淺析 PROFINET 報文優(yōu)先級與網(wǎng)管型交換機(jī)
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【PROFINET實(shí)時報文VLAN標(biāo)簽中的3個關(guān)鍵位】
PROFINET IO 報文基于IEEE802.3，具有4個字節(jié)的VLAN標(biāo)簽（IEEE802.1p），該標(biāo)簽其中的3個位可以表示PROFINET實(shí)時數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。這也就意味著，PROFINET循環(huán)的實(shí)時數(shù)據(jù)報文具有優(yōu)先級，且用戶優(yōu)先級為6。VLAN標(biāo)示符VID=0表示報文僅包含優(yōu)先級信息，而不是一個有效的VLAN標(biāo)識。
【符合IEEE802.1p標(biāo)準(zhǔn)的報文特點(diǎn)：具有“用戶優(yōu)先級”定義】
支持IEEE802.1p的交換機(jī)會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)：1、通過在OSI 2層給數(shù)據(jù)加入優(yōu)先級以及交換機(jī)中的不同隊(duì)列分配，實(shí)現(xiàn)加速報文轉(zhuǎn)發(fā)。2、TCI中包含表示服務(wù)種類(Class of Service)的3個位，這樣CoS服務(wù)就有8個優(yōu)先級，其中0為最低優(yōu)先級，而7為最高優(yōu)先級。3、不同的應(yīng)用按照不同的方式進(jìn)行處理。4、賦予實(shí)時應(yīng)用更高的優(yōu)先級。5、賦予普通的應(yīng)用較低的優(yōu)先級。這樣，在IEEE802.1p的支持下，用戶終端主機(jī)能請求所提交流量的優(yōu)先等級，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則在幀頭上設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)記予以實(shí)施。802.1p可以將以太網(wǎng)中的流量分為8個優(yōu)先等級，將時間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級在交換式以太網(wǎng)中傳送，以支持以太網(wǎng)上各類業(yè)務(wù)的QoS。
| 種類 | 描述 | 優(yōu)先級 |
| 語音 | 最高優(yōu)先級；保證幾路音頻延遲時間最小且保證高的語音質(zhì)量 | 7，6 |
| 視頻 | 視頻優(yōu)先于其它數(shù)據(jù)服務(wù) | 4，5 |
| 盡力的通信 | 應(yīng)用數(shù)據(jù)包，比如Internet沖浪或者設(shè)備需要QoS服務(wù) | 3，0 |
| 背景通信 | 較低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，比如下載，打印等，不需要固定的等待時間和流量需求 | 1，2 |
目前，許多以太網(wǎng)交換機(jī)都能夠支持多優(yōu)先級業(yè)務(wù)的分類處理，即支持IEEE802.1p，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的“用戶優(yōu)先級”字段內(nèi)容的不同進(jìn)行緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作。理想情況下，以太網(wǎng)交換機(jī)能支持的優(yōu)先級與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級相同，但實(shí)際情況有時并非如此。西門子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品中，X-00系列具有兩個優(yōu)先級堆棧，高的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級4，5，6，7的數(shù)據(jù)，低的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級3，0，1的數(shù)據(jù)。對于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級與IEEE802.1p所規(guī)定的優(yōu)先級相同。具有4個優(yōu)先級堆棧，每個堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級的數(shù)據(jù)。
【SCALANCE X交換機(jī)的優(yōu)先級堆】
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會根據(jù)數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)先級的不同由內(nèi)部不同的優(yōu)先級堆棧來處理。這也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的產(chǎn)品可以細(xì)分用戶優(yōu)先級的數(shù)據(jù)，對于用戶優(yōu)先級6，7由最高優(yōu)先級堆棧處理優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會優(yōu)先對高優(yōu)先級的堆棧中的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。參考圖3 IEEE802.1p報文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則。幀1正在被發(fā)送，表明不會中斷正在發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸。幀2的優(yōu)先級低于幀3，所以優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)幀3。最終端口1的數(shù)據(jù)幀發(fā)送順序?yàn)閹?，幀3，幀2。
除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交換機(jī)不但可以在Step7中作為IO設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，也可以在Step7中實(shí)現(xiàn)集成診斷。
在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機(jī)應(yīng)用在PROFINET實(shí)時應(yīng)用中，由于這兩種系列的交換機(jī)不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么這兩類以太網(wǎng)交換機(jī)則認(rèn)為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標(biāo)簽。這意味著PROFINET實(shí)時報文（VID=0）在這兩類交換機(jī)之中轉(zhuǎn)發(fā)不具有優(yōu)先級，與普通的數(shù)據(jù)一樣，不會被交換機(jī)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。所以在使用這兩類交換機(jī)時，需要特別注意，這種情況下，可以使用2種方式來改善：第一種情況，就是使用SCALANCE X200系列以下的交換機(jī)，這樣由于這些系列的交換機(jī)不支持IEEE802.1Q，僅支持IEEE802.1p，所以會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時數(shù)據(jù)。第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時，且PROFINET實(shí)時數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)在一個通道上進(jìn)行傳輸，需要給PROFINET的數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)置VLAN。PROFINET IO控制器和IO設(shè)備的PROFINET實(shí)時通信與PC1和PC2的普通通訊，例如TCP/IP，共同占用2臺SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交換機(jī)會認(rèn)為PROFINET 實(shí)時數(shù)據(jù)與普通的TCP/IP數(shù)據(jù)的優(yōu)先級一樣，這樣不會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時數(shù)據(jù)。
其中，PC1和PC2分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P10.1，PROFINET設(shè)備則分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P9.1，交換機(jī)之間的連接通過各自的P11.1進(jìn)行連接。那么設(shè)置PROFINET設(shè)備和PC設(shè)備都屬于VLAN2，交換機(jī)Web組態(tài)。關(guān)于VLAN的詳細(xì)設(shè)置，請參考西門子網(wǎng)站網(wǎng)上課堂《西門子交換機(jī)SCALANCE X VLAN組態(tài)》。http://www.ad.siemens.com.cn/service/prompt.asp
通過設(shè)置VLAN后，PROFINET的實(shí)時數(shù)據(jù)的優(yōu)先級會被SCALANCX300/400交換機(jī)所識別，這樣PROFINET的實(shí)時數(shù)據(jù)被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到實(shí)時的目的。
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