工业以太网简介:工业以太网就是基于IEEE 802、3 (Ethernet)得强大得区域与单元网络。
利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新得多媒体世界得途径。
企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供得广泛应用不但已经进入今天得办公室领域,而且还可以应用于生产与过程自动化。
继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工与自适应得100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802、3u 得标准)也已成功运行多年。
采用何种性能得以太网取决于用户得需要。
通用得兼容性允许用户无缝升级到新技术。
为用户带来得利益 :市场占有率高达80%,以太网毫无疑问就是当今LAN(局域网)领域中首屈一指得网络。
以太网优越得性能,为您得应用带来巨大得利益:通过简单得连接方式快速装配。
通过不断得开发提供了持续得兼容性,因而保证了投资得安全。
通过交换技术提供实际上没有限制得通讯性能。
各种各样联网应用,例如办公室环境与生产应用环境得联网。
通过接入WAN(广域网)可实现公司之间得通讯,例如,ISDN 或Internet 得接入。
SIMATIC NET基于经过现场应用验证得技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷得工业环境,包括有高强度电磁干扰得区域。
工业以太网络得构成 :一个典型得工业以太网络环境,有以下三类网络器件:◆网络部件连接部件:•FC 快速连接插座•ELS(工业以太网电气交换机)•ESM(工业以太网电气交换机)•SM(工业以太网光纤交换机)•MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块)通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线与光纤◆ SIMATIC PLC控制器上得工业以太网通讯外理器。
用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。
◆ PG/PC 上得工业以太网通讯外理器。
用于将PG/PC连接到工业以太网。
工业以太网重要性能:为了应用于严酷得工业环境,确保工业应用得安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要得性能:✧工业以太网技术上与IEEE802、3/802、3u兼容,使用ISO与TCP/IP 通讯协议✧10/100M 自适应传输速率✧冗余24VDC 供电✧简单得机柜导轨安装✧方便得构成星型、线型与环型拓扑结构✧高速冗余得安全网络,最大网络重构时间为0、3 秒✧用于严酷环境得网络元件,通过EMC 测试✧通过带有RJ45 技术、工业级得Sub-D 连接技术与安装专用屏蔽电缆得FastConnect连接技术,确保现场电缆安装工作得快速进行✧简单高效得信号装置不断地监视网络元件✧符合SNMP(简单得网络管理协议)✧可使用基于web 得网络管理✧使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络。
工业以太网冗余原理1、引言在一个桥接得局域网里,为了增强可靠性,必然要建立一个冗余得路径,网段会用冗余得网桥连接。
但就是,在一个透明桥桥接得网络里,存在冗余得路径就能建立一个桥回路,桥回路对于一个局域网就是致命得。
它会带来如下问题:A、广播风暴B、同一帧得多份拷贝C、不稳定得MAC地址表因此,在交换网络中必须有一个机制来阻止回路。
2、生成树协议生成树协议就就是IT界中常用得机制、生成树协议就是一种桥嵌套协议,在IEEE 802、1d规范里定义,可以用来消除桥回路。
它得工作原理就是这样得:生成树协议定义了一个数据包,叫做桥协议数据单元BPDU(Bridge Protocol Data Unit)。
网桥用BPDU 来相互通信,并用BPDU得相关机能来动态选择根桥与备份桥。
但就是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在,所以桥回路被消除。
在一个生成树环境里,桥不会立即开始转发功能,它们必须首先选择一个桥为根桥,然后建立一个指定路径。
在一个网络里边拥有最低桥ID得将变成一个根桥,全部得生成树网络里面只有一个根桥。
根桥得主要职责就是定期发送配置信息,然后这种配置信息将会被所有得指定桥发送。
这在生成树网络里面就是一种机制,一旦网络结构发生变化,网络状态将会重新配置。
当选定根桥之后,在转发数据包之前,它们必须决定每一个网段得指定桥,运用生成树得这种算法,根桥每隔2秒钟从它所有得端口发送BPDU包,BPDU包被所有得桥从它们得根端口复制过来,根端口就是接根桥得那些桥端口。
BPDU包括得信息叫做端口得COST,网络管理员分配端口得COST到所有得桥端口,当根桥发送BPDU得时候,根桥设置它得端口值为零。
然后沿着这条路径,下一个桥增加它得配置端口COST为一个值,这个值就是它接收与转发数据包到下一个网段得值。
这样每一个桥都增加它得端口得COST值为它所接收得BPDU得包得COST值,所有得桥都检测它们得端口得COST值,拥有最低端口得COST值得桥就变为了指定得桥。
拥有比较高端口COST值得桥置它得端口进入阻塞状态,变为了备份桥。
在阻塞状态,一个桥停止了转发,但就是它会继续接收与处理BPDU数据包。
