TCP/IP
Abkürzung für Transmission Control Protocol/Internet Protocol, ein Standard für die Kommunikation in Computernetzen, besonders im Internet.
TCP/IP: das Grundlagen-Protokollpaar, auf dem Industrienetzwerke laufen
TCP/IP ist nicht ein einzelnes Protokoll, sondern zwei, die zusammenarbeiten. IP (Internet Protocol) kümmert sich um das Routing, zerlegt Daten in Pakete und sendet sie über Netzwerke zu ihren Zieladressen. TCP (Transmission Control Protocol) läuft auf IP auf und stellt sicher, dass diese Pakete in der richtigen Reihenfolge und ohne Verlust ankommen; fehlende Pakete werden automatisch erneut gesendet. Zusammen bilden sie das Rückgrat von nahezu allen modernen industriellen Netzwerkkommunikationen, von Fabrikautomationssystemen bis zur Fernüberwachung und Diagnose.
IP arbeitet auf Schicht 3 des OSI-Modells und vergibt eindeutige Adressen an Geräte (IPv4 nutzt 32-Bit-Adressen, IPv6 nutzt 128-Bit) und bestimmt, wie Pakete Router und Netzsegmente durchqueren. TCP arbeitet auf Schicht 4, baut Verbindungen zwischen Anwendungen auf, verwaltet die Flusssteuerung und kümmert sich um die Wiederübertragung beschädigter oder verlorener Daten. Andere Protokolle wie UDP nutzen ebenfalls IP, verzichten aber auf TCPs Zuverlässigkeitsgarantien zugunsten von Geschwindigkeit. Das macht UDP häufig in Echtzeitsystemen anzutreffen, wo gelegentliche Verluste akzeptabel sind, aber Latenz kritisch ist.
Industrielle Einsätze und Varianten
In Industrieumgebungen läuft TCP/IP über Ethernet-Kabel und drahtlose Verbindungen und bildet die Grundlage für Protokolle wie Modbus TCP, EtherCAT und PROFINET. Fabriknetzwerke nutzen typischerweise private IP-Adressbereiche (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16), um Steuerungssysteme vom öffentlichen Internet zu trennen. Diese Isolation birgt aber Sicherheitsrisiken, wenn Geräte Services ohne Authentifizierung anbieten; außerdem stellen Echtzeitsteuerungsanwendungen hohe Anforderungen an das Netzwerkdesign, da TCP/IP keine deterministischen Latenzgarantien bietet.
Das Protokollpaar ist auf IP-Ebene verbindungslos (jedes Paket ist unabhängig), aber auf TCP-Ebene verbindungsorientiert (eine virtuelle Leitung wird vor dem Datenstrom aufgebaut). Dieses Missverständnis bedeutet, dass Anwendungen Netzwerkverzögerungen, in seltenen Fällen Paketumordnung und den Overhead von TCPs Handshake und Bestätigungsschema berücksichtigen müssen. In Legacy-Systemen mit Feldbusprotokollen wie PROFIBUS oder Modbus RTU verbinden TCP/IP-Gateways diese älteren Geräte mit Ethernet und ermöglichen ihnen so, mit modernen Netzwerken zu kommunizieren.
Fehlerszenarien sind Netzwerküberlastung (TCP bremst und sendet erneut, wodurch die Latenz steigt), Routing-Schleifen (die zu Paketverlusten führen, bis das Problem behoben ist) und doppelte Pakete, die ankommen, wenn Bestätigungen verloren gehen und eine Wiederübertragung erfolgt. Viele industrielle TCP/IP-Installationen fügen nun Redundanzebenen hinzu, etwa Parallel Redundancy Protocol (PRP) oder High-availability Seamless Redundancy (HSR), um Single Points of Failure in sicherheitskritischen Regelschleifen auszuschließen.