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工业以太网

工业以太网交流机的专业术语

  2019年01月15日  

  工业以太网交流机与民用以太网交流机比较,工业以太网交流机产品在规划上以及在元器件的选用上,产品的强度和适用性方面都能满意工业现场的需求。

  一、拓扑结构

  拓扑是网络中电缆的安置。众所周知,EIA-485或 CAN 选用总线型拓扑。但在工业以太 网中,因为遍及运用集线器或交流机,拓扑结构为星型或涣散星型。

  二、接线

  工业以太网专题”>工业以太网运用的电缆有屏蔽双绞线(STP)、非屏蔽双绞线(UTP)、多模或单模光缆。10Mbps 的速率对双绞线没有过高的要求,而在 100Mbps 速率下,引荐运用五类或超五类线。

  光纤链接时需求一对,常用的多模光纤波长为 62.5/125μm 或 50/125μm。与多模光纤的内芯比较,单模光纤的内芯很细,只要 10μm 左右。一般,10Mbps 运用多模光纤,100Mbps下,单模、多模光纤都适用。

  三、接头和衔接

  双绞线接头中 RJ-45 较常见,共两对线,一对用于发送,另一对用于接纳。在前言相关 接口(MDI)的界说中,这四个信号别离标识为 RD+,RD-,TD+,TD-。

  一条通讯链路由 DTE(数据终端设备,如作业站)和 DCE(数据通讯设备,如中继器或 交流机)组成。集线器端口标识为 MDI-X 端口标明 DTE 和 DCE 能够运用直通电缆相连。假 如是两个 DTE或两个 DCE相连?能够选用电缆穿插的办法或直接运用集线器供给的上连端 口(电缆不要穿插)。

  光纤接头有两种,ST 接头用于 10Mbps 或 100Mbps;SC接头专用于 100Mbps。单模纤通 常运用 SC接头。DTE 与 DCE 之间的衔接只需按照端口的 TX、RX 标识即可。

  四、工业以太网与一般商用以太网产品

  什么是工业以太网?技能上,它与 IEEE802.3 兼容,但规划和包装统筹工业和商业运用 的要求。工业现场的规划者期望选用商场上能够找到的以太网芯片和前言,统筹考虑工业现 场的特殊要求。首要考虑的是高温、湿润、轰动。第二看是否能方便地装置在工业现场操控 柜内。第三是电源要求。许多操控柜内供给的电源都是低压沟通或直流。墙装式电源设备有 时不能适应。电磁兼容性(EMC)的要求随工业环境对 EMI(工业抗干扰)和 ESD(工业 抗震)要求的不同而改变。现场的安全规范与办公室的彻底不同。有时需求的是恶劣环境的 额定值。工厂里选用的或许是工业操控柜规范而楼宇体系选用的往往是烟雾规范。明显贱价 的商用以太网集线器和交流机无法到达这些要求。

  五、 速度和间隔

  谈论同享型以太网的间隔,不能疏忽磕碰域( Collision Domain)的概念。

  同享型以太网或半双工以太网的媒体拜访是由载波侦听多路拜访/磕碰检测(CSMA/CD) 承认的。在半双工的通讯方法下,发送和接纳不能一同进行,不然数据会发作磕碰。站点发 送前,首要要看是否有闲暇的信道。发送时,站点还会在一段时间内收听,确保在这一时间 内没有其它站点在进行同步传送,终究本站发送成功。反之,发作磕碰,源站点发送堵塞信 号加强磕碰。竞赛站点推迟后(推迟时间由算法承认,是随机的)重试。在这种机制下,所 有站点和一切集线器都有必要在同一磕碰域内。

  对工业以太网来说,10Mbps 和 100Mbps 是最常用的。在 10Mbps,悉数选用双绞线的以 太网网络中,与间隔有关的概念有两个,即网段(Segment)和网络规模(Network Diameter)。 前者指衔接两个设备(集线器、交流机或主机)的间隔,后者指网络中两个最远端设备之间 的间隔。不管是 10Mbps 或 100Mbps 的网络,网段的最远间隔不能超越 100 米。考虑网络延 伸,最有用的规矩便是 5-4-3 规矩(仅仅针对 10Mbps 中继器)。规矩的内容如下:一个网络 最多有五个网段,四个中继器,不多于三个的混合网段。混合网段指的是同轴总线网段(已 筛选)。因为双绞线网段的最远间隔是 100 米,最大网络(网络规模)便是 500 米。光纤网段的最远间隔可达 2 公里,但 IEEE802.3 规范规矩,运用光纤,级联数最多不能 超越 3 个,且网络结尾需运用双绞线,中心的两个为光纤网段并确保每个网段不超越 1 公里。这样,整个光纤网段长度约束在 2 公里。5-4-3 规矩对 100Mbps 是不适用的。主张运用 100Mbps 交流机。

