Einfache Analyse-Tools für Ethernet
Die Netzlast summiert sich mit jedem Teilnehmer. (Quelle: PNO)
Der Netzwerkscanner findet einen DHCP-Server, der eine freie IP-Adresse vorgeschlagen hat. Das ist in Profinet-Netzwerken nicht notwendig und auch nicht erwünscht (Quelle: Leadec)
Bei der Suche nach Fehlern ist die Verwandtschaft zwischen Standard Ethernet und Profinet ein großer Vorteil. Genau genommen geht es nicht nur um konkrete Fehler, sondern auch um Systeme und Dienste, die aktiv sind, obwohl sie nicht erforderlich sind und das Netzwerk unnötig belasten. Prinzipiell ist das Thema mit dem aus der IT bekannten Begriff Systemhärtung vergleichbar. Die industrielle Kommunikation soll auch bei unvorhergesehenen Ereignissen sicher und stabil laufen.
Nicht erwünschte Zustände und Ereignisse sind:
- doppelt vergebene IP-Adressen: Jede IP-Adresse darf im Netzwerk nur einmal vorkommen. Wenn die Adressen mehrfach vergeben sind, funktioniert die Kommunikation mit den betreffenden Teilnehmern nicht.
- DHCP-Server im Netzwerk: Ein DHCP-Server vergibt automatisch eine IP-Adresse, sobald ein neuer Teilnehmer ans Netzwerk kommt. In der Büroumgebung ist das komfortabel, weil es Administrationsaufwand spart. In einem Profinet-Netzwerk werden die IP-Adressen immer manuell vergeben, weil genau bekannt sein soll, welcher Teilnehmer mit welchem anderen Teilnehmer Daten austauscht.
- Nicht benötigte offene Ports: Viele Dienste und Services benötigen zur Kommunikation nicht nur die IP-Adresse, sondern auch einen sogenannten Port. Die Ports sind teilweise standardisiert oder werden von den Komponenten- oder Dienstanbietern festgelegt. Die S7-Kommunikation läuft beispielsweise über Port 102. Ähnlich einer Whitelist sollten nur die Ports im Netzwerk verfügbar sein, die auch tatsächlich notwendig sind.
- Zu hohe Netzwerklast: Etwa durch zu viele ARP-Telegramme: Bei ARP-Paketen (Address Resolution Protocol) wird das Telegramm als Broadcast durch das gesamte Netzwerk gesendet. Die Pakete müssen von jedem (IP-basierten) Gerät beantwortet werden. ARP-Telegramme sollten in Profinet eher eine Ausnahme sein.
- Hohe Linientiefe: Jedes Gerät in der Linie, das Telegramme empfängt und weiter verschickt, verursacht eine gewisse Verzögerung. Wenn diese Verzögerung durch zu viele Teilnehmer zu lange wird, wird das Telegramm als fehlendes Telegramm eingeordnet. Neben der besseren Fehlerlokalisierung kann das mit ein Grund sein, um Sternstrukturen vorzuschreiben.
Zahlreiche Tools aus dem Ethernet-Umfeld, die als Bordmittel, als Freeware oder als Open-Source-Software verfügbar sind, sind zum großen Teil auch für die Diagnose von Profinet-Netzwerken nützlich. Die meisten Tools gibt es für verschiedene Desktop Betriebssysteme, manche auch für Linux, wie etwa Wireshark zur Analyse von Netzwerken.
Recht bekannt ist der Soft-Perfect Network Scanner, mit dem sich etwa offene Ports und vorhandene DHCP-Server finden lassen. Mit dem Kommandozeilen-Tool Ping lässt sich einfach prüfen, ob ein bestimmter Netzwerkteilnehmer vorhanden ist: Mit Ping 168.192.7.25 kann ermittelt werden, ob es diesen Teilnehmer gibt und ob in der Kommunikation Fehler wie Paketverluste auftreten. Eine kleine Einschränkung: Manche Geräte, wie Router oder Switches, antworten etwa aus Security-Gründen nicht auf einen Ping.
Ein besonders leistungsfähiges Tool ist Wireshark, eine frei verfügbare Software zum Mitlesen, Protokollieren und Analysieren von Kommunikationsprotokollen. Wireshark verbindet viele Funktionen zum Netzwerk-Monitoring, zum Troubleshooting und zur Protokollanalyse. Um die vielfältigen Funktionen zu nutzen, ist ein gewisses Know-how zu Protokollinterna hilfreich. Ein weiteres Einsatzgebiet von Wireshark ist das Aufspüren von Schwachstellen in der IT-Sicherheit.
Für die Fehlersuche ist es wichtig, ein Abbild der Anlage (Topologie) vor sich zu haben. Das Inbetriebnahme- und Diagnose-Tool Proneta gibt es kostenlos (mit Einschränkungen) oder als lizenzierte Ausführung. Mit diesem Tool kann man einfach die Topologie von Profinet-Netzwerken darstellen und erfährt nebenbei über die Nachbarschaftserkennung Details über die Netzstruktur.
Einschränkungen der Tools
Viele der genannten Tools sind auch in Hacker Kreisen im Einsatz oder stammen gar von dort. Sie stehen bei manchem Netzwerkadministrator auf der „roten Liste“. Daher sollten diese Tools nicht ohne Abstimmung mit dem Administrator eingesetzt werden. Es darf auch nicht unterschätzt werden, dass manche dieser Tools eine zusätzliche Netzwerklast verursachen. Eventuell ist es sinnvoll, den Einsatzzeitpunkt in ein Wartungsfenster zu legen oder einzelne Adressbereiche nacheinander zu scannen, damit die punktuelle Netzwerklast nicht zu groß wird. Es ist ebenfalls wichtig, sich die Quellen, aus denen die Tools bezogen werden können, genau anzuschauen. Bei unseriösen Quellen wäre es denkbar, dass das Tool zwar bei der Fehlersuche hilft, jedoch gleichzeitig die Anlage ausspioniert und Daten abzieht.
Workshops auf dem Automatisierungstreff 2024
Hans Ludwig Göhringer und Gunter Ehlert, Netzwerk-Spezialisten bei Leadec, bieten auf dem Automatisierungstreff in Heilbronn zwei eintägige Workshops an. In diesen geht es jeweils darum, die industrielle Kommunikation stabiler und zuverlässiger zu machen.
Im Anwender-Workshop „EMV durch Kabel-Asymmetrie“ am 17. April 2024 werden mögliche Ursachen für sporadische Ausfälle aufgrund von Störströmen beleuchtet. Neben Themen, wie Mehrfacherdung und Potentialausgleich, geht es konkret darum, wie sich die EMV-Störpegel mit symmetrischen Motorleitungen reduzieren lassen.
Weitere Informationen und Anmeldung:
https://leadec-emv.automatisierungstreff.com/
Im Anwender-Workshop „Profinet-Diagnose mit Bordmitteln und Freeware-Tools“ am 18. April 2024 erfahren Teilnehmer Details zur korrektiven Instandhaltung und wie Konstruktions- und Verbaufehler zuverlässig erkannt werden. Ebenso werden die im Beitrag genannten Tools besprochen, mit denen Fehler und unerwünschte Zustände auf Software-Protokollebene gefunden werden können.
Weitere Informationen und Anmeldung: