EtherNet/IP란

EtherNet/IP 개요

EtherNet/IP는 산업 자동화 분야에서 널리 사용되는 주요 산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 통신 프로토콜 중 하나입니다. 여기서 **IP는 "Industrial Protocol" (산업용 프로토콜)**을 의미하며, 이는 표준 이더넷(IEEE 802.3)과 TCP/IP 및 UDP/IP 스택 위에 **CIP(Common Industrial Protocol)**라는 애플리케이션 계층 프로토콜을 사용하는 것을 명시합니다. (인터넷 프로토콜 자체를 의미하는 것이 아니라, CIP를 이더넷 상에서 구현했다는 뜻입니다.)

 

EtherNet/IP는 원래 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)에 의해 개발되었으며, 현재는 **ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)**에서 표준을 관리하고 있습니다.

핵심 기술: CIP (Common Industrial Protocol)

EtherNet/IP의 핵심은 CIP입니다. CIP는 자동화 장치를 **객체(Object)**의 집합으로 모델링하는 객체 지향적인 애플리케이션 계층 프로토콜입니다. 각 객체는 데이터(Attributes), 수행할 수 있는 명령(Services), 그리고 특정 동작(Behaviors)을 가집니다. 이 표준화된 객체 모델 덕분에 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 상호 운용성: 서로 다른 제조사의 EtherNet/IP 장치들이 동일한 CIP 객체 모델을 사용하여 쉽게 통신하고 데이터를 교환할 수 있습니다.
• 통합성: EtherNet/IP는 DeviceNet(CAN 기반), ControlNet(동축 케이블 기반 - 현재는 덜 사용됨) 등 다른 ODVA 네트워크와 동일한 CIP 애플리케이션 계층을 공유합니다. 따라서 이들 네트워크 간의 데이터 통합 및 게이트웨이 구성이 비교적 용이합니다.

TCP/IP 및 UDP/IP 활용

EtherNet/IP는 표준 TCP/IP 및 UDP/IP를 전송 계층으로 사용하며, 통신 유형에 따라 선택적으로 활용합니다.

• TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol):
  • 명시적 메시징 (Explicit Messaging): 주로 사용됩니다. 장치 설정, 진단 정보 요청, 프로그램 업로드/다운로드 등 비주기적이고 요청/응답 기반의 통신에 사용됩니다. TCP는 연결 지향적이며 신뢰성 있는 데이터 전송을 보장합니다.
• UDP/IP (User Datagram Protocol / Internet Protocol):
  • 묵시적 메시징 (Implicit Messaging): 주로 실시간 제어용 입출력(I/O) 데이터 전송에 사용됩니다. UDP는 비연결형이며 TCP보다 오버헤드가 적어 빠른 전송이 가능합니다. 또한, 멀티캐스트(Multicast) 전송을 지원하여 하나의 장치(Producer)가 보낸 데이터를 여러 장치(Consumers)가 동시에 수신하는 프로듀서-컨슈머(Producer-Consumer) 모델을 효율적으로 구현할 수 있습니다.

주요 특징 및 서비스

1. 표준 이더넷 기술 활용:
   • 속도: 표준 이더넷 속도(100 Mbps, 1 Gbps 등)를 그대로 사용합니다.
   • 하드웨어: 상용(COTS - Commercial Off-The-Shelf) 이더넷 케이블, 스위치, 네트워크 카드(NIC) 등을 사용할 수 있어 비용 효율적이며 설치가 용이합니다.
2. CIP 객체 모델: 표준화된 방식으로 장치를 식별하고 제어할 수 있습니다.
3. 다양한 장치 지원: PLC, HMI, 로봇, 서보 드라이브, 인버터, 분산 I/O, 밸브 제어기, 안전 장치 등 광범위한 자동화 기기를 지원합니다.
4. 부가 서비스 (CIP 기반):
   • CIP Safety: EtherNet/IP 네트워크 상에서 안전 관련 데이터를 전송하여 기능 안전(Functional Safety) 시스템을 구축할 수 있습니다 (SIL 3 등급 가능).
   • CIP Motion: 다축 서보 제어 등 고성능 모션 제어 애플리케이션을 위한 통합 프로파일을 제공합니다.
   • CIP Sync: IEEE 1588 PTP(Precision Time Protocol) 표준을 기반으로 네트워크 상의 장치 간 정밀한 시간 동기화를 제공하여, 분산된 시스템의 동작을 정확하게 조정하고 실시간 제어 성능(결정론성)을 향상시킵니다.
   • DLR (Device Level Ring): 특정 링(Ring) 토폴로지를 구성하여 케이블 단선 등 네트워크 장애 발생 시 수 밀리초 내에 통신 경로를 자동으로 복구하는 미디어 이중화(Media Redundancy) 기능을 제공하여 시스템 가용성을 높입니다.

장점

• 고속 및 고대역폭: 표준 이더넷 속도를 활용하여 대용량 데이터 전송이 가능합니다.
• 표준 기술 활용: 범용 이더넷 하드웨어 사용으로 비용 효율적이며, 기업의 다른 IT 네트워크와 통합이 용이합니다.
• 강력한 애플리케이션 계층 (CIP): 풍부한 기능과 높은 상호 운용성을 제공합니다.
• 통합 솔루션: 제어, 안전, 모션, 시간 동기화 기능을 단일 네트워크에서 통합적으로 지원합니다.
• 대규모 생태계: ODVA를 중심으로 수많은 공급업체가 다양한 호환 제품과 솔루션을 제공합니다.

단점

• 복잡성: 다양한 기능과 객체 모델로 인해 초기 설정 및 관리가 다른 단순한 프로토콜보다 복잡할 수 있습니다.
• 결정론성: CIP Sync를 통해 실시간 성능이 크게 향상되었지만, 표준 이더넷의 특성상 EtherCAT이나 SERCOS III와 같이 하드웨어 레벨에서 극도의 저지연/저지터(Low Latency/Jitter)를 보장하는 특화된 실시간 프로토콜만큼의 결정론성을 달성하려면 네트워크 설계 및 QoS(Quality of Service) 설정에 주의가 필요할 수 있습니다.
• UDP 사용: 실시간 I/O 통신에 사용되는 UDP는 비연결형이므로, 매우 드물지만 패킷 손실 가능성에 대비하여 필요시 애플리케이션 레벨에서 데이터 무결성 검증 로직이 요구될 수도 있습니다 (일반적인 스위치 환경에서는 거의 발생하지 않음).

현재 상태 (2025년 4월 기준)

EtherNet/IP는 PROFINET과 함께 전 세계 산업용 이더넷 시장을 주도하는 양대 산맥 중 하나입니다. ODVA는 TSN(Time-Sensitive Networking) 기술 통합, 보안 강화 등을 통해 EtherNet/IP를 지속적으로 발전시키고 있으며, 스마트 팩토리, IIoT 구현을 위한 핵심 네트워크 기술로 광범위하게 채택되고 있습니다. 자동차, 식음료, 물류, 반도체 등 다양한 산업 분야에서 활발하게 사용되고 있습니다.

 

요약하자면, EtherNet/IP는 표준 이더넷 기술 위에 CIP(Common Industrial Protocol)라는 강력한 애플리케이션 계층을 구현하여, 고성능, 높은 상호 운용성, 그리고 기업망과의 용이한 통합을 제공하는 선도적인 개방형 산업용 이더넷 솔루션입니다.