辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別

1、Industrial VS Office Ethernet,Contents,以太網(wǎng)歷史 一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字 結(jié)構(gòu)化布線 交換機(jī)的物理特性 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余 帶寬 組播因素 VLANs 虛擬局域網(wǎng) 優(yōu)先級(jí)區(qū)別服務(wù) 故障設(shè)備的替換 網(wǎng)絡(luò)管理 結(jié)論,Definition,“只有一個(gè)以太網(wǎng)” 什么是工業(yè)以太網(wǎng)? 將以太網(wǎng)技術(shù)用于工業(yè)領(lǐng)域 將以太網(wǎng)和TCP/IP作為工業(yè)通訊技術(shù)和協(xié)議,History,1973 First Ethernet Xerox PARC 2.94Mb/s 1975 First US patent Xerox 1980 Ethernet v1 Digital, Intel, Xerox

2、10Mb/s 1982 Ethernet v2 Digital, Intel, Xerox 1985 IEEE 802.3 1989 ISO Standard 88023 1990 10BaseT (twisted pair) 1994 10BaseF (fibre) 1995 100BaseT/F 100Mb/s 1997 Full Duplex 1998 1000Mb/s 2005 Power Over Ethernet 2006 10 Gb/s 40 / 100 Gb/s,Communication Trend in Industrial Environments,Field Level

3、,Management Level,Corporate Level,Process Measurement and Control Level,工業(yè)通訊為什么選擇以太網(wǎng)?,以太網(wǎng)是開放的標(biāo)準(zhǔn). 以太網(wǎng)使網(wǎng)絡(luò)的垂直集成成為可能. 對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)總線，以太網(wǎng)提供了更大的通訊帶寬以滿足多應(yīng)用集成的需求 主要的以現(xiàn)場(chǎng)總線為工業(yè)通信技術(shù)的制造商轉(zhuǎn)而投奔各自基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的工業(yè): DeltaV （Emerson） Modbus/TCP （Modbus） EtherNet/IP （ControlNet DeviceNet） ProfiNet （Profibus) FF HSE （Foundation Fieldb

4、us） PowerLink (CAN Open）,Aspects of Industrial Ethernet,工業(yè)以太網(wǎng)和商用以太網(wǎng)區(qū)別所在： Environment環(huán)境 Operation 運(yùn)行 Maintenance 維護(hù) Management 管理,一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字,Source: Datacom, Network Management Special,Around two thirds of all failures are caused by faults in network components,Investing in operational safety pays,Physic

5、al,Data Link,Network,Transport,Session,Presentation,Application,8 %,10 %,35 %,25 %,12 %,7 %,3 %,Application programs,Network operating system,Network components,Total Cost of Ownership of a Network over 5 years,Source: Gartner Group,結(jié)構(gòu)化布線,結(jié)構(gòu)化布線的好處,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) 產(chǎn)品可選擇余地大 兼容性好 增加可靠性 易于維護(hù),結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn),ISO/IEC 11801,

6、EN50173,ANSI/TIA/EIA 568-B,術(shù)語(yǔ),CD = Campus Distributor BD = Building Distributor FD = Floor Distributor MD = Machine Distributor (new: Intermediate Distributor (ID) TO = Telecommunication Outlet CP = Consolidation Point,Cabling Structure Office Industry,Office building,Primary cabling,Secondary cabli

7、ng,Tertiary cabling,Production hall,Layer 1 Layer 2 (Layer 3) Layer 4,CP,Physical Cabling Structure,Office: Industry (3 or 4 layers):,FO (500) E9.10/125 or G50(62,5)/125,FO(500m) E9.10/125 or G50(62,5)/125,CD,BD,FD,TO,CD,BD,FD,MD,FO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125,FO (500m) E9.10/125 G50(62,5)/125,T

8、P (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125,TP (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125,Bus cable TP HCS/POF,Transmission media,FO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125,Users Range TP,TO,Machine,CP,Primary,Secondary,Tertiary,Choosing Fiber,多模光纖還是單模光纖? 多模光纖 距離短 不同的線徑 單模光纖 距離遠(yuǎn),Choosing Twisted Pair,What is Twisted Pair Cable? 雙絞線纜采用絞

9、和的方式以避免線纜之間的串?dāng)_ 非屏蔽雙絞線 半屏蔽雙絞線 全屏蔽雙絞線 Cat5e？ Cat6？ 單芯線？ 多芯線？,Other Considerations,可能降低線纜性能甚至是破環(huán)線纜的原因 Abrasion（磨損） Bending（彎曲） Impact（碰撞） Tension / Stretching（拉伸） Crushing（擠壓） Cutting（切斷） High or low temperature（高低溫） Contact with oil（油污） Exposure to UV light（暴露在紫外線照射下） Immersion in water（浸水）,連接器,The is

