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交換機問(wèn)題
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敘述工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與系統的構成?
日期:2021-11-23 人氣:115 收藏

      工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)具有穩定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應用廣泛和支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn),已成為當下深受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域,形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。這主要是由于工業(yè)自動(dòng)化系統向分布化、智能化控制方面發(fā)展,開(kāi)放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域,技術(shù)優(yōu)勢非常明顯:
      (一)Ethernet是全開(kāi)放、全數字化的網(wǎng)絡(luò ),遵照網(wǎng)絡(luò )協(xié)議不同廠(chǎng)商的設備可以很容易實(shí)現互聯(lián)。
      (二)以太網(wǎng)能實(shí)現工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫連接,形成企業(yè)級管控一體化的全開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )。
      (三)軟硬件成本低廉,由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟,支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠(chǎng)商的高度重視和廣泛支持,有多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和硬件設備供用戶(hù)選擇。
      (四)通信速率高,隨著(zhù)企業(yè)信息系統規模的擴大和復雜程度的提高,對信息量的需求也越來(lái)越大,有時(shí)甚至需要音頻、視頻數據的傳輸,當前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開(kāi)始廣泛應用,千兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟,10G以太網(wǎng)也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái),其速率比現場(chǎng)總線(xiàn)快很多。
      (五)可持續發(fā)展潛力大,在這信息瞬息萬(wàn)變的時(shí)代,企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴(lài)于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò ),信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速,也更加成熟,由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續向前發(fā)展。
      系統構成
      選擇正確的工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素?簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō),要從工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認證考慮、安裝方式、外殼對散熱的影響、簡(jiǎn)單通信功能和通信管理功能、電口或光口的考慮。信號強弱、端口設置、出錯報警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議(SNMP)、端口鏡像等等其他工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)管交換機中可以提供的功能。
      從快速生成樹(shù)冗余(RSTP)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM),工業(yè)以太網(wǎng)設備包括:工業(yè)以太網(wǎng)集線(xiàn)器,非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機,網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機,網(wǎng)管型環(huán)網(wǎng)冗余交換機。高級的網(wǎng)管型冗余交換機提供了一些特殊的功能,特別是針對有穩定性、安全性方面嚴格要求的冗余系統進(jìn)行了設計上的優(yōu)化。構建冗余網(wǎng)絡(luò )的主要方式主要有以下幾種,STP、RSTP;環(huán)網(wǎng)冗余RapidRingTM以及Trunking。
1. 工業(yè)以太網(wǎng) STP及RSTP
        STP(Spanning Tree Protocol,生成樹(shù)算法,IEEE 802.1D),是一個(gè)鏈路層協(xié)議,提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡(luò )循環(huán)發(fā)生。它強令備用數據路徑為阻塞(blocked)狀態(tài)。如果一條路徑有故障,該拓撲結構能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構。網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間為30-60s之間。RSTP(快速生成樹(shù)算法,IEEE 802.1w)作為STP的升級,將網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間,縮短到1-2s。生成樹(shù)算法網(wǎng)絡(luò )結構靈活,但也存在恢復速度慢的缺點(diǎn)。
