工業(yè)以太網(wǎng)十大須知
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拓撲是網(wǎng)絡(luò)中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采用總線型拓撲。但在工業(yè)以太網(wǎng)中，由于普遍使用集線器或交換機，拓撲結(jié)構(gòu)為星型或分散星型。
二、接線
工業(yè)以太網(wǎng)使用的電纜有屏蔽雙絞線（STP）、非屏蔽雙絞線（UTP）、多?；騿文９饫|。
10Mbps的速率對雙絞線沒有過高的要求，而在100Mbps速率下，推薦使用五類或超五類線。
光纖鏈接時需要一對，常用的多模光纖波長為62.5/125μm或50/125μm。
與多模光纖的內(nèi)芯相比，單模光纖的內(nèi)芯很細，只有10μm左右。通常，10Mbps使用多模光纖，100Mbps下，單模、多模光纖都適用。
三、接頭和連接
雙絞線接頭中RJ-45較常見，共兩對線，一對用于發(fā)送，另一對用于接收。在媒介相關(guān)接口（MDI）的定義中，這四個信號分別標識為RD＋，RD－，TD＋，TD－。
圖1 RJ45接頭及端腳分配
一條通信鏈路由DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如工作站）和DCE（數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，如中繼器或交換機）組成。集線器端口標識為MDI-X端口表明DTE和DCE可以使用直通電纜相連。假如是兩個DTE或兩個DCE相連？可以采用電纜交叉的方法或直接利用集線器提供的上連端口（電纜不要交叉）。
光纖接頭有兩種，ST接頭用于10Mbps或100Mbps；SC接頭專用于100Mbps。單模纖通常使用SC接頭。DTE與DCE之間的連接只需依照端口的TX、RX標識即可。
四、工業(yè)以太網(wǎng)與普通商用以太網(wǎng)產(chǎn)品
什么是工業(yè)以太網(wǎng)？技術(shù)上，它與IEEE802.3兼容，但設(shè)計和包裝兼顧工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的要求。工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)計者希望采用市場上可以找到的以太網(wǎng)芯片和媒介，兼顧考慮工業(yè)現(xiàn)場的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動。第二看是否能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內(nèi)。第三是電源要求。許多控制柜內(nèi)提供的電源都是低壓交流或直流。墻裝式電源裝置有時不能適應(yīng)。電磁兼容性（EMC）的要求隨工業(yè)環(huán)境對EMI（工業(yè)抗干擾）和ESD（工業(yè)抗震）要求的不同而變化?，F(xiàn)場的安全標準與辦公室的完全不同。有時需要的是惡劣環(huán)境的額定值。工廠里采用的可能是工業(yè)控制柜標準而樓宇系統(tǒng)采用的往往是煙霧標準。顯然低價的商用以太網(wǎng)集線器和交換機無法達到這些要求。
五、速度和距離
討論共享型以太網(wǎng)的距離，不能忽略碰撞域（Collision Domain）的概念。
圖2 共享型以太網(wǎng)中的所有設(shè)備和聯(lián)線必須在一個碰撞域中
共享型以太網(wǎng)或半雙工以太網(wǎng)的媒體訪問是由載波偵聽多路訪問/碰撞檢測（CSMA/CD）確定的。在半雙工的通訊方式下，發(fā)送和接收不能同時進行，否則數(shù)據(jù)會發(fā)生碰撞。站點發(fā)送前，首先要看是否有空閑的信道。發(fā)送時，站點還會在一段時間內(nèi)收聽，確保在這一時間內(nèi)沒有其它站點在進行同步傳送，最終本站發(fā)送成功。反之，發(fā)生碰撞，源站點發(fā)送阻塞信號加強碰撞。競爭站點延遲后（延遲時間由算法確定，是隨機的）重試。在這種機制下，所有站點和所有集線器都必須在同一碰撞域內(nèi)。
