Hallo, ich bin Steve Wenner, ein Netzwerkarchitekt im Geschäftsbereich
Netzwerke und Sicherheit
bei Rockwell Automation. Und ich bin Akshath Srinivasan, ein Produkt
Inhaber für Emerging Network Technologies. Heute werden wir darüber sprechen
Grundlagen der EtherNet/IP-Vernetzung in einem industriellen System.
Wir reden erst einmal durch
Standard-Industrie-Netzwerktechnologie und einige IIoT-Technologien. Wir werden es tun
Einführung des OSI 7-Schicht-Referenzmodells.
Wir werden darüber sprechen, wie CIP und EtherNet/IP zusätzlich zu diesem OSI
angewendet werden können
Modell und dann werden wir über einige industrielle Themen sprechen
IoT-Architekturen und einige wichtige Erkenntnisse.
Also erste standardisierte industrielle Netzwerktechnik.
In der Vergangenheit hatten wir all diese unterschiedlichen Funktionen
getrennt arbeiten. Jetzt wollen wir all dies zusammenführen
und richten Sie sie so aus, dass wir keine unterschiedlichen Netzwerke haben
Technologien, sondern eine einzige Industrie
Netzwerk. Hier ist ein Beispiel
dass alles im Einklang funktioniert.
Also zuerst könnt ihr es hier sehen. Wir haben diskret
Kontrolle.
Prozesssteuerung
hier intelligente Motorsteuerung
sowie Informationstechnologie hier oben
und sie arbeiten alle im selben Sinne zusammen
Netzwerk. Also Ethernet/IP und Industrial
Protokoll. Die IP in Ethernet/IP bedeutet Industrieprotokoll, nicht Internetprotokoll.
Wenn
Wir schauen durch und verstehen, was das ist. Wir haben eine Organisation namens ODVA, die
verwaltet unsere Standards und ist eine offene Organisation mit vielen
Hauptmitgliedern
darunter Cisco und Rockwell Automation und einige andere. Ein großer Fokus für
Interoperabilität durch sie als Konformitäts- und Leistungstests, um dies sicherzustellen
Die Dinge werden als System zusammenarbeiten, wenn man sie zusammenfügt. Es ist also
interessant
und es ist wichtig, sich auf den Unterschied zwischen Ethernet und IPs und diesen beiden
zu konzentrieren
Es gibt verschiedene Spezifikationen und Ethernet/IP ist das Protokoll, das die
Übertragung ermöglicht
Ethernet und IP.
Wir bauen auf Standards auf. Deshalb verwenden wir den IEEE-Standard 802.3, um den
Standard auszuführen
Ethernet. Wir laufen bei 1588 als Standardzeit.
Wir befolgen die IETF-Standards mit IP
und all das ist die Grundlage für CIP und ODVA. Alles ist
auf diesen Standards aufbauend. Es ist IT- freundlich und zukunftssicher, weil
Darauf basiert auch die IT-Technologie und Sie haben die Möglichkeit, mehrere
Disziplinen zu kontrollieren, und das ist bei vielen sehr etabliert
Produkte, viele Anwendungen und viele verschiedene Anbieter.
Übergang zum OSI 7-Schicht-Referenzmodell.
Wir haben eine Reihe verschiedener Schichten, die dazu in der Lage sind
verschiedene Funktionen abstrahieren. Diese einzelnen Funktionen sind für transparent
die Funktion darüber. Sie basieren also auf Standards. Also haben wir
Zunächst handelt es sich um eine physikalische Schicht, die darüber spricht,
wie Geräte verbunden sind
und es läuft auf Standards der TIA-Standards. Darüber hinaus,
Unsere Netzwerk- und Datenverbindungsschichten basieren auf IETF-
Standards und
802.3-Standards. Denn ganz oben haben wir CIP
genau hier. Dann ist dies ihre Anwendungsschicht. So dass
umfasst Anwendungspräsentations- und Sitzungsebenen
und diese sind mit unserer Transportschicht verknüpft und werden von TCP verwaltet
und UDP wiederum Standards. Auf
CIP auf Anwendungsebene. Sie sehen, dass es eine Reihe verschiedener Protokolle gibt
Hier. Wir haben CIP OPCUA Modbus HART
HTTP. Alle von denen Protokolle können nebeneinander existieren,
da sie auf den entsprechenden Standards basieren
sind unter ihnen, um sie zu stützen. Das heißt aber nicht, dass sie miteinander reden
können. Also
Cohens Koexistenz bedeutet nicht Interoperabilität. Hier können Sie also
sehen, wie
Aufschlüsselung verschiedener Ebenen und ein Beispiel ist if
Studio 5000 auf einer Workstation soll mit a interagieren
Controllogix-Controller. Also hier
Der Prozess, mit dem die Daten durch die Schichten übertragen werden, wird aufgerufen.
