辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別

辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別第1頁/共75頁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)論第2頁/共75頁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?qū)⒁蕴W(wǎng)和TCP/IP作為工業(yè)通訊技術(shù)和協(xié)議第3頁/共75頁History1973–FirstEthernet–XeroxPARC2.94Mb/s1975–FirstUSpatent–Xerox1980–Ethernetv1–Digital,Intel,Xerox10Mb/s1982–Ethernetv2–Digital,Intel,Xerox1985–IEEE802.31989–ISOStandard880231990–10BaseT(twistedpair)1994–10BaseF(fibre)1995–100BaseT/F100Mb/s1997–FullDuplex1998–1000Mb/s2005–PowerOverEthernet2006–10Gb/s……–40/100Gb/s第4頁/共75頁CommunicationTrendin

IndustrialEnvironmentsFieldLevelManagementLevelCorporateLevelInterbusLoopASIInterbusSeriplexProfibusDPProfibusFMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP/FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50H1IEC/SP50

H2HARTProfibusPAProcessMeasurementandControlLevel第5頁/共75頁工業(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（ControlNetDeviceNet）ProfiNet（Profibus)FFHSE（FoundationFieldbus）PowerLink(CANOpen）第6頁/共75頁AspectsofIndustrialEthernet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管理第7頁/共75頁一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字第8頁/共75頁Source:Datacom,NetworkManagementSpecial

Aroundtwothirdsofallfailuresarecausedbyfaultsin

networkcomponents

InvestinginoperationalsafetypaysPhysicalDataLinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8%10%35%25%12%7%3%ApplicationprogramsNetworkoperating

systemNetworkcomponents第9頁/共75頁Hardware17%Software7%Support73%Miscellaneous3%TotalCostofOwnershipofaNetwork

over5years

Source:GartnerGroup

第10頁/共75頁結(jié)構(gòu)化布線第11頁/共75頁結(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)第12頁/共75頁結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC11801EN50173ANSI/TIA/EIA568-B第13頁/共75頁術(shù)語CD=CampusDistributorBD=BuildingDistributorFD=FloorDistributorMD=MachineDistributor(new:IntermediateDistributor(ID))TO=TelecommunicationOutletCP=ConsolidationPoint第14頁/共75頁CablingStructureOfficeIndustryOfficebuilding

BD

CD

BD

FD

TO

TO

Primarycabling

Secondarycabling

TertiarycablingProductionhall

FD

TO

MD

TO

MD

TO

TO

MD

BD

Layer1

Layer2

(Layer3)

Layer4

CP

TO

第15頁/共75頁P(yáng)hysicalCablingStructureOffice:

Industry(3or4layers):

FO(500)

E9..10/125orG50(62,5)/125

FO(500m)

E9..10/125orG50(62,5)/125

CD

BD

FD

TO

CD

BD

FD

MDFO(1500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

FO(500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

TP(90m+2*5m)

FO

G50(62,5)/125

TP(90m+2*5m)

FO

G50(62,5)/125

Buscable

TP

HCS/POF

Transmissionmedia

FO(1500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

Users

Range

TP

TO

Machine

CP

Primary

Secondary

Tertiary

第16頁/共75頁ChoosingFiber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)第17頁/共75頁ChoosingTwistedPairWhatisTwistedPairCable?雙絞線纜采用絞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？第18頁/共75頁OtherConsiderations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）Highorlowtemperature（高低溫）Contactwithoil（油污）ExposuretoUVlight（暴露在紫外線照射下）Immersioninwater（浸水）第19頁/共75頁連接器Theissues灰塵/水振動(dòng)雙絞線“Industrialized”RJ45M12光纖M12-MicroFX第20頁/共75頁自適應(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）Patchcable1:1

