办公以太网和工业以太网的区别.ppt

IndustrialVSOfficeEthernet,Contents,以太网历史一些统计数字结构化布线交换机的物理特性拓扑结构和冗余带宽组播因素VLANs虚拟局域网优先级区别服务故障设备的替换网络管理结论,Definition,“只有一个以太网”什么是工业以太网?将以太网技术用于工业领域将以太网和TCP/IP作为工业通讯技术和协议,History,1973FirstEthernetXeroxPARC2.94Mb/s1975FirstUSpatentXerox1980Ethernetv1Digital,Intel,Xerox10Mb/s1982Ethernetv2Digital,Intel,Xerox1985IEEE802.31989ISOStandard88023199010BaseT(twistedpair)199410BaseF(fibre)1995100BaseT/F100Mb/s1997FullDuplex19981000Mb/s2005PowerOverEthernet200610Gb/s40/100Gb/s,CommunicationTrendinIndustrialEnvironments,FieldLevel,ManagementLevel,CorporateLevel,ProcessMeasurementandControlLevel,工业通讯为什么选择以太网?,以太网是开放的标准.以太网使网络的垂直集成成为可能.对比现场总线，以太网提供了更大的通讯带宽以满足多应用集成的需求主要的以现场总线为工业通信技术的制造商转而投奔各自基于标准以太网的工业:DeltaV（Emerson）Modbus/TCP（Modbus）EtherNet/IP（ControlNetDeviceNet）ProfiNet（Profibus)FFHSE（FoundationFieldbus）PowerLink(CANOpen）,AspectsofIndustrialEthernet,工业以太网和商用以太网区别所在：Environment环境Operation运行Maintenance维护Management管理,一些统计数字,Source:Datacom,NetworkManagementSpecial,Aroundtwothirdsofallfailuresarecausedbyfaultsinnetworkcomponents,Investinginoperationalsafetypays,Physical,DataLink,Network,Transport,Session,Presentation,Application,8%,10%,35%,25%,12%,7%,3%,Applicationprograms,Networkoperatingsystem,Networkcomponents,TotalCostofOwnershipofaNetworkover5years,Source:GartnerGroup,结构化布线,结构化布线的好处,简化设计产品可选择余地大兼容性好增加可靠性易于维护,结构化布线标准,ISO/IEC11801,EN50173,ANSI/TIA/EIA568-B,术语,CD=CampusDistributorBD=BuildingDistributorFD=FloorDistributorMD=MachineDistributor(new:IntermediateDistributor(ID)TO=TelecommunicationOutletCP=ConsolidationPoint,CablingStructureOfficeIndustry,Officebuilding,Primarycabling,Secondarycabling,Tertiarycabling,Productionhall,Layer1Layer2(Layer3)Layer4,CP,PhysicalCablingStructure,Office: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,MD,FO(1500m)E9.10/125G50(62,5)/125,FO(500m)E9.10/125G50(62,5)/125,TP(90m+2*5m)FOG50(62,5)/125,TP(90m+2*5m)FOG50(62,5)/125,BuscableTPHCS/POF,Transmissionmedia,FO(1500m)E9.10/125G50(62,5)/125,UsersRangeTP,TO,Machine,CP,Primary,Secondary,Tertiary,ChoosingFiber,多模光纤还是单模光纤?多模光纤距离短不同的线径单模光纤距离远,ChoosingTwistedPair,WhatisTwistedPairCable?双绞线缆采用绞和的方式以避免线缆之间的串扰非屏蔽双绞线半屏蔽双绞线全屏蔽双绞线Cat5e？Cat6？单芯线？多芯线？,OtherConsiderations,可能降低线缆性能甚至是破环线缆的原因Abrasion（磨损）Bending（弯曲）Impact（碰撞）Tension/Stretching（拉伸）Crushing（挤压）Cutting（切断）Highorlowtemperature（高低温）Contactwithoil（油污）ExposuretoUVlight（暴露在紫外线照射下）Immersioninwater（浸水）,连接器,Theissues灰尘/水振动双绞线“Industrialized”RJ45M12光纤M12-MicroFX,自适应/自动交叉,自适应速度双工模式IEEE802.1x流量控制双方都自适应才能自适应自动交叉MDI,MDI-X自动校准发送和接受线对一般必须在自适应功能开启情况下使用（赫思曼交换机则可以单独开启）,交换机的物理特性,PhysicalCharacteristics,没有“标准的”工业以太网交换机物理特性需与PLC保持一致网络设备不能成为最薄弱的环节,Certifications,MarineSubstationTransportationATEXZone2,环境因素,安装方式（DINorRack）外形尺寸？固定式还是模块化？