工業(yè)以太網(wǎng)十大須知

圖3 交換機允許多個碰撞域的存在

中繼集線器可以與交換機端口相連。如果網(wǎng)絡(luò)中都是交換機，則雙絞線網(wǎng)段保持100米，但級聯(lián)沒有限制。在使用光纖前必須先注明是半、全雙工。

中繼型集線器與交換型集線器的對比

顯然，交換機的性能比集線器提高一些，但集線器的優(yōu)點是，容易理解，在任何一個端口都可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀觀測數(shù)據(jù)通訊。交換機則必須在某個端口實現(xiàn)廣播發(fā)送方能測量。作為網(wǎng)橋，交換機存儲、轉(zhuǎn)發(fā)整個數(shù)據(jù)幀并引起了數(shù)據(jù)的延遲。集線器接收網(wǎng)絡(luò)信號沒有數(shù)據(jù)延遲。交換機級聯(lián)還增加延時，因此，集線器和交換機在工業(yè)以太網(wǎng)中各有各的應(yīng)用場合。

七、半雙工、全雙工

半雙工意味著同一媒體的發(fā)送和接收是異步進行的。全雙工則相反，有單獨的發(fā)送和接收通路。全雙工鏈路是擴展快速以太網(wǎng)（100Mbps）的關(guān)鍵。全雙工的鏈接網(wǎng)段不能超過兩個設(shè)備，可以是網(wǎng)卡或交換機端口。注意：不是中繼型集線器端口，集線器沒有全雙工模式。這是因為集線器是碰撞域的一部分，它會加強其它端口接收的碰撞。只有兩塊網(wǎng)卡時可以實施全雙工通訊，多于兩塊網(wǎng)卡時的全雙工方式，必須考慮交換機。

10BASE-T、10BASE-FL有單獨的發(fā)送和接收通路，根據(jù)網(wǎng)卡或交換機端口的復(fù)雜性，可以執(zhí)行全雙工。如果這些接口配置在半雙工方式下，接收、發(fā)送的同步偵測會觸發(fā)碰撞的偵測。同樣的接口設(shè)置成全雙工，由于全雙工并不遵從共享型CSMA/CD規(guī)則，碰撞檢測會被禁止。

全雙工鏈接的配置要正確。當(dāng)站點配置在全雙工方式下，站點或交換型集線器的端口以忽略CSMA/CD協(xié)議的方式發(fā)送幀。如果另一端設(shè)置在半雙工方式下，它會偵測出碰撞并引發(fā)其它問題出現(xiàn)，如CRC出錯，網(wǎng)絡(luò)的速度下降，快速以太網(wǎng)的優(yōu)勢消失。

如前所述，由于碰撞的原因，100Mbps下的網(wǎng)絡(luò)范圍有所縮小。對于雙絞線網(wǎng)段和交換端口來說，網(wǎng)段的最長距離是100米（在碰撞域范圍內(nèi)）。問題是在光纖端口上，對于多模光纖來說，網(wǎng)段的長度是2公里；對于單模光纖來說，是15公里。半雙工方式下，受碰撞域限制，網(wǎng)段距離為412米。因此，只有在全雙工模式下（CSMA/CA被忽略），光纖網(wǎng)段的延伸才能達到極限。

快速以太網(wǎng)方式下，推薦使用交換機技術(shù)?？焖僖蕴W(wǎng)下的光纖端口，建議使用全雙工。

八、自動協(xié)商

隨著快速以太網(wǎng)使用廣泛、與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相似的接線規(guī)則，IEEE802.3u建議自動配置快速以太網(wǎng),使得傳統(tǒng)以太網(wǎng)端口能與其它快速以太網(wǎng)端口工作。該配置協(xié)議基于National Semiconductor’s NWay標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線鏈路自動進行速度匹配，以利于數(shù)據(jù)通訊的進行。該方案適用于雙絞線鏈接。光纖的情況有所不同。盡管光纖在以太網(wǎng)的發(fā)展歷史中有非常重要的地位。但兩個光纖設(shè)備的速度無法進行自動協(xié)商，這是因為10BASE-FL設(shè)備工作在850nm，100BASE-FX工作在1300nm。兩者無法互操作。但是，對于自動協(xié)商協(xié)議而言，兩個光纖設(shè)備間的自協(xié)商是可行的（如果通訊沒有問題的話）。意識到這一點，新推出的100BASE-SX標(biāo)準(zhǔn)可以使850nm光纖在10Mbps或100Mbps下工作。100Mbps下網(wǎng)段的距離為300米。因此，安裝時請注意。光纖的速率通常是固定的，不實行協(xié)商。自動協(xié)商協(xié)議在雙絞線鏈路是成功的。自動協(xié)商的優(yōu)點在于它使用戶無需進行手工設(shè)置，完全由設(shè)備自身決定各自的技術(shù)水準(zhǔn)。級別高低如下：

