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E-Book

Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik

Bussysteme, Netzwerkdesign und Sicherheit im industriellen Umfeld

AutorRicarda Koch, Ralph Lüftner
VerlagPublicis
Erscheinungsjahr2019
Seitenanzahl253 Seiten
ISBN9783895789717
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,99 EUR
Das Buch vermittelt die Grundlagen für den Einsatz von Industrial Ethernet und Kommunikationsbussen in der Industrieautomatisierung. Es beginnt mit einer Einführung in verschiedene Feldbussysteme, in Ethernet mit seinen unterschiedlichen Ausprägungen sowie den Aufbau und die Protokollarchitektur von TCP/IP. Es folgen Abschnitte zu Wireless-Netzwerken und zu Protokollen zur Steigerung der Netzwerkverfügbarkeit sowie eine grundlegende Einführung in PROFINET. Praxisbeispiele zeigen die Konfiguration von PROFINET-IO-Netzwerken, MRP-Ringen, Shared Devices und I-Devices mit STEP 7 V5.6 und TIA Portal V15. Im Kapitel zu Industrial Security erläutert das Buch Angriffstechniken und Maßnahmen, Konzepte und Architekturen zur Netzwerksicherheit. Firewall-Beispielkonfigurationen mit dem TIA Portal V15 und SCALANCE S geben eine Hilfestellung für eigene Projekte. Das folgende Kapitel zeigt, wie ein industrielles Netzwerk in der Praxis strukturiert ist und welche Komponenten man dabei nutzen kann. Ein Ausblick zu Digital Connectivity und dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) rundet das Buch ab.

Inhalt
Einführung in Kommunikationsnetze: PROFIBUS, AS-Interface, CAN-Bus, Ethernet, TCP/IP, WLAN, Netzwerkverfügbarkeit
PROFINET: Funktionsprinzip, Real-Time-Konzept, Konfiguration, MRP, Shared Device, I-Device, Beispielkonfigurationen mit STEP 7 und TIA Portal
Industrial Security: Angriffstechniken und Täterprofile, Anlagensicherheit, Netzwerksicherheit, Systemintegrität, Security-Beispielkonfigurationen mit dem TIA Portal V15 und SCALANCE
Komponenten und Netzwerke:SCALANCE, Aufbau und Struktur industrieller Netzwerke
Ausblick: Auf dem Weg zur Digital Connectivity

