Wofür benötige ich an der Ethernet-Schnittstelle einer S7-1500 das DHCP, DNS und Gateway?

DHCP - Vergabe der IP-Adresse

Ohne DHCP können die IP-Adressen in STEP 7 Engineering, über den Webserver aber auch manuell z. B. über das CPU-Display vergeben werden. Die Änderung der IP-Adressen der CPU kann bei Bedarf mit dem Online- und Diagnose-Editor, mit dem SAT-Tool, PRONETA etc. durchgeführt werden.

Ab STEP 7 Professional V17 und FW 2.9 kann die IP-Adresse einer S7-1500 über DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) automatisch vergeben werden. Für die automatische Vergabe der IP-Adresse durch einen DHCP-Server, können Sie für eine Ethernet-Schnittstelle die Option "IP-Adresse von DHCP-Server" auswählen. Diese Option sollte nur für die Anbindung an IT-Systeme über Ethernet-Schnittstellen genutzt werden und nicht für die PROFINET-Schnittstelle des Controllers. Mit dieser Option bekommt die Ethernet-Schnittstelle eine IP-Adresse vom eingestellten DHCP-Server zugewiesen. D. h. der DHCP-Server weist auf Anfrage dem DHCP-Client z. B. die IP-Adresse zu. Damit können Sie die CPU in ein bestehendes IT-Netzwerk einbinden, ohne dass Sie zusätzliche Anpassungen an der Ethernet-Schnittstelle vornehmen müssen. Der DHCP-Server kann die eindeutige Identifikation über zwei verschiedene Arten durchführen:

• über die MAC-Adresse, die als Client-ID verwendet wird oder
• über eine selbst vergebene Client-ID

Sobald das Projekt in die CPU geladen oder die CPU mit projektierter DHCP-Adressvergabe eingeschaltet und hochgefahren ist, beginnt der Prozess der DHCP-Adressvergabe. Siehe dazu Kap. 10.1 im Handbuch unten bzw. die vereinfachte Darstellung der DHCP-Adressvergabe im Bild 1.

Bild 1: Vereinfachte Darstellung der DHCP-Adressvergabe

Die IP-Adressparameter und Optionen werden nicht im Ladespeicher der CPU abgelegt. Nach einem Urlöschen oder Neustart der CPU werden die IP-Adressparameter und Optionen erneut über DHCP bezogen.

Hinweise:

• DHCP verwendet folgende UDP-Ports: 67, 68
• Kein PROFINET IO, wenn DHCP aktiviert wird! Somit werden bevorzugt die X2-/X3-Ethernet-Schnittstellen für DHCP verwendet, wobei auf der X1-PROFINET-Schnittstelle in der Regel kein DHCP verwendet wird, da hier ein PROFINET-Netzwerk angeschlossen ist.
• Wenn Sie die IP-Adresse über DHCP beziehen, sind Verbindungen auf Basis von IP-Adressen (S7, OUC, Webserver, OPC UA) nicht funktionsfähig. Grund: die projektierte IP-Adresse wird im Betrieb durch die von DHCP bezogene IP-Adresse ersetzt. Zur Sicherstellung der Erreichbarkeit, muss der Verbindungsaufbau mit Hilfe von DNS erfolgen.
• DHCP, DNS und OPC UA bilden die Grundlage für Plug & Communicate

• DHCP Client-ID
• IP-Adressparameter (IP-Adresse, Subnetzmaske, Default Gateway bzw. Default Router)
• DNS und NTP Server-Adressen
• DNS Host- und Domainname

DNS – Vergabe des Host- und Domainnamens

DNS steht für Domain Name System. Seine Aufgabe ist die Namensauflösung, wobei der DNS-Name zu einer IP-Adresse aufgelöst wird. Ich möchte das anhand eines vereinfachten Beispiels, siehe Bild 2, erklären: Wie kann der Webserver über die DNS-Adressierung erreicht werden?