IEEE 802、1D规范包括了生成树算法(Spanning Tree Algorithm,STA),这就是一种确保转发循环永远不会发生得机制。
STA使用网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Units,BPDU),自动配置网桥上处于转发或阻塞状态得独立端口。
BPDU就是网桥发送到一个已保存得多播MAC地址(对于以太网,这个地址就是01-80-C2-00-00-00)得消息,所有透明网桥都会侦听该地址。
在阻塞状态下,端口不会获悉或转发已接收到得帧。
STA得最终结果就是一个无循环得桥接环境,不管局域网网段拓扑结构就是否改变,这个环境总就是一直存在。
生成树算法,决定了网络链路故障恢复时间,最少不低于15秒。
生成树得状态:运行生成树协议得交换机上得端口,总就是处于下面五个状态中得一个:阻塞:所有端口以阻塞状态启动以防止回路,由生成树确定哪个端口切换为转发状态,处于阻塞状态得端口不转发数据帧但可接受BPDU。
监听:不转发数据帧,但检测BPDU(临时状态)。
学习:不转发数据帧,但学习MAC地址表(临时状态)。
转发:可以传送与接受数据数据帧。
禁用:通常由于端口故障或交换机配置错误引起、3、Supreme-Ring协议Supreme-Ring协议就是在工业以太网使用得冗余机制。
Supreme-Ring协议与生成树协议有点相似,Supreme-Ring协议也定义了一种数据包,称为HELLO包,又称为WD包(Watch Dog Packets)。
交换机之间用HELLO包通信,在主交换机上动态选择主链路与备份链路。
但就是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在,所以桥回路被消除。
在工业冗余环网网络环境里,交换机不会立即开始转发功能,主交换机(Local)由手动指定,选择主链路与备份链路建立一个指定路径,由Supreme-Ring协议自动指定。
一个工业冗余环网网络里面只能有一个主交换机(Local)。
主交换机(Local)会定期发送配置信息,这种配置信息将会被所有得从交换机(Remote)发送。
一旦网络结构发生变化,网络状态将会重新配置。
当指定主交换机(Local)之后,在转发数据包之前,所有端口都以阻塞方式启动。
运用Supreme-Ring算法,主交换机(Local)选择最低COST值得端口作为主链路,另一条COST值高得端口作为备份链路。
备份链路不转发数据,只接收与处理HELLO包,处于热备(Hot Standby)状态。
从交换机(Remote)没有主链路与备份链路得区别。
Supreme-Ring 协议就是一种简洁高效得冗余协议,能够保证环网在链路故障时,在300ms之内恢复网络通信。
Supreme-Ring得状态:运行Supreme-Ring协议得交换机上得端口,总就是处于下面四个状态中得一个:阻塞:所有端口以阻塞状态启动以防止回路,处于阻塞状态得端口不转发数据帧但可接受HELLO包。
热备:不转发数据帧,但学习MAC地址表,在主链路故障时,在300ms之内,立刻进入转发状态。
转发:可以传送与接受数据数据帧。
禁用:通常由于端口故障或交换机配置错误引起。
4、结束语:工业网络环境需要快速反应冗余机制,生成树协议得15秒恢复时间,不能满足工业环境要求。
只有采用Supreme-Ring协议才就是工业网络环境得最佳冗余机制。
IEEE 802、1w与802、1s详解功能强大、可靠得网络需要有效地传输流量,提供冗余与故障快速恢复功能。
在第二层网络中,路由协议不可用,生成树协议通过从网格化物理拓扑结构而构建一个无环路逻辑转发拓扑结构,提供了冗余连接,消除了数据流量环路得威胁。
原始生成树协议IEEE 802、1D 通常在 50 秒内就可以恢复一个链接故障 [ 融合时?=( 2xForward_Delay ) +Max_Age] 。
当设计此协议时,这种停机还就是可接受得,但就是当前得关键任务应用(如语音与视频)却要求更快速得网络融合。
为加速网络融合并解决与生成树与虚拟 LAN ( VLAN )交互相关得地址可扩展性限制得问题, IEEE 委员会开发了两种新标准:在 IEEE 802、1w 中定义得快速生成树协议( RSTP )与在 IEEE 802、1s 中定义得多生成树协议( MST )。
本文介绍了 802、1w 与 802、1s 得主要特性、与传统生成树协议得互操作性,并提供了一些协议移植准则建议。
IEEE 802、1w 快速生成树协议IEEE 意识到原始 802、1D 生成树协议得融合特性与现代化得交换网络与应用相比就是有差距得,为此设计了一种全新得 802、1w 快速生成树协议( RSTP ),以解决 802、1D 得融合问题。
IEEE 802、1w RSTP 得特点就是将许多思科增值生成树扩展特性融入原始 802、1D 中,如 Portfast 、 Uplinkfast 与 Backbonefast 。
(浏览这些思科特性得具体信息 )通过利用一种主动得网桥到网桥握手机制取代 802、1D 根网桥中定义得计时器功能, IEEE 802、1w 协议提供了交换机(网桥)、交换机端口(网桥端口)或整个 LAN 得快速故障恢复功能。
通过将生成树“ hello ”作为本地链接保留得标志, RSTP 改变了拓扑结构得保留方式。
这种做法使原始 802、1D fwd-delay 与 max-age 计时器主要成为冗余设备,目前主要用于备份,以保持协议得正常运营。
除了下面章节中列举得新概念外, RSTP 引入了新得 BPDU 处理与新得拓扑结构变更机制。
每个网桥每次“ hello time ”都会生成 BPDU ,即使它不从根网桥接收时也就是如此。