Einrichtung: Gerät Ethernet und TCP/IP Hinweise

Erläuterung TCP/IP v4

TransmissionControlProtocol/InternetProtocol (TCP/IP) wird ein Bundle an Verfahren aus den 1970er Jahren genannt, das eine paketvermittelte Weiterleitung von Daten definiert. Dieses Vermittlungsverfahren wird im zeitgenössischen Kommunikationsalltag insbesondere auf der Ethernet-Physik (z. B. FastEthernet, GBit) und der dort üblichen hardware-nahen MAC-Adressierung eingesetzt. Die Grundlagen dieses Sets sind

• Pakete von Nutzerdaten aus 64..1486 Byte (Sonderformen nicht unüblich) werden von einem Sender an einen (Unicast) oder mehrere (Multicast, Broadcast) Empfänger gesendet.
• Quell- und Zieladresse bestehen bei IPv4 aus je 4 Byte, getrennt durch einen Punkt, z. B. "192.168.1.1" oder 123.001.002.001".
  Hinweis: IPv6 erweitert den Adressraum um weitere 2 Bytes und löst IPv4 mittelfristig ab.
• Es muss keinen direkte physikalische (Kabel-) Verbindung zwischen Sender und Empfänger bestehen, sondern intelligente Paketvermittler analysieren Quell- und Zieladresse und leiten die Pakete weiter (Stichworte: routing und switching). Dadurch treten Verzögerungen und ggf. Datenverluste auf.
• Das IP ist eine bidirektionale rückbestätigte Kommunikation, weil der Empfänger an den Sender den Erhalt von Daten quittiert. Dies bewirkt weitere Kommunikationslast und erhöhte Transportzeit. Verlorene Daten können so automatisch wiederholt werden.
• Statt IP kann auch UDP (User Datagram Protocoll) verwendet werden. Es arbeitet ohne Rückbestätigung, verlorene Daten müssen dann auf einer höheren Kommuniaktionsebene erneut angefordert werden. Dafür ist die benötigte Zeit für eine Datenübermittlung geringer.

Das Betriebssystem Windows verwaltet die TCP/IP-Kommunikation mit seinen Ethernet-Adaptern in der so genannten NDIS-Netzwerkvermittlungsschicht. Die Adaptereinstellungen sind über die Windows Systemsteuerung->Netzwerkeinstellungen oder das Windows CE CXconfig Tool von Beckhoff zugänglich.

Diese Umstände machen eine TCP/IP-gestützte Kommunikation ungeeignet für eine Anwendung mit höherem Echtzeitanspruch, dafür sehr geeignet für flexible (veränderliche) Verbindungen über viele Hubs (Zwischenstationen) bei beliebig hohem Datenaufkommen.

Anwendung CU2508

Sollen über den CU2508 TCP/IP-Frames (ohne Echtzeitanspruch) übertragen werden, sind dazu 2 Methoden verfügbar:

• ein Port des CU2508 wird als dedizierter TCP/IP Port deklariert.
  Er arbeitet somit für das Betriebssystem als "Verlängerung" des Ports, an dem der CU2508 angeschlossen ist, mit den MAC- und IP-Angaben des verwendeten GBit-Ports laut Betriebssystemangaben.
  Unter TwinCAT mit seinem integrierten CU2508-Treiber wird dieser Port dann mit der Windows NDIS-Vermittlungsschicht im Windows Betriebssystem verbunden. Ein Echtzeit-Verkehr ist über diesen Port dann nicht mehr möglich, das CU2508-System arbeitet als transparenter Frametransporter.
• der CU2508 wird allgemein auf EoE-Betrieb (Ethernet-over-EtherCAT) eingestellt, "via EoE".
  Dann wird im CU2508-System der integrierte virtuellen EoE-Switch aktiviert und die Verbindung zu den am CU2508 angeschlossenen EtherCAT-Systemen hergestellt. Ethernet-Frames werden bei EoE innerhalb von azyklischen EtherCAT-Telegrammen per Mailbox-Verfahren transportiert, bei Überlänge ggf. fragmentiert. Als Interface EtherCAT/Ethernet kann die EL6601 oder EL6614 verwendet werden.
  Es werden für die Adressierung die MAC- und IP-Angaben des verwendeten GBit-Ports laut Betriebssystemangaben verwendet.
  Diese Verfahren ist nur für angeschlossene EtherCAT-Kreise anwendbar.