工作输入电压范围工作温度范围无风扇散热振动抗电磁干扰性能保护等级（IP20IP67)电路板保护涂层,Comparison-Physical,Office,Industrial,安装和连接,使用寿命,工作环境,专用网络机柜内连接标准的台式机工作站打印机等,现场安装（控制柜内或直接安装于自动化设备上，环境恶劣，某些场合甚至要求满足IP67防护等级）连接离散的控制设备和I/O,几年或十几年（没有相应标准可遵循）风扇散热备件更换：3年电源(220VAC),MTBF20年以上（基于MIL-HDBK217F），有些甚至长达100年以上无风扇散热备件更换：10年冗余的电源(24/48VDC，110/220VAC等),良好（机房恒温，恒湿）无振动、冲击无重机械负载、无化学物质腐蚀较低的抗电磁干扰能力,普通或宽温(-40-+70/+85)有具体的抗振动、抗冲击要求牢固的重机械负载设计、防某些化学物质腐蚀较强的抗电磁干扰能力,工业认证,EN60950FCCPart15ClassAEN55022,Cul508/1604Class1Div2IEC61850-3IEEE1613、KEMAEN50121、EN50155、ATEXZone1&2,可用性,产品可用性产品生命周期替代产品延续性,BeforeandAfter,拓扑结构和冗余,NetworkTopologies总线型,NetworkTopologies星型,NetworkTopologies树型,NetworkTopologies带有冗余结构的树形,(Rapid)SpanningTree（快速）生成树,优点标准化向下兼容(STP)可以组建混合型网络结构,NetworkTopologies环型,改进的环形,环形不一定需要头尾顺序连接通过合理的设计以避免延时并提供冗余性,HIPERRing,优点配置简单恢复速度快恢复性能可靠一致降低线缆需求拓扑清晰,缺点非标准化但是,MRPMediaRedundancyProtocol（介质冗余协议）IEC62439(标准化的工业环网冗余协议),应用案例地铁,Multicasting(多播通信),消息类型,Unicast（单播）目的地终端唯一Broadcast（广播）-子网中的所有终端Multicast（组播）-一组终端,为什么使用组播?,可以在不增加发送源负担的条件下发送数据给多个接收方节省带宽资源实时性好,组播的应用场合?,一般应用VideoConferencing（视频会议）VideoSurveillance（视频监控）SoftwareDistribution（软件分发如病毒库更新等）工业应用Producer/Consumer（生产者/消费者）Publisher/Subscriber（发布者/订阅者）,Andtheissueis?,以太网在设计之初不支持多播以太网将多播以广播看待意味着每台终端设备都将接收到多播数据因此要有个特殊技术可以处理多播数据（IGMPSnooping/querier）赫思曼的二层交换机同时支持IGMPSnooping和Querier,VLAN（虚拟局域网）,PhysicalLAN,VirtualLANs,MultipleVLANsperSwitch,交叉VLAN,二层环境下实现更复杂的访问控制要求不是所有的二层交换机都支持该功能（赫思曼的所有二层交换机均支持该功能）,VLANTypes,VLANslayer1:基于端口(IEEE802.1Q)VLANslayer2:基于MAC地址VLANslayer3:基于网络地址或协议(IEEE802.1v)VLANslayer4-7:基于应用future,Prioritization（优先级区分）,优先级(服务质量),ProgramUpdates,Other,6,5,3,1,Control,Voice,ProgramUpdates,Other,Priority,故障设备替换,工业以太网-达到的目标,标准化的故障设备更换方法.故障设备的更换必须尽可能简单、快捷.维护人员需了解的设备知识越少越好.,可选择的方法,Manualconfigurationusingaserialcable(RS232).ManualconfigurationviatheEthernetportusingspecialprotocolsAutomaticconfigurationusingDHCPProprietaryMethods一种外部的可存储交换机配置信息和固件的硬件,可插拔外部存储设备ACA21-USB,优点故障设备替换无需专业知识降低出错的风险,DHCPOption82,优点无需专业知识所需硬件开销较小开放的手段,SwitchwithOption82,Replacementdevice,Option82Server,地址冲突检测,重复的IP地址摧毁现有的通讯在加入网络前必须确认IP地址分配,192.168.0.54,192.168.0.54,结论,每种方法都有优缺点.考虑的因素有:投入.配置的复杂性.故障设备替换是否方便.网络设计时必须考虑故障设备更换,网络管理,可网管vs非网管交换机,非网管交换机价格低维护简便即插即用没有安全性可网管交换机需要更复杂的网络配置提供了很多高级功能保证网络高可靠性故障查找方便,我们为什么需要网络管理?,ISO网络管理分类,配置管理性能管理故障管理安全管理记账管理,配置管理,Redundancy（冗余）Portstatus（端口状态）Flowcontrol（流量控制）VLANsPrioritisation（优先级/服务质量）Clocksynchronisation(SNTP/PTP)（时间同步）Configurationmanagement（功能配置）,监控管理,Networkoverview（网络状态浏览）Localisingfaults（错误发现）Avoidingfaultsandbreakdowns（错误避免）,SimpleNetworkManagementProtocol-简单网络管理协议,隶属于TCP/IP协议家族可支持的设备有:Hubs（集线器）Switches（交换机）Routers（路由器）Servers（服务器）标准化的协议供应商普遍支持,历史,SNMPv11988Stop-gapsolutionDuetobereplacedbyCommonManagementInformationProtocolSNMPv2a1993Additionalcommands带有安全性SNMPv2c-1996和v2a类似，但没有安全性SNMPv3-2002带有安全性,网管通讯:管理者和管理代理,MIBManagementInformationBase（管理信息库）NMSNetworkManagementStation（网络管理站）SNMPSimpleNetworkManagementProtocol（简单网络管理协议）,AGENT,MIB,Workstation,AGENT,MIB,Router,AGENT,MIB,Switch,AGENT,MIB,Hub,MIB,AGENT,MANAGER,NMS,SNMP,链路发现协议,