Ethernet-TCP-IP für die Industrieautomation: Grundlagen und Praxis
Gespeichert in:
| Späterer Titel: | Furrer, Frank J. Industrieautomation mit Ethernet-TCP/IP und Web-Technologie |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Hüthig
2000
|
| Ausgabe: | 2., völlig neu bearb. und erw. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | VII, 295 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3778527797 |
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FRANK J. FURRER
ETHERNET-TCP/IP FUER DIE
INDUSTRIEAUTOMATION
GRUNDLAGEN UND PRAXIS
2., VOELLIG NEU BEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE
HUETHIG VERLAG HEIDELBERG
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 INDUSTRIEAUTOMATION 1
1.2 DIE DREI ZEITALTER DER INDUSTRIEAUTOMATION 3
1.2.1 VORZEIT: PROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN 3
1.2.2 ERSTES ZEITALTER: PROPRIETAERE KOMMUNIKATION 3
1.2.3 ZWEITES ZEITALTER: BUS-HIERARCHIEN 4
1.2.4 DRITTES ZEITALTER: SYSTEMWEITE MIDDLEWARE 6
1.2.5 DIE ROLLE VON ETHERNET-TCP/IP 9
1.2.6 SACHZWAENGE AUS DER KOMMERZIELLEN INFORMATIONSTECHNOLOGIE 10
1.3 ELEMENTE DER INDUSTRIELLEN AUTOMATION 10
2 DEZENTRALE STEUERUNG 13
2.1 GRUNDIDEE DER DEZENTRALEN STEUERUNG 13
2.2 KOMMUNIKATIONS ANFORDERUNGEN 14
2.3 DER BEGRIFF *ECHTZEIT 15
2.3.1 ECHTZEITANFORDERUNGEN 16
2.3.2 ECHTZEITVERHALTEN 17
2.3.3 ECHTZEITMODELL 17
2.4 DEZENTRALE SOFTWARE 19
2.5 STEUERUNGS ARCHITEKTUR 20
2.6 BUS-SYSTEME FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 23
2.6.1 ANFORDERUNGEN AN EINEN FELDBUS 23
2.6.2 FELDBUSSE 24
2.6.3 A USWAHL DER INDUSTRIELLEN KOMMUNIKATIONSSYSTEME 2 7
3 NETZWERKE UND DIENSTQUALITAET 29
3.1 NETZWERKGRUNDLAGEN 29
3.1.1 DER BEGRIFF *NETZWERK 29
3.1.2 INTRANETS, EXTRANETS, INTERNET UND VPNS 30
3.1.3 OSI-MODELL 31
3.1.4 TUNNELPROTOKOLLE 33
3.1.5 REPEATER, HUBS, BRIDGES, ROUTER UND GATEWAYS 33
3.1.6 SWITCHES 38
3.2 DIENSTQUALITAET (QUALITY OF SERVICE) 38
3.2.1 DER BEGRIFF *QOS 39
3.2.2 QOS IM OSI-MODELL 41
3.2.3 SERVICEKLASSEN (COS) 42
3.2.4 QOS-IMPLEMENTATION 42
3.3 QOS-NETZWERKE , 44
3.3.1 QOS-ARCHITEKTUR UND MANAGEMENT 45
3.3.2 QOS IN NETZWERKEN FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 46
3.4 IPQOS . 47
3.4.1 IP INTEGRATED SERVICES ARCHITECTURE 47
3.4.2 IP DIFFERENTIATED SERVICES FRAMEWORK 48
3.4.3 IP QOS-IMPLEMENTATION 49
INHALTSVERZEICHNIS
3.4.4 STANDARD IEEE 802.1P 29
4 ETHERNET 53
4.1 ETHERNET-ENTWICKLUNGSGESCHICHTE 53
4.2 KLASSISCHES ETHERNET (10 MBIT/S) 54
4.2.1 ETHERNET-STRUKTUR UND-TOPOLOGIE 54
4.2.2 ZUGRIFFSVERFAHREN CSMA/CD 56
4.2.3 BEWAELTIGUNG VON KOLLISIONEN 58
4.2.4 UEBERGEORDNETE KOMMUNIKATIONSSOFTWARE 61
4.2.5 ETHERNET PACKET 61
4.2.6 ETHERNET ADRESSE 63
4.3 ETHERNET STANDARDS 64
4.4 FAST ETHERNET (100 MBIT/S) 64
4.4.1 FAST ETHERNET TOPOLOGIE 66
4.4.2 FUELL DUPLEX BETRIEB 67
4.4.3 AUTONEGOTIATION 68
4.4.4 FLUSSSTEUERUNG (FLOW CONTROL) 68
4.4.5 TRUNKING 69
4.5 GIGABIT ETHERNET (L OOO MBIT/S) 69
4.5.1 GIGABIT ETHERNET TOPOLOGIE 69
MA C ERWEITERUNGEN 70
4.6 10 GBIT/S ETHERNET 71
5 IP, UDP UND TCP 73
5.1 TCP/IP-PROTOKOLLFAMILIE 73
5.1.1 VERGLEICH MIT OSI-ARCHITEKTUR 75
5.1.2 GESCHACHTELTE PROTOKOLLE 76
5.2 PACKET-DRIVER 76
5.3 INTERNET-PROTOKOLL IPV4 77
5.3.7 INTERNET-FUNKTIONEN 78
5.3.2 IPV4 INTERNET-PACKET (!PV4 DATAGRAMM) 78
5.3.3 IPV4 INTERNET-ADRESSEN 79
5.3.4 ADRESS RESOLUTION PROTOCOL ARP 81
5.3.5 INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL ICMP 81
5.4 INTERNET-PROTOKOLL IPV6 82
5.4.1 NEUE EIGENSCHAFTEN VON IPV6 82
5.4.2 IPV6 INTERNET-PACKET (IPV6 DATAGRAMM) 83
5.4.3 IPV6 INTERNET-ADRESSEN 85
5.4.4 IPV6 EINFLUSS AUF UEBERGEORDNETE PROTOKOLLE 86
5.4.5 IPV6 QOS UND SICHERHEIT 86
5.5 TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL TCP 86
5.5.1 TCP-EIGENSCHAFTEN 87
5.5.2 TCP-SEGMENT 88
5.5.3 TCP-SICHERUNGSMECHANISMEN 88
5.5.4 ZUGRIFF AUF DIE TCP-FUNKTIONEN 91
5.6 UEBERGEORDNETE FUNKTIONEN UND PROGRAMMINTERFACES 92
5.7 USER DATAGRAM PROTOCOL UDP 93
5.7.1 UDP EIGENSCHAFTEN 93
5.7.2 UDP SEGMENT 93
INHALTSVERZEICHNIS
SOCKET-INTERFACE 95
6.1 SOCKET-INTERFACE BETRIEBSPHILOSOPHIE 95
6.2 CLIENT-/SERVER-BEZIEHUNGEN 97
6.3 SOCKET-LLBRARY FUNKTIONEN 100
6.3.1 SOCKET LIBRARY 100
6.3.2 VERBINDUNGSAUFBAU 100
6.3.3 BLOCKIERUNG 101
6.3.4 PROGRAMMIERUNG DER SOCKET-LIBRARY 103
6.3.5 SOCKET-LIBRARY FUER IPV6 104
6.4 REMOTE PROCEDURE CALLS 104
6.4.1 DER BEGRIFF,, RPC 104
6.4.2 RPCS UEBER ETHERNET-TCP/IP 104
6.4.3 PROBLEME MIT RPCS 105
6.4.4 RPC-IMPLEMENTATIONEN 106
6.5 ISO TRANSPROTPROTOKOLL UEBER TCP/IP 106
ETHERNET MIT LASTBESCHRAENKUNG 109
7.1 QOS PARAMETER FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 109
7.2 ETHERNET KOLLISIONSBEREICHE (COLLISION DOMAINS) 110
7.2.1 KOLLISIONSBEREICHE HO
7.2.2 GROSSE EINES KOLLISIONSBEREICHS 110
7.2.3 KOLLISIONSHAEUFIGKEIT 112
7.3 KOLLISIONSVERMEIDUNG 112
7.4 ETHERNET-THEORIE: MITTELWERTE 112
7.5 ETHERNET-THEORIE: WORST-CASE 119
7.6 ETHERNET-SIMULATION: LASTBESCHRAENKUNG 120
7.6.7 SIMULATIONSMODELL FUER DAS ETHERNET 121
7.6.2 SIMULATIONSMODELL FUER DIE NETZWERKTOPOLOGIE 121
7.6.3 VERIFIKATION DER THEORETISCHEN MITTELWERTE 123
7.6.4 *PREDICTABLE ETHERNET 124
7.6.5 DETERMINISTISCHES ANWENDUNGSPROTOKOLL 124
7.6.6 * LASTBESCHRAENKUNG 125