10、sues 灰塵 / 水 振動(dòng) 雙絞線 “Industrialized” RJ45 M12 光纖 M12 - MicroFX,自適應(yīng) / 自動(dòng)交叉,自適應(yīng) 速度 雙工模式 IEEE802.1x流量控制 雙方都自適應(yīng)才能自適應(yīng) 自動(dòng)交叉 MDI, MDI-X 自動(dòng)校準(zhǔn)發(fā)送和接受線對(duì) 一般必須在自適應(yīng)功能開啟情況下使用（赫思曼交換機(jī)則可以單獨(dú)開啟）,交換機(jī)的物理特性,Physical Characteristics,沒(méi)有“標(biāo)準(zhǔn)的”工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī) 物理特性需與PLC保持一致 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能成為最薄弱的環(huán)節(jié),Certifications,Marine Substation Transportation

11、ATEX Zone 2,環(huán)境因素,安裝方式（DIN or Rack） 外形尺寸？固定式還是模塊化？ 工作輸入電壓范圍 工作溫度范圍 無(wú)風(fēng)扇散熱 振動(dòng) 抗電磁干擾性能 保護(hù)等級(jí)（IP20 IP67) 電路板保護(hù)涂層,Comparison - Physical,Office,Industrial,安裝和連接,使用壽命,工作環(huán)境,專用網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜內(nèi) 連接標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式機(jī)工作站打印機(jī)等,現(xiàn)場(chǎng)安裝（控制柜內(nèi)或直接安裝于自動(dòng)化設(shè)備上，環(huán)境惡劣，某些場(chǎng)合甚至要求滿足IP67防護(hù)等級(jí)） 連接離散的控制設(shè)備和I/O,幾年或十幾年（沒(méi)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可遵循） 風(fēng)扇散熱 備件更換：3年 電源(220VAC),MTBF20年以上（

12、基于MIL-HDBK217F），有些甚至長(zhǎng)達(dá)100年以上 無(wú)風(fēng)扇散熱 備件更換：10年 冗余的電源(24/48VDC，110/220VAC等),良好（機(jī)房恒溫，恒濕） 無(wú)振動(dòng)、沖擊 無(wú)重機(jī)械負(fù)載、無(wú)化學(xué)物質(zhì)腐蝕 較低的抗電磁干擾能力,普通或?qū)挏?-40- +70/+85) 有具體的抗振動(dòng)、抗沖擊要求 牢固的重機(jī)械負(fù)載設(shè)計(jì)、防某些 化學(xué)物質(zhì)腐蝕 較強(qiáng)的抗電磁干擾能力,工業(yè)認(rèn)證,EN60950 FCC Part 15 Class A EN55022,Cul508/1604 Class 1 Div 2 IEC61850-3 IEEE1613、KEMA EN50121、EN50155、ATEX Zon

13、e 1&2,可用性,產(chǎn)品可用性 產(chǎn)品生命周期 替代產(chǎn)品延續(xù)性,Before and After,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余,Network Topologies 總線型,Network Topologies 星型,Network Topologies 樹型,Network Topologies 帶有冗余結(jié)構(gòu)的樹形,(Rapid) Spanning Tree （快速）生成樹,優(yōu)點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)化 向下兼容 (STP) 可以組建混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Network Topologies 環(huán)型,改進(jìn)的環(huán)形,環(huán)形不一定需要頭尾順序連接 通過(guò)合理的設(shè)計(jì)以避免延時(shí)并提供冗余性,HIPER Ring,優(yōu)點(diǎn) 配置簡(jiǎn)單 恢復(fù)速度快 恢復(fù)

14、性能可靠一致 降低線纜需求 拓?fù)淝逦?缺點(diǎn) 非標(biāo)準(zhǔn)化 但是,MRP Media Redundancy Protocol（介質(zhì)冗余協(xié)議） IEC 62439 (標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議),應(yīng)用案例 地鐵,Multicasting (多播通信),消息類型,Unicast（單播） 目的地終端唯一 Broadcast（廣播） - 子網(wǎng)中的所有終端 Multicast（組播） - 一組終端,為什么使用組播?,可以在不增加發(fā)送源負(fù)擔(dān)的條件下發(fā)送數(shù)據(jù)給多個(gè)接收方 節(jié)省帶寬資源 實(shí)時(shí)性好,組播的應(yīng)用場(chǎng)合?,一般應(yīng)用 Video Conferencing（視頻會(huì)議） Video Surveillance（視頻監(jiān)