Nun, es gibt zwei Prozesse und es erfolgt durch Kapselung und
Entkapselung. Also hier
Ich werde erklären, wie
Die Kapselung ist abgeschlossen. Auf jeder Ebene gibt es also einen Header
hinzugefügt zu die Nutzlast. Es beginnt mit CIP
als Teil der Anwendungsschicht mit einer darüber liegenden Kapselung.
Danach wird ein TCP-Header hinzugefügt
und es wird ein Segment. Dies ist die Dateneinheit für die Transportschicht.
Und es folgt die Konvertierung in ein Paket, das
beinhaltet das Hinzufügen eines IP-Headers.
Dann haben wir hier in Schicht 2 einen Ethernet-Header,
was ermöglicht a
Datenrahmen, der über Ethernet übertragen werden soll.
Und natürlich haben wir die physikalische Schicht, die Drähte und Elektrik umfasst
Signale. Das Schöne an dieser physischen Schicht ist, dass sie unabhängig ist
weil sie übereinander gestapelt sind und für die darüber liegende Ebene transparent sind
ihnen. Das kann also Kupfer oder Glasfaser oder ähnliches sein. Wir können die IP-
Schicht haben
läuft über eine unabhängige Datenverbindungsschicht, wenn wir zu dieser
wechseln möchten
so etwas wie zum Beispiel Wi-Fi oder 5G. Und so sorgt die Standard-IP für Portabilität
und nahtloses Routing über unabhängige Datenverbindungsschichten.
Eine Sache, auf die wir uns jetzt konzentrieren sollten, ist, wann wir es haben
Hier finden Sie herstellerspezifische Ebenen. Sie müssen verstehen, was
das bedeutet. Richtig, wenn wir eine herstellerspezifische Ebene haben
vier und in Schicht drei Elemente im Transportnetzwerk, das wird die Portabilität
einschränken und
Routingfähigkeit. Sie benötigen spezielle Hardware, die dies unterstützt, und
Zu diesem Zeitpunkt basiert es noch nicht auf offenen Standards
Wenn wir diesen herstellerspezifischen Bereich in die Datenverbindungsschicht
einbeziehen,
Sie werden nicht standardmäßige Ethernet- Geräte benötigen, und das werden Sie auch
nicht tun
Einhaltung von Standards. Es wird also nicht tragbar sein. Dadurch erhalten Sie keine
Interoperabilität
dass Standards und Ethernet/IP Ihnen geben werden.
Nun, wenn es darum geht
Aufgrund der verschiedenen Schichten haben wir unterschiedliche Modelle, die wir
verwenden. Also
Einige Begriffe können verwirrend sein, beispielsweise in der OSI-7-Schicht
Modell. Wir haben Verbindungen, Schichten und Routing
aber diese sind es auch
Begriffe, die im Purdue-Modell verwendet werden. Also rein
Begriffe der Netzwerkterminologie, auf die sich eine Verbindung bezieht
zum Beispiel eine TCP-Verbindung zwischen zwei Geräten
mit einem Handschlag. Und dann
Schichten versus Ebenen. Also haben wir
hier sieben Schichten
wie ich bereits erwähnt habe
verschiedene Nutzlasten und
Nach jedem Level wird die Nutzlast in eine andere gekapselt
Dateneinheit usw In Bezug auf das Routing ist das eine Layer-
3-Funktion
Dadurch können Pakete zugestellt werden
zwischen Teilnetzen. Das ist also eine großartige Erklärung dafür, wie das
funktioniert
Begriffe beziehen sich auf die Vernetzung. Wenn ich Steuerungsingenieur wäre, würde ich
denken
Bei den Verbindungen handelt es sich um meine Eigentümerverbindung von meinem Controller zu
meinem E/A
oder meine Levels werden das Purdue-Modell sein
Ebene. Vielleicht ist Level zwei also mein Controller-Layer-Level.
