Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Aufbau industrieller Netzwerke (Teil 1)

Skalierbare Switching- und Routing-Funktionen

Die Verbreitung des Ethernet-Standards findet auch in industriellen Netzen scheinbar keine Grenzen. Doch mit der ursprünglichen Definition von Ethernet haben die heute benutzten Mechanismen und erforderlichen Strukturen nicht unbedingt zu tun. Dabei steht die Frage im Raum, ob ein Layer-2-Netzwerk eine logische Struktur tragen kann oder ob dazu Layer-3-Geräte – also Router – erforderlich sind.

Scalance XM416-4C unterstützt einen modularen Aufbau durch Port Extender und Combo-Ports. Das Web-Interface ist für mobile Geräte ausgerichtet und kann per NFC gestartet werden. Bild: Siemens

Als Robert Metcalfe vor ungefähr 40 Jahren die erste Skizze von Ethernet entwarf, überzeugte der Ansatz durch Einfachheit: Mehrere Endgeräte verbinden sich über ein Medium zu einem ‚Jeder-mit-jedem‘-Kommunikationsnetz. Die Zugangs- und Übertragungsregeln waren im Rahmen des Verfahrens ‚Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection‘ (CSMA/CD) vorgegeben. Dabei werden sowohl die Zugriffsreihenfolge auf Basis der zeitlich ersten Anfrage als auch die Prüfung des Übertragungsmediums auf Verfügbarkeit und die Absicherung kollidierender Zugriffe geregelt. Diese Technik gab es in Ausprägungen wie 10Base2 oder ‚Cheapernet‘ sowie 10Base5 oder ‚Yellow Cable‘. Bei diesen Lösungen war es relativ umständlich, Endgeräte hinzuzufügen oder zu entfernen. Dieses Problem wurde später durch sogenannte Hubs als Koppelelemente gelöst, die eine sternförmige Topologie und damit strukturierte Verkabelung unterstützten.

ANZEIGE

Diese Hubs funktionierten im Gegensatz zu den später verwendeten Layer-2-Switches lediglich als Repeater. Entsprechend konnten die Mechanismen Carrier Sense und Collision Detection – bedingt durch die Signallaufzeiten – nur in räumlichen Grenzen sinnvoll funktionieren. Das Überschreiten dieser Grenzen gelang mit dem Einsatz von Ethernet-Bridges und der Separierung von Collision-Domains. Spätestens mit der Einführung von Gigabit-Ethernet und der Verwendung von Ethernet-Switches hat sich die Verwendung von ‚Full Duplex‘-Verbindungen etabliert: Indem getrennte Adern für das Senden und Empfangen genutzt wurden, waren Kollisionen auf der Leitung Geschichte. Im Gegensatz zu Repeaterfunktionen werden die Pakete in den Switches vollständig neu generiert – in der Regel unter Nutzung des ‚Store and Forward‘-Verfahrens.

Ethernet-Switching

Mit den Switches ergeben sich aber neue Herausforderungen, auch wenn die Technologie Probleme in den Feldern Zugriffskollision, Paketintegrität bei der Weiterleitung sowie Kommunikationsgeschwindgkeit und Topologiegröße der Netzwerke beseitigt hat. Denn damit ist nicht mehr das Kabel die begrenzende Größe sondern der Switch, der durch Pufferstrukturen und Warteschlangen- oder ‚Queueing‘-Mechanismen dafür sorgen muss, dass möglichst kein Paket verloren geht. Und wenn doch, dann bleibt die Wiederholung den oberen Protokollebenen überlassen, etwa dem ‚Transmission Control Protocol‘ (TCP) oder der Applikation. Die Forwarding-Regeln für Switches sind dabei relativ einfach:

  • Ethernet-Adressen der Teilnehmer werden erkannt und per Adresstabelle gespeichert, sobald sie an einem Port sichtbar werden.
  • Ethernet-Pakete, die an einen Teilnehmer gerichtet sind, sogenannte Unicasts, werden gezielt am entsprechenden Port ausgegeben, sofern der Teilnehmer bekannt ist.
  • Pakete an unbekannte Teilnehmer sowie Multicast- und Broadcast-Pakete werden an allen Ports ausgegeben.