15、控） Software Distribution（軟件分發(fā)如病毒庫(kù)更新等） 工業(yè)應(yīng)用 Producer / Consumer （生產(chǎn)者/消費(fèi)者） Publisher / Subscriber （發(fā)布者/訂閱者）,And the issue is?,以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初不支持多播 以太網(wǎng)將多播以廣播看待 意味著 每臺(tái)終端設(shè)備都將接收到多播數(shù)據(jù) 因此要有個(gè)特殊技術(shù)可以處理多播數(shù)據(jù) （IGMP Snooping/querier） 赫思曼的二層交換機(jī)同時(shí)支持IGMP Snooping和Querier,VLAN （虛擬局域網(wǎng)）,Physical LAN,Virtual LANs,Multiple VLANs

16、 per Switch,交叉VLAN,二層環(huán)境下實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的訪問(wèn)控制要求 不是所有的二層交換機(jī)都支持該功能（赫思曼的所有二層交換機(jī)均支持該功能）,VLAN Types,VLANs layer 1:基于端口 (IEEE 802.1Q) VLANs layer 2:基于MAC地址 VLANs layer 3:基于網(wǎng)絡(luò)地址或協(xié)議 (IEEE 802.1v) VLANs layer 4-7: 基于應(yīng)用 future,Prioritization （優(yōu)先級(jí)區(qū)分）,優(yōu)先級(jí)(服務(wù)質(zhì)量),Program Updates,Other,6,5,3,1,Control,Voice,Program Updates,O

17、ther,Priority,故障設(shè)備替換,工業(yè)以太網(wǎng) - 達(dá)到的目標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)化的故障設(shè)備更換方法. 故障設(shè)備的更換必須盡可能簡(jiǎn)單、快捷. 維護(hù)人員需了解的設(shè)備知識(shí)越少越好.,可選擇的方法,Manual configuration using a serial cable (RS232). Manual configuration via the Ethernet port using special protocols Automatic configuration using DHCP Proprietary Methods 一種外部的可存儲(chǔ)交換機(jī)配置信息和固件的硬件,可插拔外部存儲(chǔ)設(shè)備 AC

18、A21-USB,優(yōu)點(diǎn) 故障設(shè)備替換無(wú)需專業(yè)知識(shí) 降低出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn),DHCP Option 82,優(yōu)點(diǎn) 無(wú)需專業(yè)知識(shí) 所需硬件開銷較小 開放的手段,Switch with Option 82,Replacement device,Option 82 Server,地址沖突檢測(cè),重復(fù)的IP地址摧毀現(xiàn)有的通訊 在加入網(wǎng)絡(luò)前必須確認(rèn)IP地址分配,192.168.0.54,192.168.0.54,結(jié)論,每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn). 考慮的因素有: 投入. 配置的復(fù)雜性. 故障設(shè)備替換是否方便. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮故障設(shè)備更換,網(wǎng)絡(luò)管理,可網(wǎng)管 vs 非網(wǎng)管交換機(jī),非網(wǎng)管交換機(jī) 價(jià)格低 維護(hù)簡(jiǎn)便 即插即用 沒(méi)有安

19、全性 可網(wǎng)管交換機(jī) 需要更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置 提供了很多高級(jí)功能 保證網(wǎng)絡(luò)高可靠性 故障查找方便,我們?yōu)槭裁葱枰W(wǎng)絡(luò)管理?,ISO 網(wǎng)絡(luò)管理分類,配置管理 性能管理 故障管理 安全管理 記賬管理,配置管理,Redundancy（冗余） Port status（端口狀態(tài)） Flow control（流量控制） VLANs Prioritisation（優(yōu)先級(jí)/服務(wù)質(zhì)量） Clock synchronisation (SNTP / PTP)（時(shí)間同步） Configuration management（功能配置）,監(jiān)控管理,Network overview（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)瀏覽） Localising fau

20、lts（錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)） Avoiding faults and breakdowns（錯(cuò)誤避免）,Simple Network Management Protocol - 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,隸屬于TCP/IP協(xié)議家族 可支持的設(shè)備有: Hubs （集線器） Switches （交換機(jī)） Routers （路由器） Servers （服務(wù)器） 標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議 供應(yīng)商普遍支持,歷史,SNMP v1 1988 Stop-gap solution Due to be replaced by Common Management Information Protocol SNMP v2a 1993 Additi

21、onal commands 帶有安全性 SNMP v2c - 1996 和v2a類似，但沒(méi)有安全性 SNMP v3 - 2002 帶有安全性,網(wǎng)管通訊: 管理者和管理代理,MIBManagement Information Base （管理信息庫(kù)） NMSNetwork Management Station （網(wǎng)絡(luò)管理站） SNMPSimple Network Management Protocol （簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）,AGENT,MIB,Workstation,AGENT,MIB,Router,AGENT,MIB,Switch,AGENT,MIB,Hub,MIB,AGENT,MANAGER