1. Der DNS-Server ist konfiguriert (bekommt eine FQDN-Tabelle)
2. Auf Anfrage des Web-Browsers holt sich der PC-Client die IP-Adresse (Namensauflösung)
3. Der Web-Browser kann nun den CPU-Webserver über die IP-Adresse aufrufen

Bild 2: Zugriff auf den Webserver einer S7-1500 über den DNS-Namen

Dabei kann der Hostname identisch mit dem Gerätenamen sein.

Bild 3: Aufbau des DNS-Namens

Wie projektiere ich das im TIA-Portal?

CPU als Client: Für die Verwendung eines DNS-Namens aktivieren Sie im Inspektorfenster einer S7-1500 FW 2.9 ab TIAP V17 im Abschnitt "Erweiterte Konfiguration -> Hostname und Domain" den oberen Haken. Darüber kann einer S7-1500 auf dreierlei Art und Weise ein DNS-Name z. B. plc1.domain zugewiesen werden:

• Im Projekt einstellen
• Remote einstellen (z. B. DHCP)
• Am Controller einstellen (z. B. PLC-Programm, Display)

CPU als Server: Wählen Sie aus der Server-Liste unter „DNS-Konfiguration“ folgende Möglichkeiten der Namensauflösung aus:

• DNS-Server im Projekt einstellen
• DNS-Server remote einstellen (z. B. DHCP)
• DNS-Server direkt am Controller einstellen (z. B. PLC-Programm, Display)

Hinweise:

• DNS verwendet folgenden UDP-Port: 53
• Bei der Verwendung von DNS-basierter Kommunikation muss für jeden Dienst (S7, OUC, Webserver, OPC UA) der DNS-Name in den Zertifikaten als „Subject Alternative Name“ eingetragen werden.
• Webserver der CPU über Domänen-Namen adressieren: Die Adressierung über Domänen-Namen empfiehlt sich vor allem bei einer Konfiguration mit Empfang der IP-Adresse von einem DHCP-Server, da in diesem Fall die zugewiesene IP-Adresse vorher nicht bekannt ist.

Zusätzlich können u.a. folgende Anwendungen realisiert werden:

• Der OPC UA Server kann mittels DNS erreicht werden
• Der NTP-Client der CPU kann die NTP-Server mittels DNS-Namen erreichen
• Die S7-1500 kann die IP-Adressen der NTP-Server auch über DHCP beziehen

Gateway – Übergang zw. zwei Netzen

Ein Gateway ist ein Netzübergang zwischen zwei Netzen, unabhängig davon, ob es zwei PN-Netze oder zwei unterschiedliche Netze, wie PROFIBUS und PROFINET, sind.

Pakete von einem Netzwerk können über Gateways an andere Netzwerke weitergeleitet werden. Bei IP-basierten Netzwerken (z. B. TCP/IP oder UDP) werden die Pakete über Gateways, hier auch als Router bezeichnet, von einem Subnetz zum nächsten Subnetz weitergeleitet. Router speichern Informationen in einer Routingtabelle. Befindet sich eine Ziel IP-Adresse nicht im eigenen Subnetz, wird das Paket an das konfigurierte Gateway gesendet. Über eingetragene Routen in der Routingtabelle wird bestimmt, wohin das Paket gesendet wird.

Bild 4: Darstellung einer einfachen Routing-Funktion

In STEP 7 wird der Default-Router als Router bezeichnet. Sie aktivieren die Verwendung eines Routers im Inspektorfenster einer CPU im Abschnitt "IP-Protokoll" bzw. ab V17 „Internet Protocol Version 4 (IPv4)“ mit dem Optionskästchen "Router verwenden". An den Default-Router vergibt STEP 7 standardmäßig die eigene IP-Adresse, die im gleichen Subnetz sein muss. Die an der PROFINET-Schnittstelle des IO-Controllers eingestellte Router-Adresse wird für dessen projektierte IO-Devices automatisch übernommen.

Weitere Informationen:

Handbuch SIMATIC S7-1500, ET 200MP, ET 200SP, ET 200AL, ET 200pro, ET 200eco PN Kommunikation

Wikipedia Gateway (Informatik)

Hinweis:

Die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: März 2022).

Viele Grüße