12364578PIN

PIN

12364578Crossovercable

PIN

PIN

1234567812345678第21頁/共75頁交換機(jī)的物理特性第22頁/共75頁P(yáng)hysicalCharacteristics沒有“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)第23頁/共75頁CertificationsMarineSubstationTransportationATEXZone2第24頁/共75頁環(huán)境因素安裝方式（DINorRack）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)涂層第25頁/共75頁Comparison-PhysicalOfficeIndustrial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（基于MIL-HDBK217F），有些甚至長(zhǎng)達(dá)100年以上無風(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）無振動(dòng)、沖擊無重機(jī)械負(fù)載、無化學(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EN60950FCCPart15ClassAEN55022Cul508/1604Class1Div2IEC61850-3IEEE1613、KEMAEN50121、EN50155、ATEXZone1&2第26頁/共75頁可用性產(chǎn)品可用性產(chǎn)品生命周期替代產(chǎn)品延續(xù)性第27頁/共75頁BeforeandAfter第28頁/共75頁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余第29頁/共75頁NetworkTopologies–總線型第30頁/共75頁NetworkTopologies–星型第31頁/共75頁NetworkTopologies–樹型第32頁/共75頁NetworkTopologies–帶有冗余結(jié)構(gòu)的樹形第33頁/共75頁(Rapid)SpanningTree–（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)第34頁/共75頁NetworkTopologies–環(huán)型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第35頁/共75頁改進(jìn)的環(huán)形環(huán)形不一定需要頭尾順序連接通過合理的設(shè)計(jì)以避免延時(shí)并提供冗余性第36頁/共75頁HIPERRing優(yōu)點(diǎn)配置簡(jiǎn)單恢復(fù)速度快恢復(fù)性能可靠一致降低線纜需求拓?fù)淝逦秉c(diǎn)非標(biāo)準(zhǔn)化但是…MRPMediaRedundancyProtocol（介質(zhì)冗余協(xié)議）IEC62439(標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議)第37頁/共75頁應(yīng)用案例–地鐵第38頁/共75頁Multicasting(多播通信)第39頁/共75頁消息類型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）-一組終端第40頁/共75頁為什么使用組播?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)性好第41頁/共75頁組播的應(yīng)用場(chǎng)合?一般應(yīng)用VideoConferencing（視頻會(huì)議）VideoSurveillance（視頻監(jiān)控）SoftwareDistribution（軟件分發(fā)如病毒庫更新等）…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）第42頁/共75頁Andtheissueis?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)（IGMPSnooping/querier）赫思曼的二層交換機(jī)同時(shí)支持IGMPSnooping和QuerierHIRSCHMANN第43頁/共75頁VLAN（虛擬局域網(wǎng)）第44頁/共75頁P(yáng)hysicalLAN第45頁/共75頁VirtualLANs第46頁/共75頁MultipleVLANsperSwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN第47頁/共75頁交叉VLAN二層環(huán)境下實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的訪問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）第48頁/共75頁VLANTypesVLANslayer1: 基于端口

(IEEE802.1Q)VLANslayer2: 基于MAC地址VLANslayer3: 基于網(wǎng)絡(luò)地址或協(xié)議(IEEE802.1v)VLANslayer4-7:基于應(yīng)用future第49頁/共75頁P(yáng)rioritization（優(yōu)先級(jí)區(qū)分）第50頁/共75頁優(yōu)先級(jí)(服務(wù)質(zhì)量)ProgramUpdatesVoiceControlOther

6531ControlVoiceProgramUpdatesOtherPriority第51頁/共75頁故障設(shè)備替換第52頁/共75頁工業(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.第53頁/共75頁可選擇的方法Manualconfigurationusingaserialcable(RS232).ManualconfigurationviatheEthernetportusingspecialprotocolsAutomaticconfigurationusingDHCPProprietaryMethods一種外部的可存儲(chǔ)交換機(jī)配置信息和固件的硬件第54頁/共75頁可插拔外部存儲(chǔ)設(shè)備–ACA21-USB優(yōu)點(diǎn)故障設(shè)備替換無需專業(yè)知識(shí)降低出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)第55頁/共75頁DHCPOption82優(yōu)點(diǎn)無需專業(yè)知識(shí)所需硬件開銷較小開放的手段Switchwith

Option82HIRSCHMANNHIRSCHMANN12345ReplacementdeviceOption82Server第56頁/共75頁地址沖突檢測(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192.168.0.54192.168.0.54NNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第57頁/共75頁結(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)備更換第58頁/共75頁網(wǎng)絡(luò)管理第59頁/共75頁可網(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)便即插即用沒有安全性可網(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第60頁/共75頁我們?yōu)槭裁葱枰W(wǎng)絡(luò)管理?Network第61頁/共75頁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ConfigurationSupervision第62頁/共75頁配置管理Redundancy（冗余）Portstatus（端口狀態(tài)）Flowcontrol（流量控制）VLANsPrioritisation（優(yōu)先級(jí)/服務(wù)質(zhì)量）Clocksynchronisation(SNTP/PTP)（時(shí)間同步）Configurationmanagement（功能配置）第63頁/共75頁監(jiān)控管理Networkoverview（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)瀏覽）Localisingfaults（錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)）Avoidingfaultsandbreakdowns（錯(cuò)誤避免）第64頁/共75頁SimpleNetworkManagementProtocol

-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)商普遍支持第65頁/共75頁歷史SNMPv1–1988Stop-gapsolutionDuetobereplacedbyCommonManagementInformationProtocolSNMPv2a–1993Additionalcommands帶有安全性SNMPv2c-1996和v2a類似，但沒有安全性SNMPv3-2002帶有安全性第66頁/共75頁網(wǎng)管通訊:管理者和管理代理MIB ManagementInformationBase

（管理信息庫）NMS NetworkManagementStation

（網(wǎng)絡(luò)管理站）SNMP SimpleNetworkManagementProtocol

（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）AGENTMIBWorkstationAGENTMIBRouterAGENTMIBSwitchAGENTMIBHubMI