xf_工业以太网交换机基础知识

正维科技与您同步正维工业以太网交换机-全力打造民族品牌n 正维科技有限公司应用最新以太网和总线技术自主研发出适合工业严苛环境的高性价比以太网数据通信设备，在能源、 交通 、 环保和工业领域得到了广泛的应用，是中国工业光数据网络通信平台的开拓者、创新者和主要品牌之一。主要产品有工业光以太网交换机、工业总线数据光端机、工业级光纤收发器等系列。正维科技简介正维工业以太网交换机-全力打造民族品牌工业以太网所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业现场的以太网工业以太网的定义 指以 IEEE 802.3 标准为基础，技术上与商用以太网兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。基础知识现代以太网技术特征传统以太网（ DIX）的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式工作，网络的站点在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，而不能同时发送和接收。导致半双工传输模式工作的主要原因在于公共传输媒体上站点发送帧的碰撞。这种帧碰撞效应不仅限制了站点的传输带宽；而且还构成了束缚传输范围的碰撞域，大大影响了传输媒体（特别是光纤）的传输距离。随着以太网络技术的发展，交换型和全双工以太网的出现，从而克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双工传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据。近 20年来，随着网络技术及其应用的急剧发展，以太网技术及其标准不断更新和扩展。 目前的以太网不仅在物理层（包括拓扑结构、传输率和传输媒体），而且在数据链路层上与原来的传统以太网 DIX标准有了很大的变化。 随着以太网的发展及其标准的建立，到目前为止，以太网标准系列已扩展成 20余个。基础知识工业以太网的价值世界上应用最广的网络技术 事实上的标准网络 很好地帮助用户获得更加开放集成的工业自动化和信息化的整体解决方案发展与普及推广，使全面应用于工业控制领域成为可能 基础知识工业以太网联网设备 集线器非管理型交换机 管理型交换机 管理型冗余交换机 STP及 RSTP 主干冗余 Trunking环网冗余 基础知识STP及 RSTP STP : Spanning Tree Protocol，生成树算法， IEEE 802.1D 。 网络中断恢复时间为 30-60s之间 RSTP： Rapid STP快速生成树算法， IEEE 802.1w。 将网络中断恢复时间，缩短到 1-2s基础知识工业以太网的发展趋势工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋 (1)实时通信技术 ；(2)总线供电技术 ,PoE ；(3)远距离传输技术 ；(4)网络安全技术 ；(5)可靠性技术 ；基础知识n 工业以太网的市场前景2002 2007年间，每年的工业网络接口递增率高达 84%基础知识工业以太网的市场前景n 不仅继续垄断商业计算机网络通信和工业控制系统的上层网络通信市场，也必将将成为器件总线和现场总线的基础协议 n “一网到底 ” ，可以一直延伸到 企业现场设备控制层 ，所以被普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案，成为现场总线中的主流技术 n 国际上有多个组织从事工业以太网的标准化工作 基础知识现代以太网技术特征主要包括以下几方面基础知识（ 1） 高带宽数据传输率从 10Mbps经过 100Mbps快速以太网和 1Gbps千兆位以太网的发展，日前10Gbps万兆位以太网已经开始应用在局域网的主干网上。特别在智能园区，包括大型校园、于业同区、开发区以及特大型的住宅区中在局域网的主干网上选用万兆位以太网的案例已不是个别的。至于 100Mbps和 1Gbps以太网已经广泛地应用在智能建筑的局域网中。 基础知识（ 2） 全光缆媒体的使用在以太网发展的初期，传输媒体采用铜轴电缆，构成公共总线结构。当 10BASET F出现后，构成了星型结构的以太网，采用了双绞线和光缆作为传输媒体，以后发展的 100BASE和 1000BASE均是如此。当 10000BASE出现后，构成了全光缆以太网，在万兆位以太网上不再使用双绞线或其他铜缆。基础知识（ 3） 总线型 星型 环路结构以太网从共享型发展到交换型，其拓扑结构从总线型发展到屋型。屋型结构的可靠性、可实施性、可维护性均优于总线结构，星型结构义推动了综合布线技术的发展。目前以太网已经可以构成环路结构，特别用于光纤主干回路，进一步提高了光纤主干回路数据传输的可靠性。基础知识（ 4） 单链路 聚合链路交换机之间链路连接从单链路发展到目前的聚合链路。