Oder Routing. Ich denke über CIP-Routing nach, und das ist die Möglichkeit dazu
Senden Sie Datenverkehr über eine Rückwandplatine
nur CIP und kommen in einem anderen Standard heraus, egal ob es so ist
Ethernet oder einfach als Controlnet oder Devicenet herauskommen
Die Überfrachtung dieser Begriffe bedeutet also, dass wir
Wenn wir mit den Leuten reden, müssen wir verstehen, was sie denken, und ihnen
gegenüber sehr klar sein
unsere Kommunikation.
Hier haben wir also Sicherheit, die wir auf verschiedenen Ebenen nutzen können
des OSI-Modells. Von unten nach oben kommend
die physikalische Schicht haben wir
Blackouts Lock-Ins.
Das ist die physische Sicherheit und dann die Datenverbindungsschicht, die wir haben
Dinge wie Portsicherheit und MACsec.
Gefolgt von Schicht 3. Wir haben IPSec und ACLS. Also
es beinhaltet auch VPNs
In Schicht vier haben wir TLS (Transport Layer Security) und DTLS
Sicherheit der Datagramm-Transportschicht.
Und ein weiteres Beispiel hierfür ist das Bankwesen.
Online-Banking. Nun zur Anwendungsschicht und
Präsentationssitzungsebenen,
Hier kommt die CIP-Sicherheit ins Spiel
in den Präsentationssitzungsebenen, und darüber hinaus haben wir
Factorytalk-Richtlinienmanager für die Anwendungsschicht.
Sie wissen schon, dass man in die CIP- Anwendungsschicht kommt. Wir werden ein wenig
darüber reden
was CIP tut, um der Anwendung das zu geben
Zusätzlicher Edge oder dieses Modell, um diese konsistente Kommunikation zu
ermöglichen.
Hier haben Sie es also zwei verschiedene Pflanzen, zum Beispiel wo
Alle Geräte verfügen über eigene Datenmodelle und
Dies bedeutet, dass Geräte nicht miteinander kommunizieren können.
Wir müssen also die Übersetzungsschicht integrieren
zwischen. Aber mit
CIP hier Wir haben die Möglichkeit, eine Uniform zu
haben
Datenmodell zwischen den Geräten und es besteht keine Notwendigkeit dafür
separate Übersetzungsschicht.
Die erste in Ethernet/IP integrierte Anwendung ist die CIP-Sicherheit, die wir
entwickeln werden
über heute reden. Und das ist die Fähigkeit, über das gesamte Ethernet funktionale
Sicherheit zu gewährleisten
Dadurch erhalten Sie das gleiche Maß an Sicherheit, das ein SL3-System benötigt.
Es sorgt für eine ausfallsichere Kommunikation zwischen Knoten. Es sendet
Datenverkehr
mehrmals. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob die Sicherheitsdaten korrekt sind.
Es wurden zusätzliche CRCs hinzugefügt, um Ihnen das zu bieten
Möglichkeit, sicherzustellen, dass sich die Pakete nicht im Laufe der Zeit geändert haben
und es gibt ein Paket oder es gibt Zeitstempel auf allen Ihren Paketen, um
sicherzustellen, dass das
Der Verkehr kommt pünktlich an. Im Mittelpunkt der CIP-Sicherheit steht das
Können
Sagen Sie, dass mein Gerät ausfallsicher ist, und wir stecken es in einen
sicher Geben Sie an, wenn wir einen Fehler oder eine
Störung haben.
Es werden Profile erstellt in CIP-Sicherheit, um diese Daten teilen zu
können. Es verfügt über eine Objektbibliothek
und damit verbundene Standarddienste und Nachrichten, damit Geräte kommunizieren
können
nahtlos auf demselben Datenmodell zusammenwirken.
