IHK AP2 Fachinformatiker Digitale Vernetzung

LF 12: OT-Netzwerkresilienz, PRP/HSR & Passives Monitoring

Parallel Redundancy Protocol (PRP), High-Availability Seamless Redundancy (HSR), TAP vs. SPAN

📚 Fachwissen & IHK-Prüfungsrelevanz

In der industriellen Fertigung können Netzwerkunterbrechungen von wenigen Millisekunden Schutzabschaltungen und Produktionsausschuss auslösen. Hochverfügbare Protokolle garantieren unterbrechungsfreie Umschaltung.

1. Zero-Failover-Redundanz nach IEC 62439-3

Verfahren	Topologie	Funktionsweise & Umschaltzeit
RSTP (IEEE 802.1w)	Ring / Masche	Blockiert redundante Pfade. Bei Ausfall Umschaltzeit 100 ms bis einige Sekunden (Paketverlust!).
PRP (Parallel Redundancy)	Zwei getrennte parallele Netze (LAN A und LAN B)	Endgerät sendet jedes Paket doppelt. Empfänger nimmt das erste Paket an und verwirft Duplikate. Umschaltzeit: 0 ms (unterbrechungsfrei)!
HSR (High-availability Seamless)	Geschlossener Ring	Pakete werden in beide Richtungen des Rings gesendet. Kein separates Doppelnetz nötig. Umschaltzeit: 0 ms!

2. Passives OT-Monitoring vs. Aktives Scannen

Achtung IHK-Grundsatz: In OT-Netzen ist aktives Scannen (z.B. mit Nmap oder Schwachstellenscannern) streng verboten, da fragile SPS-Netzwerkstacks abstürzen können! Stattdessen kommt rein passives Monitoring über physische Netzwerk-TAPs oder Switch-Spiegelports (SPAN) zum Einsatz, um Anomalien und Cyberangriffe über Network Detection and Response (NDR) risikolos zu detektieren.

📝 Original-Prüfungsaufgaben (ZPA Nord-West)

Redundanzprotokolle PRP und HSR in der OT 8 Punkte

In einem Energie-Umspannwerk darf bei einem Netzwerkausfall keine einzige Millisekunde Datenübertragung verloren gehen.

Erläutern Sie die industriellen Redundanzprotokolle Parallel Redundancy Protocol (PRP) und High-availability Seamless Redundancy (HSR) nach IEC 62439-3. Warum reicht das klassische Spanning Tree Protocol (RSTP) in diesen Anwendungen nicht aus?

💡 Offizieller IHK-Erwartungshorizont & Punkteverteilung

Netzwerkresilienz: PRP & HSR (IEC 62439-3) vs. RSTP 8 Punkte

In einem Umspannwerk und einer petrochemischen Raffinerie dürfen bei einem Kabelbruch keine Datenpakete verloren gehen, da dies zum Abschalten der Notfallventile führen würde.

a) Begründen Sie, warum herkömmliche Redundanzverfahren wie RSTP (Rapid Spanning Tree) für diese Anwendung unzureichend sind. b) Erläutern Sie das Funktionsprinzip des Parallel Redundancy Protocol (PRP nach IEC 62439-3). c) Was ist die theoretische Umschaltzeit (Reconfiguration Time) von PRP bei Ausfall eines Übertragungspfades?

💡 Offizieller IHK-Erwartungshorizont & Punkteverteilung

a) RSTP benötigt für die Rekonfiguration des Netzes nach einem Linkausfall typischerweise einige Hundert Millisekunden bis mehrere Sekunden. In dieser Zeit kommt es zu Paketverlusten, die Schutzabschaltungen auslösen können. b) Bei PRP sendet ein Endgerät (Dual Attached Node - DANP) jedes Datenpaket zeitgleich über zwei völlig getrennte, parallele Netzwerke (LAN A und LAN B). Der Empfänger verarbeitet das zuerst eintreffende Paket und verwirft das Duplikat anhand einer Sequenznummer (Redundancy Control Trailer). c) 0 ms (unterbrechungsfreie Umschaltung, Zero-Failover-Time), da das Duplikat auf dem redundanten Pfad kontinuierlich weiterläuft.