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工业以太网联网设备基本知识
[正文]:来源：网络转载 作者：[字体：大 中 小] 今天的控制系统和工厂自动化系统中，以太网的应用几乎已经和plc一样普及。
但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。
很多控制系统工程的实施甚至是直接让it部门的技术人员来实施。
it工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要考虑以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口等，这些都是最基本需要了解的产品选择因素。
如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干（trunkingtm）冗余、环网冗余、服务质量（qos）、虚拟局域网（vlan）、简单网络管理协议（snmp）、端口镜像等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。
不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。
控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。
从快速生成树冗余(rstp)、环网冗余（rapidring）到主干冗余（trunking），都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。
为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
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图1：采用stp或rstp技术通过管理型交换机实现冗余网络。
集线器 相信绝大多数人都熟悉集线器。
很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机、可编程控制器等。
集线器接收到来自某一端口的消息，再将消息广播到其他所有的端口。
对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其他的各个端口。
在消息传递方面，集线器是低速低效的，可能会出现消息冲突。
然而，集线器的使用非常简单——实际上可以即插即用。
集线器没有任何华而不实的功能，也没有冗余功能。
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图2：用管理型交换机实现rapidringtm环网连接，网络中断恢复时间小于300ms。
非管理型交换机 集线器的发展产生了一种叫非管理型交换机的设备。
它能实现消息从一个端口到另一个端口的路由功能，相对集线器更加智能化。
非管理型交换机能自动探测每台网络设备的网络速度。
另外，它具有一种称为“mac地址表”的功能，能识别和记忆网络中的设备。
换言之，如果端口2收到一条带有特定识别码的消息，此后交换机就会将所有具有那种特定识别码的消息发送到端口2。
这种智能避免了消息冲突，提高了传输性能，相对集线器是一次巨大的改进。
然而，非管理型交换机不能实现任何形式的通信检测和冗余配置功能。
管理型交换机 以太网连接设备发展的下一代产品是管理型交换机。
相对集线器和非管理型交换机，管理型交换机拥有更多更复杂的功能，价格也高出许多——通常是一台非管理型交换机的3～4倍。
管理型交换机提供了更多的功能，通常可以通过基于网络的接口实现完全配置。
它可以自动与网络设备交互，用户也可以手动配置每个端口的网速和流量控制。
一些老设备可能无法使用自动交互功能，因此手动配置功能是必不可缺的。
绝大多数管理型交换机通常也提供一些高级功能，如用于远程监视和配置的snmp（简单网络管理协议），用于诊断的端口映射，用于网络设备成组的vlan（虚拟局域网），用于确保优先级消息通过的优先级排列功能等。
利用管理型交换机，可以组建冗余网络。
使用环形拓扑结构，管理型交换机可以组成环形网络。
每台管理型交换机能自动判断最优传输路径和备用路径，当优先路径中断时自动阻断备用路径。
管理型冗余交换机 高级的管理型冗余交换机提供了一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、安全性方面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。
构建冗余网络的主要方式主要有以下几种，stp、rstp；环网冗余rapidring约癟runking 1.stp及rstp stp（spanning tree protocol，生成树算法，ieee 802.1d），是一个链路层协议，提供路径冗余和阻止网络循环发生。
它强令备用数据路径为阻塞（blocked）状态。
如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。
网络中断恢复时间为30~60s之间。
rstp（快速生成树算法，ieee 802.1w）作为stp的升级，将网络中断恢复时间，缩短到1~2s。
生成树算法网络结构灵活，但也存在恢复速度慢的缺点。
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图3：用管理型交换机实现主干连接，网络中断恢复时间小于10ms。
2.环网冗余rapidring 为了能满足工业控制网络实时性强的特点，rapidring孕育而生。
这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。
这个技术可以使网络在中断后300ms之内自行恢复。
并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和snmp设置等方法来提醒用户出现的断网现象。
这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。
rapidring也支持两个连接在一起的环网，使网络拓朴更为灵活多样。
两个环通过双通道连接，这些连接可以是冗余的，避免单个线缆出错带来的问题。
3.主干冗余trunking 将不同交换机的多个端口设置为trunking主干端口，并建立连接，则这些交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。
不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽，增强了网络吞吐量，而且还还提供了另外一个功能，即冗余功能。
如果网络中的骨干链接产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递，保证网络的通讯正常。
trunking主干网络采用总线型和星型网络结构，理论通讯距离可以无限延长。
该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法，所以使网络中断恢复时间达到了新的高度，一般恢复时间在10ms以下。
更多的内容可以到工业以太网大学网站获得：www.industrialethernetuniversity.com。
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