CIP Sync ist eine weitere Funktion, die
ermöglicht CIP um zeitkritische Anwendungen zu ermöglichen.
Und dies geschieht durch die Verwendung von PTP oder
Precision Time-Protokoll. Das Besondere an PTP ist, dass es sehr präzise ist
sogar bis auf die Mikrosekunden- oder Nanosekundenebene.
Verschiedene Anwendungen, in denen dies verwendet werden könnte
sind zum Beispiel Zeit, Eingabezeitstempel, geplante Ausgaben,
und koordinierte Bewegung.
Integrierte Bewegung oder koordinierte Bewegung über Ethernet/IP verfolgt einen
einzigartigen Ansatz.
Traditionell konzentrieren Sie sich auf die Netzwerkplanung und die Festlegung eines
Zeitfensters für
Ihre Daten kommen an. Aufgrund der CIP-Senke und der Möglichkeit, diese knappe Zeit
einzuhalten
Durch die Synchronisierung über CIP können wir keinen herkömmlichen Ansatz verwenden und
sind großartig
Bewegung mit Ethernet/IP erneut unter Verwendung von standardmäßigem, unverändertem
Ethernet. Wir haben es vorherbestimmt
Ausführungspläne, die grundsätzlich zeitnah an die Geräte gesendet werden
Sagen Sie dem Gerät, dass es zu diesem Zeitpunkt in diese Position gehen soll.
Dies erreichen wir durch den Einsatz von CIP Sync und PTP
und Datenpriorisierung mit QOS in unseren Netzwerkgeräten.
Wir haben wieder gemeinsame Schnittstellen und Profile erstellt
auch für integrierte Bewegung damit Geräte ordnungsgemäß miteinander
kommunizieren können
ohne Interoperabilitätsprobleme.
CIP-Sicherheit ist eine Funktion, die auf der Anwendungsebene wirkt und definiert
Sichere Kommunikation für Ethernet-Geräte.
Dies wird zusätzlich hinzugefügt
TLS-Verschlüsselung (Transport Layer Security) in Schicht 4,
Dies ist eine optionale Funktion. Und das
unterstützt NIST-Standards
von null Vertrauen. Insgesamt ist CIP- Sicherheit ein Teil davon
der ganzheitlichen Defense-in-Depth- Philosophie
welche
ermöglicht Sicherheit auf verschiedenen Ebenen des OSI-Modells.
Hier können wir sehen
dass CIP-Sicherheit zwischen verschiedenen agiert
Geräte, Controller und Endpunkte
sowie zwischen Workstations, Controller oder verschiedene
Endpunkte.
Auf der linken Seite sehen Sie die CPwE- Architektur.
Und wenn Sie mehr über Sicherheit erfahren möchten, können Sie dies tun
Gehe hier hin. Alles klar, wir bewegen uns in die industrielle IoT-Branche
Architekturen, wie ermöglichen wir das? Wie bekommen wir dieses eine Netzwerk, das alles
betreibt?
dass diese verschiedenen Anwendungen tatsächlich funktionieren und wir sie nutzen
können
die Infrastruktur zu verwalten, um dies zu ermöglichen.
Also Steve, wenn ich wollte
Ich betreibe eine Anlage und das habe ich getan
viel Verkehr, Ich habe viele Geräte
um zwischen ihnen zu kommunizieren, und ich brauche auch Gig-Ports für eine schnelle
Kommunikation.
Welche Art von Schaltern würde ich benötigen? Nun, ich würde das volle und hohe empfehlen
Leistungsverwaltete Switches. Auf dem vollen Leistungsniveau, das Sie erreichen werden
Holen Sie sich Gig-Ports. Sie erhalten die Konnektivität
das ermöglicht dies mit vielen Endgeräten und vielen Daten.
Sie werden nur von der Ebene zur Konnektivität gelangen. Wenn Sie also eine
Route dazwischen benötigen Subnetze müssen Sie nach oben wechseln
Hochleistungslinie im 5800er.