特别在光纤主干回路上，聚合链路一般可达 8路，既大大扩展了链路带宽（平滑连续地扩展），又提高了链路连接的可靠性。基础知识STP RSTP Redundent Ring TrunkingRecovery Time 3060s 12s 300ms 10msFlexibility of wiring High High Medium LowProtocol IEEE 802.1D IEEE 802.1w Proprietary Proprietary# of ports used Medium Medium Low High基础知识(5)交换技术发展历程 共享 交换 全双工交换 时分复用全双工交换：从以太网第2层 (L2)交换技术发展和演变历程来分析，目前已经出现了时分复用全双工交换技术。当以太网技术自共享演变到交换后，半双工传输媒体上仍旧会出现传输数据碰撞现象。直到出现了 全双工交换技术，此时以太网技术完全摆脱了传统以太网 CSMA CD约束，全双工交换以太网上不再会发生传输数据碰撞 。万兆位以太网上只支持了全双工交换。全双工交换基础上，当每个站点所发送定长帧按固定时隙媒体上传输时，这就发展成时分复用全双工交换技术，这种技术使以太网具有良好实时性，高质量传输语音和视频信号。 L2交换 -L3交换 -L4交换以及高层交换：以太网交换机，从面向帧交换 L2交换机发展到 面向 IP分组 L3交换机，继而又出现了面向数据流 L4交换机， L4交换技术与网站上主服务器结合起来，可以获访问主服务器高速缓冲效应。目前市场上还出现了面向应用高层交换技术。基础知识(6)CoS QoS服务目前绝大部分以太网交换机均支持1EEE802 1p， 实现服务分类 COS，把以太网上传输信息帧分成 8级，需要实时处理语音和视频信息帧安排最高两级优先权。 当以太网上要处理这些具有实时需求帧时，保证服务质量QoS， 交换机上就要采用如带宽资源预留、时分复用、支持实时传输协议 RTP等必要技术措施。 CoS QoS服务确保以太网能够很好实现多媒体信息传输。 基础知识(7)虚拟局域网目前以太网交换机均支持虚拟局域网IEEE802 1Q p标准。 个交换型物理以太网上可以构成几十个，几百个乃至上千个逻辑上相互隔离虚拟以太网。这种技术对建筑智能化系统结构优化是很有用。智能建筑子系统绝大部分是基于以太网，那么利用虚拟局域网技术后， 目前建筑智能化系统繁杂结构一定会有所改观。基础知识(8)以太网技术逐步渗入电信网领域目前接入网、城域网上已经使用了以太网技术，一些新颖中、小城市城域网上已经配置了高档支持波分复用 L3光纤路由交换机构成城域主干网。万兆位以太网标准 IEEE802 3ae中已经支持了广域组网。以太网技术从局域网逐步进入接入网、城域网、乃至广域网领域是一个不可阻挡趋势。 基础知识(9)无线局域网近几年来，无线局域网发展迅速，无线局域网又称无线以太网，智能建筑中目前使用越来越广泛，它作为以太网补允汁用户数十米范围内移动访问网络。无线局域网传输速率日前产品已达54Mbps，可以支持视频信息传输。 基础知识(10)工控以太网当前以太网满足信息领域需求，可以实现工业控制，国内外市场已有成熟工控以太网交换机产品。智能建筑领域中、铁路、交通、矿山、医药等已经规模应用基础知识(11)IEEE802 3af标准该标准主要内容简述为： RJ-45插头座连接四对双绞线上，两对分别用于收、发信息；一对用于电源 (正 )；一对用于电源 (负 )。此标准为那些不需要自配电源小型数宁化设备连接以太网提供了依据标准，推动了智能建筑数字化进程。标准公布后，市场出现了更加小型灵巧以太网设备，如无线局域网接人点、网络摄像机、控制用采集器和执行器等。 基础知识(12)IEEE802 3ah标该标准所包括主要内容为以太网无源光网 EPON。基于 100M 1Gbps光纤以太网、时分复用全双工交换以太网、无源光分配器等技术 EPON，可以以太网上实现了信息、语音、视象以及监控等多种信息融合。 EPON既可以用于接入网，又能用作智能建筑驻网，是智能建筑实现多网融合、高度集成、结构优化简化一种前瞻性技术。 基础知识工业以太网设备包括以下几个重要部分基础知识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，再将消息广播到其它所有的端口。对来自任一端口的每一条消息，集线器都会把它传递到其它的各个端口。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。基础知识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。基础知识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 (block)备用路径基础知识n 管理型冗余交换机 n 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 RapidRingTM以及 Trunking。基础