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Titelseite1
Kommunikationsnetze in der Automatisierungstechnik4
Impressum5
Geleitwort6
Inhaltsverzeichnis8
1?Ein kurzer Überblick14
2?PROFIBUS16
2.1?Protokollvarianten bei PROFIBUS16
2.2?PROFIBUS DP17
2.3?PROFIBUS FMS17
2.4?PROFIBUS PA18
2.5?PROFIBUS-Schichten18
2.5.1?Bitübertragungsschicht – Schicht 118
2.5.2?Fieldbus Data Link – Schicht 220
2.5.3?Anwendungsschicht – Schicht 721
2.6?Bustopologien22
2.6.1?RS48522
2.6.2?LWL23
2.6.3?IEC 1158-2 (PROFIBUS PA)23
2.7?Buszugriffssteuerung23
2.7.1?Token-Bus-Verfahren (Token-Passing)24
2.7.2?Master-Slave-Verfahren25
2.8?Die Zukunft von PROFIBUS25
3?AS-Interface27
3.1?Übertragungstechnik27
3.2?Buszugriffsverfahren28
3.3?Weitere AS-i-Varianten28
3.3.1?ASIsafe28
3.3.2?AS-i Power24V29
3.4?Eckdaten und Projektierung29
4?CAN-Bus?31
4.1?Übertragungstechnik31
4.2?Buszugriffsverfahren31
4.3?Eckdaten32
5?Ethernet?33
5.1?Definition33
5.2?Geschichte34
5.3?Paketaufbau35
5.4?MAC-Adresse38
5.5?Zugriffsmechanismen39
5.6?Shared Ethernet40
5.6.1?CSMA/CD40
5.6.2?Kollisionsdomäne42
5.6.3?Netzwerktopologie bei Ethernet42
5.7?Fast-Ethernet42
5.8?Switched Ethernet43
5.8.1?Switch versus Hub43
5.8.2?Simplex, Half-Duplex und Full-Duplex44
5.9?Weitere Funktionalitäten für Ethernet44
5.9.1?Autonegotiation44
5.9.2?Autosensing45
5.9.3?Autocrossover45
5.9.4?Power-over-Ethernet (PoE)45
5.10?Weiterentwicklungen bei Ethernet45
6?TCP/IP?647
6.1?Internet-Protokoll (IP) – Vermittlungsschicht48
6.1.1?IP-Paketaufbau48
6.1.2?IP-Adresse50
6.1.3?Net-ID und Host-ID bei IP-Adressen52
6.1.4?Spezielle IP-Adressen55
6.1.5?IP-Adressvergabe56
6.1.6?IP-Routing57
6.1.7?IPv6 – Nachfolger von IPv459
6.1.8?Beispiel für eine Netzwerkberechnung mit IPv460
6.2?Weitere Protokolle der Schicht 362
6.2.1?ARP62
6.2.2?ICMP62
6.3?Transportschicht63
6.3.1?TCP63
6.3.2?UDP68
6.4?TCP/IP – kompletter Frameaufbau69
7?WLAN?771
7.1?Frequenzen und Datendurchsatz71
7.2?Shared Medium72
7.2.1?CSMA/CA73
7.2.2?Hidden Station Problem73
7.2.3?RTS/CTS74
7.2.4?Exposed Station Problem74
7.3?Grundlegende Begriffe im WLAN75
7.4?Betriebsmodi und Verfahren im WLAN77
7.4.1?Infrastructure Mode77
7.4.2?Extended Service Set78
7.4.3?Wireless Distribution System78
7.4.4?Wireless Mesh Network (WMN)79
7.4.5?Roaming79
7.5?DCF und PCF80
7.5.1?Distributed Coordination Function80
7.5.2?Point Coordination Function81
7.6?Industrial Point Coordination Function81
7.6.1?iPCF-Zyklus82
7.6.2?Rapid Roaming82
7.6.3?industrial Point Coordination Function - MC83
7.7?Ausblick84
8?Mechanismen zur Steigerung der Verfügbarkeit eines Netzwerks?85
8.1?STP/RSTP85
8.2?MRP86
8.3?PRP86
9?PROFINET?88
9.1?Vertikale Kommunikation erfordert Ethernet88
9.2?PROFINET – ein umfassender Industrial Ethernet Standard88
9.2.1?Netzwerk-Installation89
9.2.2?IT-Standards & Security89
9.2.3?PROFINET IO – die Einbindung dezentraler Feldgeräte90
9.2.4?PROFINET in der Prozessindustrie90
9.2.5?Real-Time-Kommunikation91
9.2.6?Motion Control92
9.2.7?Safety mit PROFIsafe92
9.2.8?Verteilte Intelligenz92
9.3?Funktionsweise von PROFINET93
9.3.1?PROFINET – ein voll geswitchtes Industrial Ethernet93
9.3.2?Kommunikationsarten im PROFINET – zyklisch und azyklisch94
9.3.3?Echtzeit-Kommunikationskanal – Layer-2-optimiert94
9.3.4?Priorisierung von Real-Time-Daten über 802.1Q95
9.3.5?PROFINET IRT – Isochrone Real-Time-Kommunikation96
9.4?Konfiguration von PROFINET IO98
9.4.1?Planung, Installation und Inbetriebnahme98
9.4.2?Strukturen eines PROFINET-Netzwerks99
9.4.3?Komponenten eines PROFINET-Netzwerks100
9.4.4?IO-Device – Gerätenamen- und Adressvergabe101
9.4.5?Wechselmedien103