2. 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余
      為了能滿(mǎn)足工控網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性強的特點(diǎn),RapidRing孕育而生。這是在工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術(shù)。這個(gè)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò )在中斷后300ms之內甚至20ms之內自行恢復。并可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機的出錯繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設置等方法來(lái)提醒用戶(hù)出現的斷網(wǎng)現象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現斷開(kāi)。
      RapidRingTM也支持兩個(gè)連接在一起的環(huán)網(wǎng),使網(wǎng)絡(luò )拓樸更為靈活多樣。兩個(gè)環(huán)通過(guò)雙通道連接,這些連接可以是冗余的,避免單個(gè)線(xiàn)纜出錯帶來(lái)的問(wèn)題。
3. 工業(yè)以太網(wǎng)主干冗余
      將不同交換機的多個(gè)端口設置為T(mén)runking主干端口,并建立連接,則這些工業(yè)以太網(wǎng)交換機之間可以形成一個(gè)高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡(luò )帶寬,增強了網(wǎng)絡(luò )吞吐量,而且還還提供了另外一個(gè)功能,即冗余功能。如果網(wǎng)絡(luò )中的骨干鏈接產(chǎn)生斷線(xiàn)等問(wèn)題,那么網(wǎng)絡(luò )中的數據會(huì )通過(guò)剩下的鏈接進(jìn)行傳遞,保證網(wǎng)絡(luò )的通訊正常。Trunking主干網(wǎng)絡(luò )采用總線(xiàn)型和星型網(wǎng)絡(luò )結構,理論通訊距離可以無(wú)限延長(cháng)。該技術(shù)由于采用了硬件偵測及數據平衡的方法,所以使網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間達到了新的高度,一般恢復時(shí)間在20ms以下。
      具體設備
      集線(xiàn)器----相信絕大多數人都熟悉集線(xiàn)器。很多人使用這種簡(jiǎn)易設備去連接各種基于以太網(wǎng)的設備,如個(gè)人計算機,可編程控制器等。集線(xiàn)器接收到來(lái)自某一端口的消息,再將消息廣播到其它所有的端口。對來(lái)自任一端口的每一條消息,集線(xiàn)器都會(huì )把它傳遞到其它的各個(gè)端口。在消息傳遞方面,集線(xiàn)器是低速低效的,可能會(huì )出現消息沖突。然而,集線(xiàn)器的使用非常簡(jiǎn)單-實(shí)際上可以即插即用。集線(xiàn)器沒(méi)有任何華而不實(shí)的功能,也沒(méi)有冗余功能。
      交換機網(wǎng)管型----以太網(wǎng)連接設備發(fā)展的下一代產(chǎn)品是網(wǎng)管型交換機。相對集線(xiàn)器和非網(wǎng)管型交換機,網(wǎng)管型交換機擁有更多更復雜的功能,價(jià)格也高出許多-通常是一臺非網(wǎng)管型交換機的2~3倍。網(wǎng)管型交換機提供了更多的功能,通??梢酝ㄟ^(guò)基于網(wǎng)絡(luò )的接口實(shí)現完全配置。它可以自動(dòng)與網(wǎng)絡(luò )設備交互,用戶(hù)也可以手動(dòng)配置每個(gè)端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設備可能無(wú)法使用自動(dòng)交互功能,因此手動(dòng)配置功能是必不可缺的。
      絕大多數網(wǎng)管型交換機通常也提供一些高級功能,如用于遠程監視和配置的SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議),用于診斷的端口映射,用于網(wǎng)絡(luò )設備成組的VLAN(虛擬局域網(wǎng)),用于確保優(yōu)先級消息通過(guò)的優(yōu)先級排列功能等。利用網(wǎng)管型交換機,可以組建冗余網(wǎng)絡(luò )。使用環(huán)形拓撲結構,網(wǎng)管型交換機可以組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò )。每臺網(wǎng)管型交換機能自動(dòng)判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑,當優(yōu)先路徑中斷時(shí)自動(dòng)阻斷(block)備用路徑。
      交換機非網(wǎng)管型----集線(xiàn)器的發(fā)展產(chǎn)生了一種叫非網(wǎng)管型交換機的設備。它能實(shí)現消息從一個(gè)端口到另一個(gè)端口的路由功能,相對集線(xiàn)器更加智能化。非網(wǎng)管型交換機能自動(dòng)探測每臺網(wǎng)絡(luò )設備的網(wǎng)絡(luò )速度。另外,它具有一種稱(chēng)為"MAC地址表"的功能,能識別和記憶網(wǎng)絡(luò )中的設備。換言之,如果端口2收到一條帶有特定識別碼的消息,此后交換機就會(huì )將所有具有那種特定識別碼的消息發(fā)送到端口2。這種智能避免了消息沖突,提高了傳輸性能,相對集線(xiàn)器是一次巨大的改進(jìn)。然而,非網(wǎng)管型交換機不能實(shí)現任何形式的通信檢測和冗余配置功能。

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