Das ist es also, was ich für diese Situation empfehlen würde.
Okay, ich könnte das auch so verwenden
eine Schicht zwischen OT und IT?
Das könntest du auf jeden Fall. Ja. Alles, was Routing zwischen Netzwerken betrifft.
Die Layer-3-Switches werden dazu in der Lage sein.
Okay, was wäre, wenn ich eine kostengünstige Option bräuchte
für vielleicht eine Maschine
wo nicht zu viel Verkehr durch die Weiche fließt? Also,
Wir haben unsere leicht verwalteten Switches, die kostengünstig sind. Sie sind
ebenso ein paar Häfen, weil wir das nicht wollen
Verbinde eine Menge Dinge damit. Sie haben QOS, das hilft also bei manchen
Priorisierung Ihrer Daten. Aber ansonsten sind sie nicht super
konfigurierbar. Dabei handelt es sich um grundlegende Switches, die Ihnen den Einstieg
in den verwalteten Switch ermöglichen
Bereich und zeigen Ihnen die Sichtbarkeit in Ihrem Netzwerk, um zu verstehen, wann die
Dinge sind
möglicherweise schief gehen. Wie würde ich das alles zusammenfügen?
Wie Sie sehen, sprechen wir hier über Konnektivität und Adapter. Also werden wir es
tun
brauche ein paar Adapter. Wir werden einige Konnektivitäts-Enabler brauchen. Also wenn ja
Verschiedene Technologien, wie Feldbus oder DeviceNet, wissen Sie, wir können das
schaffen
mit diesen Konnektivitäts-Enablern in unser Netzwerk integrieren. Wir haben Fernzugriff.
Also wenn
Ich muss eine Verbindung über WLAN oder Mobilfunk herstellen, das geht auch. Und dann
werden wir es tun
Fügen Sie alles in eine ähnliche Topologie ein, und so setzen Sie alles zusammen.
Kommen wir also zu den wichtigsten Erkenntnissen.
Okay. Okay. Da war also einiges dabei.
Könnten Sie näher auf die Details eingehen?
Brauche vielleicht etwas Hilfe. Sicher. Also
innerhalb dieses Bildes. Es gibt wirklich drei grundlegende Topologien, die Sie
betrachten.
Es gibt eine Sterntopologie, eine lineare Topologie und eine Ringtopologie.
Okay. Woher weiß ich also, welches ich verwenden soll? Gut so
Ich denke, die Standardeinstellung wäre ein Stern. Wenn Sie also keinen Grund haben,
etwas zu tun Ansonsten würde ich eine Sterntopologie
wählen. Es hat den höchsten Durchsatz und ist relativ
einfach zu bauen.
Wenn Sie nach einer Art Resilienz suchen –
-Wenn also ein Kabel kaputt geht, wie bleibt es dann noch?
mit diesem Gerät verbunden? - Wenn Sie Ausfallsicherheit wünschen, schauen Sie sich
einen Ring an. dann haben wir das DLR, das das unterstützt.
Eine lineare Topologie? ICH
Das würde ich nicht so sehr empfehlen
ein Ring, der am Ende nicht verbunden ist. Und so
Das schränkt Ihre Fähigkeit ein, diese Widerstandsfähigkeit zu erreichen
und du hast die Schwäche von Geräte miteinander verketten. Also
Dann würde ich mich auf Stern oder Ring konzentrieren,
und ehrlich gesagt, warum ich nicht linear verwenden würde. Jetzt können Sie sie alle
zusammenfügen. Das tust du nicht
Sie müssen sich für das eine oder andere für Ihre Pflanze entscheiden. Sie können sie alle
in Ihrem System zusammenfassen
und wählen Sie die Topologie aus, die für diesen Bereich dieser Anlage am sinnvollsten
ist.