Die Einstellung wird im Reiter Ports für den CU2508 vorgenommen und verändert nicht die Arbeitsweise des CU2508, sondern nur die Behandlung von TCP/IP-Frames im CU2508-Treiber.

Es ist nicht möglich, den CU2508 als eigenständigen Switch mit Weiterleitungsregeln nach MAC- (Switch) oder IP-Regeln (Router) zu betreiben.

Einstellung dedizierter TCP/IP-Port

Der angegebene CU2508-Port 100MBit/FastEthernet) wird dann direkt mit der Windows-Netzwerkvermittlungsschicht verbunden, ein Echtzeitbetrieb dieses Ports ist nicht mehr möglich. Auf den anderen CU2508-Ports ist dann kein freier TCP/IP-Netzwerkverkehr möglich.

Hinweise

• Es wird die IP- und MAC-Adresse des verwendeten GBit-Ports zur TCP/IP-Kommunikation benutzt. Adressraum/Subnetzmaske müssen also mit den adressierten Geräten übereinstimmen.
  Im Beispiel in Abb. Deklarierung eines CU2508-Downlink-Ports als TCP/IP-Port liegt der Adressraum unter der IP-Maske 255.255.0.0, alle Geräte müssen also eine IP-Adresse aus dem Raum 192.168.x.x besitzen.
• Diese Einstellungen werden über die Windows Systemsteuerung -> Netzwerkeinstellungen des Adapters geändert. Unter Windows CE ist das CXconfig Tool einzusetzen.
• Der CU2508 arbeitet transparent, es können alle Verfahren zur Adressvergabe (DHCP, BootP, ..) eingesetzt werden.
• Der Durchsatz ist abhängig von der Auslastung des Downlink-Ports und der Windows Netzwerkvermittlungsschicht.

Einstellung EoE

Der virtuelle EoE-Switch des CU2508-Treibers ist im CU2508-Ethernet-Adapter angebunden und den Switch-Reiter des RT-Ethernet-Adapters zugänglich. Der VirtualEthernetSwitch wird automatisch aktiviert, wenn in den unterlagerten EtherCAT-Systemen Geräte zum Einsatz kommen die Ethernet-over-EtherCAT benutzen - entsprechend wird die Anzahl der max. Frames und Ports angepasst.

Hinweise

• Es wird die IP-Adresse des verwendeten GBit-Adapters und die Subnetzmaske zur Kommunikation benutzt. Die EoE-Teilnehmer (Drucker, Scanner, Remote PC, ..) müssen also in diesem Bereich ihre Adresse besitzen.
• Der Durchsatz ist abhängig u.a. von der EtherCAT Zykluszeit, Anzahl EoE-Teilnehmer und Auslastung der einzelnen Verbindungen. Es sind dazu entsprechende Hinweise in den Dokumentation der EoE-Teilnehmer zu beachten.
• Das EoE-System kann über den Schalter "Connect to TCP/IP Stack" (Abb. Datenfluss bei Verwendung CU2508 als EoE Switch, A)an die NDIS-Schicht angeschlossen werden.
• IP routing ist eine betriebssystemeigene Funktion, IP-Telegramme auch zwischen Netzen zu vermitteln, die nicht im selben Subnetz liegen. Also z. B. zwischen den Teilnehmern 192.168.1.1 und 172.168.1.1, die jeweils in der Maske 255.255.0.0 liegen.
  Mit "IP enable Router" (Abb. Datenfluss bei Verwendung CU2508 als EoE Switch, B) wird diese Funktion aktiviert. Sie steht auch unter Windows CE (CXconfig Tool) zur Verfügung.

Für die EoE-Vermittlung sind die Switch-Einstellungen im Systemmanager zugänglich, s. Abb. Einstellungen EoE-Switch. Die Grenzwerte werden automatisch bei Konfigurationserstellung an die Teilnehmertypen und -anzahl angepasst.