工业数据通信发生在路由层、控制层和传感器层——每一层都需要不同级别的实时信息传输、冲突检测和决策(本质上预先确定任意两个节点之间的路由)。虽然有好几种工业以太网协议可以支持工厂的各种通信要求，但有四个主要协议值得关注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet

Modbus TCP/IP是首个推出的工业以太网协议，它本质上是一种传统的Modbus通信，在以太网传输层协议中压缩，用于在控制设备之间传输离散数据。它利用简单的主从通信，其中“从”节点在没有来自“主”节点的请求的情况下不会发送数据，因此其不被视为真正的实时协议。

EtherCAT于2003年推出，是一种工业以太网协议，可为自动化系统提供主/从配置的实时通信。EtherCAT的关键要素是所有联网从机都能够从数据包中仅提取所需的相关信息，并在向下游传输时将数据插入帧中——通常称为“飞速”通信。

以太网/IP最初于2000年推出，是一种主要由罗克韦尔自动化公司提供的广泛应有的应用层工业以太网协议，由开放式设备网络供应商协会(ODVA)提供支持。它是完全基于以太网标准并使用标准以太网物理层、数据链路层、网络层和传输层的工业以太网协议。由于其采用标准以太网交换，因此可支持无限数量的节点。然而，要求限制距离，以避免延迟并支持实时通信。

另一个重要协议(很大程度上是由于嵌入至西门子和GE控制器之中)是Profinet，是西门子与Profibus用户组织的成员公司共同开发的应用协议。它利用集成至设备中的特殊交换机本质上将Profibus I/O控制器通信扩展至以太网。