Switches kann Daten empfangen und senden. Die dazu notwendige Geschwindig- keit wird über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane) er- reicht. Datenpuffer sorgen dafür, dass nach Möglichkeit keine Datenpakete verloren gehen. Dadurch erhöht sich die Netzwerk Performance nicht nur im Gesamtnetz sondern auch in den einzelnen Segmenten. Switche unter- suchen jedes ankommende Datenpaket auf die MAC-Adresse des Zielseg- mentes und können es direkt dorthin weiterleiten. Der besondere Vorteil eines Switch liegt nun darin, dass Ports nun direkt miteinander verbunden werden können, also der Aufbau dedizierter Verbindungen möglich ist. Switches brechen die Ethernet Bus-Struktur in eine Bus und Sternstruktur auf. Teilsegmente mit einem Busaufbau werden nun sternförmig über je einen Port des Switch gekoppelt. Zwischen den einzelnen Ports können Pakete mit der maximalen Ethernet-Geschwindigkeit übertragen werden. Ein weiterer großer Vorteil ist die gleichzeitige Datenübertragung zwischen unterschiedlichen Segmenten. Hierdurch wird die Bandbreite im gesamten Netz erhöht. Um aber die volle Leistungsfähigkeit der Switch Technologie zu nutzen ist aber eine geeignete Netzwerk Topologie zu realisieren. Notwendig dazu ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Datenlast auf die einzelnen Ports. Außerdem ist es ratsam, die Systeme, die viel mit- einander kommunizieren, gemeinsam an einen Switch anzuschließen. Ziel ist es, Datenmengen die mehr als ein Segment durchlaufen, zu reduzieren. Switched Ethernet Im industriellen Einsatz besteht die Übertragungsanforderung: • sehr hoher Netzverfügbarkeit • kleine Datenpakete • zeitgerechte Übertragung Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, muss das Netzwerk in logische und physikalische Segmente aufgeteilt werden. Dadurch können sich Kommunikationsbeziehungen zwischen Netzwerkteilnehmern in der Mehrzahl auf ein Teilnetz reduziert werden, ohne die Bandbreite anderer Teilnetze zu beeinflussen. Durch die Lastverteilung steht in jedem Segment die volle Bandbreite zur Verfügung. INFO OSI- Einordnung DoD- Einordnung Protokoll- Einheiten Kopplungs- Schicht Schicht Bsp. elemente 7 Application HTTP Anwend- An- FTP 6 Presentation ungs- wend- HTTPS Daten orientiert ung SMTP Gateway, 5 Session LDAP Content- Ende zu NCP Switch, Ende Layer 4-7- (Multihop) TCP Switch 4 Transport Trans- UDP Segmente port SCTP SPX 3 Network Internet ICMP Pakete Router, IGMP Layer-3- IP Switch Transport- IPX orientiert Punkt zu Punkt 2 Data Link Frames Bridge, Ethernet Switch Netz- Token Ring Zugang FDDI 1 Physical ARCNET Bits Hub, Repeater 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Bürobereich Medienkonverter LWL/Tx Patchkabel RJ45/RJ45 Straight SWITCH LÜTZE ETHERNET BUS LÜTZE SUPERFLEX ETHERNET BUS Schleppkette Maschine Ethernet Messgerät SWITCH Klemmenkasten Ethernet IO HUB LÜTZE ETHERNET BUS Ethernet Sensor SWITCH IP67 IP20 Bereich IP67 Bereich Arbeitsweise eines Switch Routing Table Device MAC Port Frame Filtering Port 1 Buffer Port 2 Device LAN 1 Device Device Device