工業數據通信發生在路由層、控制層和傳感器層——每一層都需要不同級別的實時信息傳輸、沖突檢測和決策(本質上預先確定任意兩個節點之間的路由)。雖然有好幾種工業以太網協議可以支持工廠的各種通信要求，但有四個主要協議值得關注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet

Modbus TCP/IP是首個推出的工業以太網協議，它本質上是一種傳統的Modbus通信，在以太網傳輸層協議中壓縮，用于在控制設備之間傳輸離散數據。它利用簡單的主從通信，其中“從”節點在沒有來自“主”節點的請求的情況下不會發送數據，因此其不被視為真正的實時協議。

EtherCAT于2003年推出，是一種工業以太網協議，可為自動化系統提供主/從配置的實時通信。EtherCAT的關鍵要素是所有聯網從機都能夠從數據包中僅提取所需的相關信息，并在向下游傳輸時將數據插入幀中——通常稱為“飛速”通信。

以太網/IP最初于2000年推出，是一種主要由羅克韋爾自動化公司提供的廣泛應有的應用層工業以太網協議，由開放式設備網絡供應商協會(ODVA)提供支持。它是完全基于以太網標準并使用標準以太網物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層的工業以太網協議。由于其采用標準以太網交換，因此可支持無限數量的節點。然而，要求限制距離，以避免延遲并支持實時通信。

另一個重要協議(很大程度上是由于嵌入至西門子和GE控制器之中)是Profinet，是西門子與Profibus用戶組織的成員公司共同開發的應用協議。它利用集成至設備中的特殊交換機本質上將Profibus I/O控制器通信擴展至以太網。