  六、 集线器和交流机

  中继型集线器(集线器) 集线器是构成以太网拓扑的根本设备,为多端口设备,有四、八、十二口等,可级联构成涣散星型拓扑。集线器均契合 IEEE802.3 中继单元要求。这些要求包含前导码生成、对称和起伏补偿。 中继器有必要对信号再守时,这样收发器和电缆引起的信号颤动不会在多网段传达时累积。这 些设备能侦测出不完好的数据包和抵触,并发生一个堵塞信号相效果。它们还会主动阻隔有 问题的端口以坚持网络正常作业。

  接口转接器 另一系列产品是接口转接器,有时称为收发器。它们将一种前言转为另一种前言。最重要的转化是双绞线至光纤的转化。因为许多集线器没有光纤端口,接口转接器便是用来支撑 网络中光纤的运用的。这些设备在网络中是通明。端口不存储帧也不检测磕碰,仅仅将一种 前言转为另一端兼容的信号。

  交流型集线器(交流机) 交流型集线器能够替代中继型集线器并改进网络的功用。与物理层设备-中继型集线器不同,交流型集线器实际上是衔接两个数据链路的网桥,也便是说磕碰域在每个交流机端口进行了完结。所以,添加了交流机就扩展了网络地理上的规模,级联交流机能够大规模地实 现网络扩展交流机比中继型集线器杂乱。双绞线端口主动与隶属端口进行速率洽谈(10Mbps 仍是100Mbps)。流量操控功用也经过洽谈进行。全双工网段选用 PAUSE 计划,半双工网段一般 选用 backpressure 计划。交流机读取一个完好的帧并调查其源地址后就能查出所连以太网设备 的端口方位。交流机随即发生一张端口地址表格并保护表的内容。从这时起,网络通讯仅限 于与本次传送有关的端口。因为同步的传送无需任何操作即可在这些端口上完成,网络的吞 吐量进步了。表的内容会依据衔接信息的改变主动改写。

  假如某个端口收到的信息需播送发送、群组发送或发送地址不详,交流时机主动把信息发至一切端口。 与中继型集线器不同,这儿有多个磕碰域存在,每个磕碰域有必要恪守上述的规矩。

  中继集线器能够与交流机端口相连。假如网络中都是交流机,则双绞线网段坚持 100 米,但级联没有约束。在运用光纤前有必要先注明是半、全双工。中继型集线器与交流型集线器的比照 明显,交流机的功用比集线器进步一些,但集线器的长处是,简略了解,在任何一个端口都能够经过网络分析仪观测数据通讯。交流机则有必要在某个端口完成播送发送方能丈量。 作为网桥,交流机存储、转发整个数据帧并引起了数据的推迟。集线器接纳网络信号没稀有 据推迟。交流机级联还添加延时,因而,集线器和交流机在工业以太网专题”>工业以太网中各有各的运用场合。

  七、 半双工、全双工

  半双工意味着同一媒体的发送和接纳是异步进行的。全双工则相反,有独自的发送和接 收通路。全双工链路是扩展快速以太网(100Mbps)的要害。全双工的链接网段不能超越两个 设备,能够是网卡或交流机端口。留意:不是中继型集线器端口,集线器没有全双工形式。 这是因为集线器是磕碰域的一部分,它会加强其它端口接纳的磕碰。只要两块网卡时能够实 施全双工通讯,多于两块网卡时的全双工方法,有必要考虑交流机。

  10BASE-T、10BASE-FL 有独自的发送和接纳通路,依据网卡或交流机端口的杂乱性, 能够履行全双工。假如这些接口配备在半双工方法下,接纳、发送的同步侦测会触发磕碰的 侦测。相同的接口设置成全双工,因为全双工并不遵照同享型 CSMA/CD 规矩,磕碰检测会 被制止。

  全双工链接的配备要正确。当站点配备在全双工方法下,站点或交流型集线器的端口以 疏忽 CSMA/CD 协议的方法发送帧。假如另一端设置在半双工方法下,它会侦测出磕碰并引 发其它问题出现,如 CRC犯错,网络的速度下降,快速以太网的优势消失。

  如前所述,因为磕碰的原因,100Mbps 下的网络规模有所缩小。关于双绞线网段和交流 端口来说,网段的最长间隔是 100 米(在磕碰域规模内)。问题是在光纤端口上,关于多模光纤来说,网段的长度是 2公里;关于单模光纤来说,是 15公里。半双工方法下,受磕碰域限 制,网段间隔为 412米。因而,只要在全双工形式下(CSMA/CA被疏忽),光纤网段的延伸 才干到达极限。快速以太网方法下,引荐运用交流机技能。快速以太网下的光纤端口,主张运用全双工。

