EtherNet/IP는 산업 자동화 및 제어 시스템에서 널리 사용되는 산업용 이더넷 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 표준 이더넷을 기반으로 하며, **CIP(Common Industrial Protocol)**을 사용하여 산업 장비 간의 실시간 통신을 지원합니다. EtherNet/IP의 구조를 이해하면 산업 자동화 네트워크를 구축하고 최적화하는 데 큰 도움이 됩니다. 이번 글에서는 EtherNet/IP의 프로토콜 스택 구조를 깊이 있게 분석해보겠습니다.
EtherNet/IP 프로토콜 스택 개요
EtherNet/IP는 OSI 7 계층 모델을 기반으로 설계되었으며, 기존의 TCP/IP 프로토콜을 확장하여 산업용 네트워크에서 사용될 수 있도록 구성되었습니다. EtherNet/IP의 핵심은 **CIP(Common Industrial Protocol)**을 이용하여 데이터 전송 및 장치 간의 제어를 수행하는 것입니다.
EtherNet/IP의 주요 특징은 다음과 같습니다.
- 표준 이더넷을 활용: 기존의 이더넷 기술을 사용하여 일반적인 IT 네트워크와 호환됩니다.
- CIP(Common Industrial Protocol) 지원: 장치 간의 데이터 교환을 위한 표준화된 프로토콜을 사용합니다.
- UDP/TCP 기반: 실시간 데이터 전송을 위해 UDP를, 신뢰성 있는 데이터 통신을 위해 TCP를 사용합니다.
EtherNet/IP 프로토콜 스택 구조
EtherNet/IP의 프로토콜 스택은 4개의 주요 계층으로 구성됩니다.
- 응용 계층 (Application Layer) – CIP (Common Industrial Protocol)
- 전송 계층 (Transport Layer) – TCP/UDP
- 네트워크 계층 (Network Layer) – IP (Internet Protocol)
- 데이터 링크/물리 계층 (Data Link/Physical Layer) – Ethernet
각 계층의 역할과 특징을 자세히 살펴보겠습니다.
1. 응용 계층 (Application Layer) – CIP (Common Industrial Protocol)
EtherNet/IP의 최상위 계층은 **CIP(Common Industrial Protocol)**입니다. CIP는 산업 자동화 네트워크에서 사용되는 통합된 객체 지향 프로토콜로, 다양한 산업 장비들이 동일한 방식으로 데이터를 주고받을 수 있도록 합니다.
CIP의 주요 기능
- 객체(Object) 기반 구조: 모든 장치는 표준 객체 모델을 사용하여 데이터를 표현합니다.
- 서비스(Service) 지원: 데이터 읽기, 쓰기, 모니터링 등 다양한 서비스 제공
- 연결(Connection) 관리: 메시지 기반 통신과 세션 관리 기능 수행
CIP는 **장치 프로파일(Device Profile)**을 통해 다양한 산업 장비 간의 상호 운용성을 보장하며, 모터, 센서, 로봇, PLC 등의 장치 간 통신을 지원합니다.
2. 전송 계층 (Transport Layer) – TCP/UDP
EtherNet/IP는 TCP와 UDP를 모두 지원합니다.
- TCP (Transmission Control Protocol)
- 연결 지향(Connection-Oriented) 프로토콜
- 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장
- 주로 중요 데이터(예: 장치 구성, 명령 메시지) 전송에 사용
- UDP (User Datagram Protocol)
- 비연결형(Connectionless) 프로토콜
- 빠른 데이터 전송 가능 (실시간 데이터 교환에 유리)
- 주로 I/O 데이터 전송(예: 센서 데이터, 모터 상태) 등에 사용
EtherNet/IP에서는 제어 데이터는 UDP, 관리 및 설정 데이터는 TCP를 통해 전송하는 방식으로 통신이 최적화됩니다.
3. 네트워크 계층 (Network Layer) – IP (Internet Protocol)
네트워크 계층에서는 IP 주소 지정 및 라우팅 기능을 담당합니다. EtherNet/IP는 IPv4를 기본으로 사용하며, 일부 구현에서는 IPv6도 지원합니다.
- IP 주소 지정 방식
- 정적 IP (Static IP)
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
- BOOTP (Bootstrap Protocol)
네트워크 계층에서는 데이터 패킷을 올바른 목적지로 전송하는 기능을 수행하며, EtherNet/IP 네트워크의 확장성을 보장하는 역할을 합니다.
4. 데이터 링크/물리 계층 (Data Link/Physical Layer) – Ethernet
EtherNet/IP는 표준 **이더넷(Ethernet, IEEE 802.3)**을 물리 계층 및 데이터 링크 계층에서 사용합니다.
- 물리 계층:
- Cat5e, Cat6, 광섬유(Fiber Optic) 케이블 사용 가능
- 10/100/1000 Mbps 및 최신 산업용 이더넷 기술 지원
- 데이터 링크 계층:
- MAC (Media Access Control) 주소를 이용한 장치 식별
- 스위칭(Switching) 및 VLAN을 통한 네트워크 세분화 가능
EtherNet/IP는 기존의 이더넷 기술을 그대로 활용할 수 있기 때문에 IT 네트워크와 쉽게 통합 가능하다는 장점이 있습니다.
Q&A
Q1. EtherNet/IP와 다른 산업용 이더넷 프로토콜(Modbus TCP, PROFINET 등)의 차이점은?
EtherNet/IP는 **CIP(Common Industrial Protocol)**을 사용하는 것이 가장 큰 특징입니다. 반면, 다른 산업용 이더넷 프로토콜들은 각각의 고유한 프로토콜을 사용합니다.
| 프로토콜 | 주요 특징 | 사용 계층 |
|---|---|---|
| EtherNet/IP | CIP 기반, 객체 지향 | 응용 계층 |
| Modbus TCP | 단순한 마스터-슬레이브 구조 | 응용 계층 |
| PROFINET | 실시간 데이터 전송 최적화 | 전송 계층 |
EtherNet/IP는 표준 이더넷 기술과 완벽히 호환되며, 확장성이 뛰어나기 때문에 다양한 자동화 시스템에서 쉽게 활용됩니다.
Q2. EtherNet/IP에서 실시간 통신이 중요한 이유는?
산업 자동화 시스템에서는 모터, 센서, 컨트롤러 간의 빠르고 정확한 데이터 교환이 필수적입니다. EtherNet/IP는 UDP 기반의 I/O 데이터 전송을 활용하여 실시간 통신을 지원합니다.
- 빠른 응답 시간: UDP를 사용하여 지연 없이 데이터를 전송
- 실시간 모니터링 가능: PLC, HMI, SCADA 시스템과 연동하여 공정 데이터를 실시간 분석
- 고신뢰성 네트워크 구성 가능: 듀얼 네트워크 및 이중화(Redundancy) 기능 지원
EtherNet/IP는 실시간성이 중요한 제조, 로봇, 반도체, 자동차 산업 등에서 널리 사용됩니다.
마무리
EtherNet/IP는 표준 이더넷 기술을 기반으로 한 산업용 통신 프로토콜로, CIP를 활용하여 장치 간의 원활한 데이터 교환을 제공합니다.
핵심 정리
✅ OSI 7 계층 모델을 기반으로 설계됨
✅ CIP를 사용하여 객체 기반 통신 지원
✅ TCP/UDP를 활용하여 신뢰성과 속도 균형 조절
✅ IP 네트워크를 활용하여 유연한 확장성 제공
EtherNet/IP는 미래의 스마트 공장 및 산업 자동화 시스템에서 필수적인 기술로 자리 잡고 있으며, 지속적으로 발전하고 있습니다. 🚀