對工業(yè)以太網(wǎng)來說，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采用雙絞線的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，與距離有關(guān)的概念有兩個，即網(wǎng)段（Segment）和網(wǎng)絡(luò)范圍(Network Diameter)。前者指連接兩個設(shè)備（集線器、交換機或主機）的距離，后者指網(wǎng)絡(luò)中兩個最遠端設(shè)備之間的距離。不管是10Mbps或100Mbps的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)段的最遠距離不能超過100米。考慮網(wǎng)絡(luò)延伸，最有用的規(guī)則就是5-4-3規(guī)則（僅僅針對10Mbps中繼器）。規(guī)則的內(nèi)容如下：一個網(wǎng)絡(luò)最多有五個網(wǎng)段，四個中繼器，不多于三個的混合網(wǎng)段?；旌暇W(wǎng)段指的是同軸總線網(wǎng)段（已淘汰）。由于雙絞線網(wǎng)段的最遠距離是100米，最大網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)范圍）就是500米。
光纖網(wǎng)段的最遠距離可達2公里，但IEEE802.3標準規(guī)定，使用光纖，級聯(lián)數(shù)最多不能超過3個，且網(wǎng)絡(luò)末端需使用雙絞線，中間的兩個為光纖網(wǎng)段并保證每個網(wǎng)段不超過1公里。這樣，整個光纖網(wǎng)段長度限制在2公里。
5-4-3規(guī)則對100Mbps是不適用的，建議使用100Mbps交換機。
中繼型集線器（集線器）
集線器是構(gòu)成以太網(wǎng)拓撲的基本設(shè)備，為多端口設(shè)備，有四、八、十二口等，可級聯(lián)構(gòu)成分散星型拓撲。
集線器均符合IEEE802.3中繼單元要求。這些要求包括前導碼生成、對稱和幅度補償。中繼器必須對信號再定時，這樣收發(fā)器和電纜引起的信號抖動不會在多網(wǎng)段傳播時累積。這些設(shè)備能偵測出不完整的數(shù)據(jù)包和沖突，并產(chǎn)生一個阻塞信號相作用。它們還會自動隔離有問題的端口以維持網(wǎng)絡(luò)正常工作。
接口轉(zhuǎn)接器
另一系列產(chǎn)品是接口轉(zhuǎn)接器，有時稱為收發(fā)器。它們將一種媒介轉(zhuǎn)為另一種媒介。最重要的轉(zhuǎn)換是雙絞線至光纖的轉(zhuǎn)換。由于很多集線器沒有光纖端口，接口轉(zhuǎn)接器就是用來支持網(wǎng)絡(luò)中光纖的應(yīng)用的。這些設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中是透明。端口不存儲幀也不檢測碰撞，只是將一種媒介轉(zhuǎn)為另一端兼容的信號。
交換型集線器（交換機）
交換型集線器可以取代中繼型集線器并改善網(wǎng)絡(luò)的性能。與物理層設(shè)備－中繼型集線器不同，交換型集線器實際上是連接兩個數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)橋，也就是說碰撞域在每個交換機端口進行了終結(jié)。所以，增加了交換機就擴展了網(wǎng)絡(luò)地理上的范圍，級聯(lián)交換機可以大規(guī)模地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴展。
交換機比中繼型集線器復雜。雙絞線端口自動與附屬端口進行速率協(xié)商（10Mbps還是100Mbps）。流量控制功能也通過協(xié)商進行。全雙工網(wǎng)段采用PAUSE方案，半雙工網(wǎng)段通常采用backpressure方案。交換機讀取一個完整的幀并察看其源地址后就能查出所連以太網(wǎng)設(shè)備的端口位置。交換機隨即產(chǎn)生一張端口地址表格并維護表的內(nèi)容。從這時起，網(wǎng)絡(luò)通信僅限于與本次傳送有關(guān)的端口。由于同步的傳送無需任何操作即可在這些端口上實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高了。表的內(nèi)容會根據(jù)連接信息的變化自動刷新。
如果某個端口收到的信息需廣播發(fā)送、群組發(fā)送或發(fā)送地址不詳，交換機會自動把信息發(fā)至所有端口。
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