9.4.6?Sendetakt von IO-Controller und Aktualisierungszeit von IO-Device104
9.4.7?Beispiel: Konfiguration eines PROFINET-IO-Netzwerks mit STEP 7 V5.6104
9.5?MRP – fehlertolerante Kommunikation im PROFINET109
9.5.1?MRP – ein intelligentes Redundanzkonzept109
9.5.2?MRP – Funktionsweise110
9.5.3?Konfigurationsregeln112
9.5.4?Beispiel: Konfiguration eines MRP-Rings mit STEP 7 V5.6112
9.5.5?Beispiel: Konfiguration eines MRP-Rings mit TIA Portal V15116
9.5.6?MRPD – stoßfreie Umschaltung im PROFINET118
9.6?Shared Device – geteilte Ressourcen im PROFINET122
9.6.1?Shared Device – eine geschickte und flexible Teilung122
9.6.2?Beispiel: Konfiguration eines Shared Device mit STEP 7 V5.6123
9.6.3?Beispiel: Konfiguration eines Shared Device mit TIA Portal V15128
9.6.4?MSI/MSO – Modulinternes Shared Input?/?Shared Output133
9.6.5?Beispiel: Konfiguration eines MSI/MSO mit TIA Portal V15134
9.7?I-Device – effiziente Kommunikation im PROFINET136
9.7.1?Wirkungsweise136
9.7.2?Beispiel: Konfiguration eines I-Device mit STEP 7 V5.6137
9.7.3?Transferbereiche anlegen und im Anwenderprogramm nutzen138
9.7.4?Beispiel: Konfiguration eines I-Device mit TIA Portal V15142
10?Industrial Security145
10.1?IT-Security versus Industrial Security: Was ist anders??145
10.1.1?Unterschiedliche Anforderungen in IT- und ICS-Umfeld146
10.1.2?Unterschiedliche Prioritäten in IT- und ICS-Umfeld147
10.2?Trends, Standards, Normen und Gremien148
10.2.1?Trends, die Industrial Security notwendig machen148
10.2.2?Normierungsgremien149
10.2.3?Die Normenreihe IEC 62443?/?EN 62443150
10.3?Angriffstechniken und Täterprofile151
10.3.1?Viren151
10.3.2?Würmer151
10.3.3?Trojaner152
10.3.4?Ransomware152
10.3.5?Denial-of-Service152
10.3.6?Man-in-the-Middle154
10.3.7?Sniffing154
10.3.8?Spoofing154
10.3.9?Social Engineering155
10.3.10?Hacking155
10.3.11?Scriptkiddie156
10.3.12?Cyberterrorismus157
10.3.13?Insider-Angriffe157
10.3.14?Industriespionage157
10.3.15?Industrial Security – die aktuelle Situation157
10.4?Defense in Depth158
10.5?Anlagensicherheit160
10.5.1?Physische Sicherheit: Zugangsschutz160
10.5.2?Physische Sicherheit: Umwelt162
10.5.3?Organisatorische Sicherheit162
10.6?Netzwerksicherheit164
10.6.1?Zellenschutzkonzept164
10.6.2?Firewall166
10.6.3?Zugriffsbeschränkung169
10.6.4?NAT/NAPT – für Serienmaschinen oder Serviceanwendungen173
10.6.5?VPN (Virtual Private Network)176
10.7?Systemintegrität187
10.7.1?Produkte mit Basis-Security-Funktionen187
10.7.2?Zugriffsschutz und Know-how-Schutz188
10.7.3?Passwörter189
10.7.4?Sichere und unsichere Protokolle191
10.7.5?Absicherung von WLAN-Netzwerken193
10.7.6?Updates – Sicherheit nach aktueller Bedrohungslage194
10.7.7?Scanner und Whitelisting195
10.7.8?Virenscanner, Intrusion-Detection-Systeme und Deep PacketInspection196
11?Security-Beispielkonfigurationen mit dem TIA Portal V15199
11.1?SCALANCE S zum Zellenschutz als NAT Firewall Router199
11.2?SCALANCE S zum Zellen- und Zugriffsschutz als benutzerspezi­fischer ­Firewall-Router207
11.3?SCALANCE S zum Zellen- und Zugriffsschutz als VPN-Endpunkt mit benutzerspezifischer Firewall214
12?Industrielle Netzwerke und Komponenten227
12.1?Die Gerätefamilie SCALANCE227
12.1.1?SCALANCE M227
12.1.2?SCALANCE W228
12.1.3?SCALANCE X229
12.1.4?SCALANCE S232
12.2?Aufbau und Struktur industrieller Netzwerke233
13?Ausblick: Auf dem Weg zur Digital Connectivity238
13.1?Anforderungen an die Kommunikationsnetze239
13.2?OPC Unified Architecture240
13.3?Time-Sensitive Networking (TSN)240
13.4?Digital Connectivity: Das industrielle Internet der Dinge243
Stichwortverzeichnis245
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