Wie würde es aussehen, wenn ich mehrere hätte
Standorte oder verschiedene Bereiche zum Beispiel? Wenn wir also unsere Pflanze
zerschneiden, dann wirklich
Sollten logischerweise Segmente in Zellbereiche und Zonen eingepflanzt werden,
und das begrenzt Störungen und ermöglicht es Ihnen, die Menge an Änderungen in der Menge
zu begrenzen
Es gibt Hinweise zur Fehlerbehebung, die durchgeführt werden müssen, und gibt Ihnen
außerdem logische Punkte, um den Zugriff einzuschränken
wenn Sie dies aus Sicherheitsgründen benötigen. Wie Sie sehen, unterteilen wir das
in eine Zellbereichszone
hier mit den verschiedenen Boxen. Wenn wir vorwärts gehen, können wir sehen
dass wir dies als Teil einer größeren Zeichnung zeigen, und
Das ist der Teil unten. Dies sind Ihre Zellbereichszonen. Und wenn Du
Wenn Sie mehr davon haben möchten, können Sie das auf zu viele erweitern.
viele verschiedene Zellbereiche und Zonen, und so würde es aussehen, wenn Sie
Verbinden Sie es mit einem Enterprise- Produktionssystem.
Wo würde also in diesem Diagramm mein Fabrikgespräch stehen?
Software ausführen?
Nun, die Factorytalk-Software wird in Ihrem Level 3 laufen
Site-Ops. Das geht also zurück auf unsere Ebenen im Vergleich zu Ebenen.
Wir reden jetzt über das Purdue-Modell, also sind wir wieder bei Level-3-Site-Ops.
Dort werden Ihre Ingenieurteams sitzen und wo alle Ihre industriellen Anwendungen
untergebracht wären.
Okay. Wie würde ich diese Daten zum Unternehmen bringen?
und ins ERP-System?
So ist das Unternehmen und Ihr ERP-System wirklich
Ich werde im Unternehmensnetzwerk in Ihrem sitzen
Du bist die It-Seite der Dinge. Und das ist hier wirklich aufgelistet
Unternehmenszone. Jetzt sind diese verbunden
durch eine industrielle DMZ. Und das ist dieser rote Abschnitt in der Mitte.
Das ermöglicht Ihnen die Konnektivität zur IT
Gleichzeitig wird das Risiko einer Anbindung an die IT minimiert.
Es gibt Ihnen auch einen Punkt, an dem Sie das steuern können
Ein- und Ausströmen von Daten und auch die Fähigkeit dazu
Trennen Sie es, um Ihre OT-Netzwerke im Falle eines Vorfalls vollständig zu isolieren.
Also einige wichtige Erkenntnisse für heute. Wir haben ein einziges industrielles Netzwerk
Technologie, oder? Wir versuchen, eine Konvergenz dieser Technologien zu erreichen
einzelnes Netzwerk. Wir nutzen dies als Möglichkeit, Datenmodelle für die zu
erstellen
verschiedene Anwendungen und für verschiedene Geräte. Sie haben also keine Datenzuordnung
und es
vereinfacht Ihr Design. ODVA und Ethernet/IP sind eingerichtet. Es ist
von vielen, vielen verschiedenen Anbietern verwendet und gebaut
Hauptmitglieder sind Cisco, Endress+Hauser und Rockwell Automation. Es besteht ein
Risiko
Reduzierung aufgrund von Konformitätstests und definierten QOS-Prioritäten
Stellen Sie sicher, dass es auf Ihrem Standard- und modifizierten Ethernet
funktioniert und darauf aufbaut
Standards. So funktioniert Ihre gesamte IT- Technologie, und wir nutzen sie einfach
Diese Standards und die Entwicklung von OT- Anwendungen darauf und ihrer Zukunft
bereit, weil es auf diesen Standards basiert. Während wir die darin enthaltenen
Technologien erweitern
um verschiedene Verbindungsarten zu übernehmen, sei es über Advanced Ethernet
Ob physische Schicht, Single-Pair-Ethernet oder sogar Wi-Fi – wir sind in der Lage,
diese zu übernehmen
Standards, weil wir auf den Standards von heute basieren. Vielen Dank für Ihren
Beitritt
uns durch die Grundlagen von Ethernet/IP. Wenn Sie Feedback haben, würden wir uns
freuen
Sie stellen dies über die EventROK-App bereit und wenn Sie Fragen haben,
Bitte senden Sie diese auch über die App. Vielen Dank.
Danke schön.