DIE BEZEICHNUNG *PREDICTABLE ETHERNET 127
7.7 SIMULATION MIT LASTBESCHRAENKUNG (10 MBIT/S) 127
7.7.1 SIMULATIONSMODELL FUER DIE EINZELNEN STATIONEN 128
7.7.2 POISSON-PROZESSE * 128
7.7.3 MELDUNGSLAENGENGENERATOR 130
7.7.4 JVARTEZEITGENERATOR 130
7.7.5 RESULTIERENDE MELDUNGSRATE DER NETZWERKSTATION 130
7.7.6 SIMULATIONSUMGEBUNG . 131
7.7.7 SIMULATIONSPARAMETER 132
7.8 SIMULATIONSRESULTATE: EINFACHES QUELLENMODELL 133
7.8.1 SIMULATIONSREIHEN 133
7.8.2 SIMULATIONSRESULTATE FIIR DAS EINFACHE QUELLENMODELL 133
7.8.3 ZUSAMMENFASSUNG DER SIMULATIONSRESULTATE 151
7.8.4 SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEN SIMULATIONSRESULTATEN MIT DEM EINFACHEN
QUELLENMODELL 152
7.9 SIMULATIONSRESULTATE: ERWEITERTES QUELLENMODELL 152
7.9.1 STATUS-ZCONTROL-MELDUNGEN 153
INHALTSVERZEICHNIS
7.9.2 DATENMELDUNGEN
7.9.3 KOEXISTENZ VON STATUS-ZCONTROL- UND VON DATENMELDUNGEN
7.9.4 ERWEITERTES QUELLENMODELL
7.9.5 NETZWERKTOPOLOGIE UND STATIONSTYPEN
7.9.6 SIMULATIONSUMGEBUNG
7.9.7 SIMULATIONSREIHEN
7.9.8 SIMULATIONSRESULTATE
7.9.9 SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEN SIMULATIONSRESULTATEN
7.10 EINFLUSS DES TCP/IP-TRANSPORTPROTOKOLLES
7.10.1 POSITIVE EINFLUESSE VON TCP/IP
7.10.2 NEGATIVE EINFLUESSE VON TCP/IP
7.10.3 LASTBESCHRAENKUNG
8 ETHERNET MIT SWITCHING
8.1 SWITCHING
8.2 SWITCH-ARCHITEKTUREN
8.2.1 BLOCKIERUNG
8.2.2 SWITCH-STEUERUNGSSOFTWARE
8.2.3 SWITCH-MANAGEMENTSOFTWARE
8.2.4 ZEITVERHALTEN EINES SWITCHES
8.3 NETZWERKTOPOLOGIE MIT SWITCHES
8.4 DIE ZUKUNFT DES SWITCHINGS
9 ETHERNET-TCP APIS
9.1 EINFUEHRUNG
9.1.1 API S/ALI S
9.1.2 ANWENDUNGSPROTOKOLLE
9.2 TCP/IP INSTRUMENT PROTOCOL
9.2.1 GRUNDLAGEN
9.2.2 TCP/IP INSTRUMENT PROTOCOL
9.2.3 IEEE-488 FUNKTIONEN UEBER TCP/IP
9.3 OPC (OLE FOR PROCESS CONTROL)
9.3.1 GRUNDLAGEN
9.3.2 COM
9.3.3 DCOM
9.3.4 OPC-FUNKTIONEN
9.4 SIMATIC S7-FUNKTIONEN
9.4.1 GRUNDLAGEN
9.4.2 S7-SOFTWARESTRUKTUR
9.4.3 SL -FUNKTIONEN
9.4.4 S7 KOMMUNIKATIONS-SFB S
9.4.5 SAPI-S7 SCHNITTSTELLE IM PC/FREMDSYSTEM
9.5 MARITIME INFORMATION TECHNOLOGY STANDARD (MITS)
9.5.1 MITS UEBERSICHT
9.5.2 MITS SOFTWARESTRUKTUR
9.5.3 MITS T-PROFILE
9.5.4 MITS A-PROFILE
9.5.5 MITS COMPANION STANDARDS
9.6 CORBA
153
153
154
155
156
157
157
167
168
168
168
169
171
171
173
174
175
175
176
176
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179
181
181
182
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186
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191
191
191
193
194
195
198
198
199
201
202
202
202
INHALTSVERZEICHN IS
9.7 APIS AUF DER BASIS VON XML 203
9.7.1 XML (EXTENSIBLE MARKUP LANGUAGE) 204