其中最低的級別是10BASE-T（半雙工、共享以太網(wǎng)），最高為1000BASE-T全雙工。這是一個完整的優(yōu)先級別方案，但不表示某塊網(wǎng)卡可以處理所有這些技術(shù)。實際上，有一些技術(shù)在商業(yè)上并沒有實施，但它們都與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)一致。每個端口檢查各自的技術(shù)性能并確定最終的速率（較低的速率）。例如：如果網(wǎng)卡支持10BASE-T而交換機端口能力在10BASE-T或10BASE-TX，那么最終選擇的是10BASE-T。如果一塊網(wǎng)卡是10BASE-T，而另一塊100BASE-TX，兩者因為不兼容而無法通訊。

九、傳輸協(xié)議

圖4 以太網(wǎng)定義在OSI模型的下兩層

最初設(shè)計并沒有涉及一個可靠的端到端的信息傳送。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（兩個網(wǎng)絡(luò)互相通訊）的義務(wù)在第三層－網(wǎng)絡(luò)層。傳輸和互聯(lián)成為協(xié)議棧的一部分，TCP/IP 和SPX/IPX是常用的兩個協(xié)議。這兩個協(xié)議并不能互相操作，所以以太網(wǎng)節(jié)點須使用兼容的協(xié)議。由于TCP/IP在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，它成為主要協(xié)議，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也如此。實際上，TCP/IP是一組RFC定義的協(xié)議（request for comments），有很多年了。除了以太網(wǎng)，TCP/IP還和別的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)工作，它位于物理層/數(shù)據(jù)鏈路層之上。傳輸層上，有兩個重要的協(xié)議：TCP和UDP。前者對接收的信息進行確認。兩者都很有用。在協(xié)議棧的上層，有多個有用的應(yīng)用層協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)使用。對于用戶來說，編址是個重要的話題。IP協(xié)議負責(zé)可能位于不同網(wǎng)絡(luò)中站點間數(shù)據(jù)包的路由。每個站點有唯一的32位地址（分別表示網(wǎng)絡(luò)地址、主機地址）。地址以點分十進制四字節(jié)表示。128.8.120.5是個有效的地址但無法確定何為主機、何為網(wǎng)絡(luò)。地址分為五類，地址分為A~E類。通過觀察第一字節(jié)即可進行分類。

IP的分配并不簡單，通常由網(wǎng)管分配。一旦分配好，就必須應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的各個站上。IP地址分靜態(tài)和動態(tài)分配兩種。動態(tài)分配由服務(wù)器進行。靜態(tài)分配由配置進行。下列地址為私人地址，在路由器上不能分配。因此，它們在互聯(lián)網(wǎng)上沒有應(yīng)用。

10.0.0.0～10.255.255.255
172.16.0.0～172.31.255.255
192.168.0.0～192.168.255.255

IP地址和以太網(wǎng)MAC地址是不同的，不能混淆。MAC地址由設(shè)備生產(chǎn)商分配，所以是全球唯一的。IP地址是安裝時分配并根據(jù)需要進行重分配。

十、應(yīng)用層協(xié)議

確定所用的接頭、電纜，采用集線器還是交換機，分配了IP，就可以在站點間通訊了?，F(xiàn)在需要考慮OSI高層的兼容性。這兒推薦的工業(yè)自動化協(xié)議有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和Modbus/TCP。這還不包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用－FTP、SNMP、SMTP和TELNET。用戶手中的設(shè)備可能并不支持這些協(xié)議，所以需要理解自身系統(tǒng)的兼容性。