Das könnte Sie auch interessieren:

Rund 130 Aussteller werden am 12. und 13. Februar auf der FMB-Süd in Augsburg erwartet. Der Branchenmix reicht von der Metall- und Kunststoffverarbeitung über Montage-, Handhabungs- und Automatisierungstechnik sowie Antriebstechnik bis zur Steuerungstechnik.‣ weiterlesen

Vom 12. bis zum 13. Februar 2020 findet in Dortmund die Maintenance statt. Rund 220 Aussteller werden dann auf dem dortigen Messegelände erwartet - darunter Dienstleister, Handelshäuser und Software-Anbieter. Wie die Veranstalter mitteilen, werden auch zahlreiche Maschinen- und Anlagenbauer vor Ort sein.‣ weiterlesen

Menschen können Probleme entweder logisch und mit Ruhe betrachten, oder spontan und emotional entscheiden. Ähnlich geht es dem Computer: Moderne Deep-Learning-Verfahren liefern schnelle Ergebnisse, die jedoch nicht nachvollziehbar sind. Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) untersuchen nun, wie sich diese Ergebnisse durch formale Verfahren überprüfen lassen und so verlässlicher werden – ohne an Schnelligkeit einzubüßen.‣ weiterlesen

Das Konzept der 'Master Data Quality Gates' soll in Unternehmen für stets korrekte Stammdaten sorgen. Im Kern werden dabei die Daten kontinuierlich und automatisch kontrolliert, statt etwa vor einem Softwareprojekt aus dieser Aufgabe jedes Mal ein Großprojekt zu machen.‣ weiterlesen

Ein ausgeschalteter Rechner gilt als sicher - arbeiten kann man darauf allerdings auch nicht. Das Dilemma zwischen Funktion und Sicherheit beschäftigt jeden, der die IT industrieller Anlagen schützen soll. Alle Rechner mit Kommunikationsverbindung zu einer Produktionsanlage sind ein potentielles Einfalltor und eine Gefahr für die IT-Sicherheit.‣ weiterlesen

Die Stromkosten für deutsche Rechenzentrumsbetreiber sind mit 113,11€ pro Megawattstunde am höchsten. Der große Unterschied zu den Nachbarländern ergibt sich dabei aus den Nebenkosten.‣ weiterlesen

Wer die digitale Transformation im Unternehmen vorantreiben will, kommt an dem vorhandenen ERP-System nicht vorbei. Ob die Lösung den Anforderungen auch künftig gerecht wird, oder ob es Zeit für einen Wechsel ist, lässt sich in einem Digitalisierungscheck ermitteln.‣ weiterlesen

Harting und Expleo haben im Rahmen der SPS 2019 in Nürnberg eine Kooperationsvereinbarung geschlossen. Vorstandsvorsitzender Philip Harting und Peter Seidenschwang, Head of Industry bei Expleo Germany, unterzeichneten die Vereinbarung, mit der beide Parteien die langfristige Zusammenarbeit im Bereich datengesteuerter Dienste und IoT-Lösungen für Industriekunden bekräftigen.‣ weiterlesen

Laut einer Accenture-Studie können Unternehmen, die in die Skalierung von Technologieinnovationen investieren, mehr als doppelt so hohe Umsatzwachstumsraten erzielen. Dies betrifft in der Studie lediglich zehn Prozent der befragten Unternehmen.‣ weiterlesen

Mit steigender Auftragszahl stieß das ERP-System der ITV GmbH an seine Grenzen. Viele Prozesse erforderten zudem noch viel Handarbeit, etwa beim Einpflegen von Daten. Diese dokumentenbasierten Prozesse sollten mit einer Branchenlösung künftig digital ablaufen.‣ weiterlesen

Digitalgestützte Assistenzsysteme gewinnen in Fabriken an Bedeutung. Gerade komplexe Fertigungsaufgaben lassen sich so schnell, mit weniger Fehlern und von geringer qualifizierten Mitarbeitern ausüben. Für eine Studie haben 144 Produktionsverantwortliche darüber gesprochen, wie es in ihren Werken um die digitale Assistenz bestellt ist.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige