Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik - Bussysteme, Netzwerkdesign und Sicherheit im industriellen Umfeld

Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik - Bussysteme, Netzwerkdesign und Sicherheit im industriellen Umfeld

 

 

 

von: Ricarda Koch, Ralph Lüftner

Publicis, 2019

ISBN: 9783895789717

Sprache: Deutsch

250 Seiten, Download: 5301 KB

 
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Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik - Bussysteme, Netzwerkdesign und Sicherheit im industriellen Umfeld



  Titelseite 1  
  Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik 4  
  Impressum 5  
  Geleitwort 6  
  Inhaltsverzeichnis 8  
  1?Ein kurzer Überblick 14  
  2?PROFIBUS 16  
     2.1?Protokollvarianten bei PROFIBUS 16  
     2.2?PROFIBUS DP 17  
     2.3?PROFIBUS FMS 17  
     2.4?PROFIBUS PA 18  
     2.5?PROFIBUS-Schichten 18  
        2.5.1?Bitübertragungsschicht – Schicht 1 18  
        2.5.2?Fieldbus Data Link – Schicht 2 20  
        2.5.3?Anwendungsschicht – Schicht 7 21  
     2.6?Bustopologien 22  
        2.6.1?RS485 22  
        2.6.2?LWL 23  
        2.6.3?IEC 1158-2 (PROFIBUS PA) 23  
     2.7?Buszugriffssteuerung 23  
        2.7.1?Token-Bus-Verfahren (Token-Passing) 24  
        2.7.2?Master-Slave-Verfahren 25  
     2.8?Die Zukunft von PROFIBUS 25  
  3?AS-Interface 27  
     3.1?Übertragungstechnik 27  
     3.2?Buszugriffsverfahren 28  
     3.3?Weitere AS-i-Varianten 28  
        3.3.1?ASIsafe 28  
        3.3.2?AS-i Power24V 29  
     3.4?Eckdaten und Projektierung 29  
  4?CAN-Bus? 31  
     4.1?Übertragungstechnik 31  
     4.2?Buszugriffsverfahren 31  
     4.3?Eckdaten 32  
  5?Ethernet? 33  
     5.1?Definition 33  
     5.2?Geschichte 34  
     5.3?Paketaufbau 35  
     5.4?MAC-Adresse 38  
     5.5?Zugriffsmechanismen 39  
     5.6?Shared Ethernet 40  
        5.6.1?CSMA/CD 40  
        5.6.2?Kollisionsdomäne 42  
        5.6.3?Netzwerktopologie bei Ethernet 42  
     5.7?Fast-Ethernet 42  
     5.8?Switched Ethernet 43  
        5.8.1?Switch versus Hub 43  
        5.8.2?Simplex, Half-Duplex und Full-Duplex 44  
     5.9?Weitere Funktionalitäten für Ethernet 44  
        5.9.1?Autonegotiation 44  
        5.9.2?Autosensing 45  
        5.9.3?Autocrossover 45  
        5.9.4?Power-over-Ethernet (PoE) 45  
     5.10?Weiterentwicklungen bei Ethernet 45  
  6?TCP/IP? 6 47  
     6.1?Internet-Protokoll (IP) – Vermittlungsschicht 48  
        6.1.1?IP-Paketaufbau 48  
        6.1.2?IP-Adresse 50  
        6.1.3?Net-ID und Host-ID bei IP-Adressen 52  
        6.1.4?Spezielle IP-Adressen 55  
        6.1.5?IP-Adressvergabe 56  
        6.1.6?IP-Routing 57  
        6.1.7?IPv6 – Nachfolger von IPv4 59  
        6.1.8?Beispiel für eine Netzwerkberechnung mit IPv4 60  
     6.2?Weitere Protokolle der Schicht 3 62  
        6.2.1?ARP 62  
        6.2.2?ICMP 62  
     6.3?Transportschicht 63  
        6.3.1?TCP 63  
        6.3.2?UDP 68  
     6.4?TCP/IP – kompletter Frameaufbau 69  
  7?WLAN? 7 71  
     7.1?Frequenzen und Datendurchsatz 71  
     7.2?Shared Medium 72  
        7.2.1?CSMA/CA 73  
        7.2.2?Hidden Station Problem 73  
        7.2.3?RTS/CTS 74  
        7.2.4?Exposed Station Problem 74  
     7.3?Grundlegende Begriffe im WLAN 75  
     7.4?Betriebsmodi und Verfahren im WLAN 77  
        7.4.1?Infrastructure Mode 77  
        7.4.2?Extended Service Set 78  
        7.4.3?Wireless Distribution System 78  
        7.4.4?Wireless Mesh Network (WMN) 79  
        7.4.5?Roaming 79  
     7.5?DCF und PCF 80  
        7.5.1?Distributed Coordination Function 80  
        7.5.2?Point Coordination Function 81  
     7.6?Industrial Point Coordination Function 81  
        7.6.1?iPCF-Zyklus 82  
        7.6.2?Rapid Roaming 82  
        7.6.3?industrial Point Coordination Function - MC 83  
     7.7?Ausblick 84  
  8? Mechanismen zur Steigerung der Verfügbarkeit eines Netzwerks? 85  
     8.1?STP/RSTP 85  
     8.2?MRP 86  
     8.3?PRP 86  
  9?PROFINET? 88  
     9.1?Vertikale Kommunikation erfordert Ethernet 88  
     9.2? PROFINET – ein umfassender Industrial Ethernet Standard 88  
        9.2.1?Netzwerk-Installation 89  
        9.2.2?IT-Standards & Security 89  
        9.2.3?PROFINET IO – die Einbindung dezentraler Feldgeräte 90  
        9.2.4?PROFINET in der Prozessindustrie 90  
        9.2.5?Real-Time-Kommunikation 91  
        9.2.6?Motion Control 92  
        9.2.7?Safety mit PROFIsafe 92  
        9.2.8?Verteilte Intelligenz 92  
     9.3?Funktionsweise von PROFINET 93  
        9.3.1?PROFINET – ein voll geswitchtes Industrial Ethernet 93  
        9.3.2?Kommunikationsarten im PROFINET – zyklisch und azyklisch 94  
        9.3.3?Echtzeit-Kommunikationskanal – Layer-2-optimiert 94  
        9.3.4?Priorisierung von Real-Time-Daten über 802.1Q 95  
        9.3.5?PROFINET IRT – Isochrone Real-Time-Kommunikation 96  
     9.4?Konfiguration von PROFINET IO 98  
        9.4.1?Planung, Installation und Inbetriebnahme 98  
        9.4.2?Strukturen eines PROFINET-Netzwerks 99  
        9.4.3?Komponenten eines PROFINET-Netzwerks 100  
        9.4.4?IO-Device – Gerätenamen- und Adressvergabe 101  
        9.4.5?Wechselmedien 103  
        9.4.6?Sendetakt von IO-Controller und Aktualisierungszeit von IO-Device 104  
        9.4.7? Beispiel: Konfiguration eines PROFINET-IO-Netzwerks mit STEP 7 V5.6 104  
     9.5?MRP – fehlertolerante Kommunikation im PROFINET 109  
        9.5.1?MRP – ein intelligentes Redundanzkonzept 109  
        9.5.2?MRP – Funktionsweise 110  
        9.5.3?Konfigurationsregeln 112  
        9.5.4?Beispiel: Konfiguration eines MRP-Rings mit STEP 7 V5.6 112  
        9.5.5?Beispiel: Konfiguration eines MRP-Rings mit TIA Portal V15 116  
        9.5.6?MRPD – stoßfreie Umschaltung im PROFINET 118  
     9.6?Shared Device – geteilte Ressourcen im PROFINET 122  
        9.6.1?Shared Device – eine geschickte und flexible Teilung 122  
        9.6.2?Beispiel: Konfiguration eines Shared Device mit STEP 7 V5.6 123  
        9.6.3?Beispiel: Konfiguration eines Shared Device mit TIA Portal V15 128  
        9.6.4?MSI/MSO – Modulinternes Shared Input?/?Shared Output 133  
        9.6.5?Beispiel: Konfiguration eines MSI/MSO mit TIA Portal V15 134  
     9.7?I-Device – effiziente Kommunikation im PROFINET 136  
        9.7.1?Wirkungsweise 136  
        9.7.2?Beispiel: Konfiguration eines I-Device mit STEP 7 V5.6 137  
        9.7.3?Transferbereiche anlegen und im Anwenderprogramm nutzen 138  
        9.7.4?Beispiel: Konfiguration eines I-Device mit TIA Portal V15 142  
  10?Industrial Security 145  
     10.1? IT-Security versus Industrial Security: Was ist anders?? 145  
        10.1.1?Unterschiedliche Anforderungen in IT- und ICS-Umfeld 146  
        10.1.2?Unterschiedliche Prioritäten in IT- und ICS-Umfeld 147  
     10.2?Trends, Standards, Normen und Gremien 148  
        10.2.1?Trends, die Industrial Security notwendig machen 148  
        10.2.2?Normierungsgremien 149  
        10.2.3?Die Normenreihe IEC 62443?/?EN 62443 150  
     10.3?Angriffstechniken und Täterprofile 151  
        10.3.1?Viren 151  
        10.3.2?Würmer 151  
        10.3.3?Trojaner 152  
        10.3.4?Ransomware 152  
        10.3.5?Denial-of-Service 152  
        10.3.6?Man-in-the-Middle 154  
        10.3.7?Sniffing 154  
        10.3.8?Spoofing 154  
        10.3.9?Social Engineering 155  
        10.3.10?Hacking 155  
        10.3.11?Scriptkiddie 156  
        10.3.12?Cyberterrorismus 157  
        10.3.13?Insider-Angriffe 157  
        10.3.14?Industriespionage 157  
        10.3.15?Industrial Security – die aktuelle Situation 157  
     10.4?Defense in Depth 158  
     10.5?Anlagensicherheit 160  
        10.5.1?Physische Sicherheit: Zugangsschutz 160  
        10.5.2?Physische Sicherheit: Umwelt 162  
        10.5.3?Organisatorische Sicherheit 162  
     10.6?Netzwerksicherheit 164  
        10.6.1?Zellenschutzkonzept 164  
        10.6.2?Firewall 166  
        10.6.3?Zugriffsbeschränkung 169  
        10.6.4?NAT/NAPT – für Serienmaschinen oder Serviceanwendungen 173  
        10.6.5?VPN (Virtual Private Network) 176  
     10.7?Systemintegrität 187  
        10.7.1?Produkte mit Basis-Security-Funktionen 187  
        10.7.2?Zugriffsschutz und Know-how-Schutz 188  
        10.7.3?Passwörter 189  
        10.7.4?Sichere und unsichere Protokolle 191  
        10.7.5?Absicherung von WLAN-Netzwerken 193  
        10.7.6?Updates – Sicherheit nach aktueller Bedrohungslage 194  
        10.7.7?Scanner und Whitelisting 195  
        10.7.8? Virenscanner, Intrusion-Detection-Systeme und Deep PacketInspection 196  
  11? Security-Beispielkonfigurationen mit dem TIA Portal V15 199  
     11.1? SCALANCE S zum Zellenschutz als NAT Firewall Router 199  
     11.2? SCALANCE S zum Zellen- und Zugriffsschutz als benutzerspezi­fischer ­Firewall-Router 207  
     11.3? SCALANCE S zum Zellen- und Zugriffsschutz als VPN-Endpunkt mit benutzerspezifischer Firewall 214  
  12? Industrielle Netzwerke und Komponenten 227  
     12.1?Die Gerätefamilie SCALANCE 227  
        12.1.1?SCALANCE M 227  
        12.1.2?SCALANCE W 228  
        12.1.3?SCALANCE X 229  
        12.1.4?SCALANCE S 232  
     12.2?Aufbau und Struktur industrieller Netzwerke 233  
  13? Ausblick: Auf dem Weg zur Digital Connectivity 238  
     13.1?Anforderungen an die Kommunikationsnetze 239  
     13.2?OPC Unified Architecture 240  
     13.3?Time-Sensitive Networking (TSN) 240  
     13.4? Digital Connectivity: Das industrielle Internet der Dinge 243  
  Stichwortverzeichnis 245  
  Weitere Bücher von Publicis Publishing 252  
  SIMATIC IOT2020 – Ihr Vorsprung in der Bildung 253  

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