  八、 主动洽谈

  跟着快速以太网运用广泛、与传统以太网类似的接线规矩,IEEE802.3u主张主动配备快 速以太网,使得传统以太网端口能与其它快速以太网端口作业。该配备协议根据 National Semiconductor’s NWay 规范。双绞线链路主动进行速度匹配,以利于数据通讯的进行。该方 案适用于双绞线链接。光纤的状况有所不同。虽然光纤在以太网的开展前史中有非常重要的 位置。但两个光纤设备的速度无法进行主动洽谈,这是因为 10BASE-FL 设备作业在 850nm,100BASE-FX 作业在 1300nm。两者无法互操作。可是,关于主动洽谈协议而言,两个光纤设 备间的自洽谈是可行的(假如通讯没有问题的话)。意识到这一点,新推出的 100BASE-SX 标 准能够使 850nm光纤在 10Mbps 或 100Mbps 下作业。100Mbps 下网段的间隔为 300米。因而, 装置时请留意。光纤的速率一般是固定的,不施行洽谈。主动洽谈协议在双绞线链路是成功 的。主动洽谈的长处在于它运用户无需进行手艺设置,彻底由设备本身决议各自的技能水准。 等级由高到低如下:

  1000BASE-T 全双工 最高

  1000BASE-T

  100BASE-T2 全双工

  100BASE-TX 全双工

  100BASE-T2

  100BASE-T4

  100BASE-TX

  10BASE-T 全双工

  10BASE-T 最低

  其间最低的等级是 10BASE-T(半双工、同享以太网),最高为 1000BASE-T 全双工。这 是一个完好的优先等级计划,但不表明某块网卡能够处理一切这些技能。实际上,有一些技 术在商业上并没有施行,但它们都与 IEEE802.3 规范共同。每个端口查看各自的技能功用并 承认终究的速率(较低的速率)。例如:假如网卡支撑 10BASE-T 而交流机端口才能在10BASE-T或 10BASE-TX,那么终究挑选的是 10BASE-T。假如一块网卡是 10BASE-T,而另 一块 100BASE-TX,两者因为不兼容而无法通讯。

  九、 传输协议

  开始规划并没有触及一个牢靠的端到端的信息传送。网络互联(两个网络相互通讯)的 责任在第三层-网络层。传输和互联成为协议栈的一部分,TCP/IP 和 SPX/IPX 是常用的两个 协议。这两个协议并不能相互操作,所以以太网节点须运用兼容的协议。因为 TCP/IP 在互联 网的运用,它成为首要协议,在工业网络也如此。实际上,TCP/IP 是一组 RFC 界说的协议(request for comments),有许多年了。除了以太网,TCP/IP 还和其他数据链路技能作业,它 坐落物理层/数据链路层之上。传输层上,有两个重要的协议:TCP 和 UDP。前者对接纳的信 息进行承认。两者都很有用。在协议栈的上层,有多个有用的运用层协议在工业以太网专题”>工业以太网运用。 关于用户来说,编址是个重要的论题。IP 协议担任或许坐落不同网络中站点间数据包的路由。 每个站点有仅有的 32 位地址(别离表明网络地址、主机地址)。地址以点分十进制四字节表 示。128.8.120.5 是个有用的地址但无法承认何为主机、何为网络。地址分为五类,地址分为A~E 类。经过调查榜首字节即可进行分类。

  IP 的分配并不简略,一般由网管分配。一旦分配好,就有必要运用在网络中的各个站上。IP 地址分静态和动态分配两种。动态分配由服务器进行。静态分配由配备进行。下列地址为 私家地址,在路由器上不能分配。因而,它们在互联网上没有运用。

  10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

  172.16.0.0~172.31.255.255

  192.168.0.0~192.168.255.255

  IP 地址和以太网 MAC地址是不同的,不能混杂。MAC地址由设备生产商分配,所所以 全球仅有的。IP 地址是装置时分配并依据需求进行重分配。

  十、 运用层协议

  承认所用的接头、电缆,选用集线器仍是交流机,分配了 IP,就能够在站点间通讯了。 现在需求考虑 OSI 高层的兼容性。这儿引荐的工业主动化协议有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和 Modbus/TCP。这还不包含传统互联网运用-FTP、SNMP、SMTP和 TELNET。用户手中 的设备或许并不支撑这些协议,所以需求了解本身体系的兼容性。

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