9.7.2 MESSAGE-DEFINITION 206
9.8 API-STANDARDISIERUNG 206
10 DEZENTRALE SOFTWARE-ARCHITEKTUREN 207
10.1 DEZENTRALE SOFTWARE 207
10.2 DEZENTRALE SOFTWARE-MECHANISMEN 208
10.2.1 EINFUEHRUNG 208
10.2.2 REMOTE PROCEDURE CALLS 208
10.2.3 MESSAGES 209
10.2.4 GLOBALE DATEN 210
10.2.5 GLOBALER CLOCK 211
10.3 EVENT-TRIGGERED UND TIME-TRIGGERED ARCHITEKTUREN 212
10.3.1 DEZENTRALE EVENT-TRIGGERED ARCHITEKTUR (ETA) 213
10.3.2 DEZENTRALE TIME-TRIGGERED ARCHITEKTUR (TTA) 213
10.4 BEISPIELE VON DEZENTRALEN SOFTWARE-ARCHITEKTUREN 213
10.4.1 DEZENTRALE SPS IM ASYNCHRONEM BETRIEB 213
10.4.2 DEZENTRALE SPS IM SYNCHRONEN BETRIEB 215
10.4.3 DEZENTRALES OBJEKTSYSTEM 215
10.5 INTEGRATION IN UNTERNEHMENSWEITE NETZWERKE 219
11 SICHERHEIT IN INDUSTRIELLEN NETZEN 221
11.1 SICHERHEITSBEGRIFF IN DER INDUSTRIEAUTOMATION 221
11.1.1 A BGRENZUNG DES SICHERHEITSBEGRIFFES 221
11.1.2 NETZWERK-UND RECHNERSICHERHEIT 222
11.1.3 MESSUNG DER SICHERHEIT 223
11.2 SICHERHEITSBEREICHE 224
11.3 BEDROHUNG 225
11.3.1 TECHNISCHE BEDROHUNG 225
11.3.2 , WAHRSCHEINLICHKEIT EINES ANGRIFFES 226
11.4 SICHERHEITSMECHANISMEN 229
11.5 PLANUNG DER SICHERHEIT 229
11.5.1 SICHERHEITSSTRATEGIE 232
11.5.2 SICHERHEITSPERIMETER 234
11.5.3 BEDROHUNG 234
11.5.4 SICHERHEITSARCHITEKTUR UND SICHERHEITSMECHANISMEN 235
11.5.5 UEBERWACHUNG 238
11.6 IPSEC 238
12 REDUNDANZ UND FEHLERTOLERANZ 241
12.1 VERFUEGBARKEIT UND FEHLERTOLERANZ 241
12.2 NETZWERKREDUNDANZ (ETHERNET-REDUNDANZ) 242
12.2.1 FEHLERANALYSE FUER DAS AUTOMATISIERUNGSNETZWERK 242
12.2.2 REDUNDANZ 243
12.2.3 WECHSEL AUF DAS REDUNDANTE NETZWERK 245
12.3 STEUERUNGSREDUNDANZ 247
12.3.1 HARDWAREREDUNDANZ 247
12.3.2 SOFTWAREREDUNDANZ 248
INHALTSVERZEICHNIS
13 ETHERNET-TCP/IP PLANUNG UND EINSATZ 251
13.1 PLANUNG 251
13.2 ZEITVERHALTEN 255
13.3 SICHERHEIT 257
13.4 NETZWERKARCHITEKTUR UND TOPOLOGIE 258
13.4.1 NETZWERKARCHITEKTUR 258
13.4.2 NETZWERKTOPOLOGIE 261
13.5 INDUSTRIETAUGLICHE INSTALLATION 262
13.5.1 INDUSTRIELLE UMGEBUNG 262
13.5.2 GALVANISCHE ISOLATION 262
13.5.3 ERDUNG 263
13.5.4 STROMVERSORGUNG 263
13.5.5 ZERSTOERUNGSSCHUTZ 263
13.5.6 UEBERTRAGUNGSMEDIEN 264
13.5.7 KABEL UND STECKER 265
13.6 IMPLEMENTATION 265
13.6.1 PRODUKTE 265
13.6.2 LASTBESCHRAENKUNG 266
13.6.3 TCP/IP-TREIBERSOFTWARE 268
13.6.4 INTELLIGENTE NETZWERKADAPTER 268
13.7 BETRIEB 269
13.8 AUSBLICK 270
14 LITERATURVERZEICHNIS 273
14.1 BUECHER UND ZEITSCHRIFTEN (BLBLIOGRAFIE) 273
14.2 INTERNET-ADRESSEN (CYBERGRAFIE) 281
ABKUERZUNGEN UND SACHWOERTERVERZEICHNIS 285
ABKUERZUNGEN 285
SACHWOERTERVERZEICHNIS 288
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