辦公以太網和工業以太網的區別第1頁/共75頁Contents以太網歷史一些統計數字結構化布線交換機的物理特性拓撲結構和冗余帶寬組播因素VLANs虛擬局域網優先級區別服務故障設備的替換網絡管理結論第2頁/共75頁Definition“只有一個以太網”什么是工業以太網?將以太網技術用于工業領域將以太網和TCP/IP作為工業通訊技術和協議第3頁/共75頁History1973–FirstEthernet–XeroxPARC2.94Mb/s1975–FirstUSpatent–Xerox1980–Ethernetv1–Digital,Intel,Xerox10Mb/s1982–Ethernetv2–Digital,Intel,Xerox1985–IEEE802.31989–ISOStandard880231990–10BaseT(twistedpair)1994–10BaseF(fibre)1995–100BaseT/F100Mb/s1997–FullDuplex1998–1000Mb/s2005–PowerOverEthernet2006–10Gb/s……–40/100Gb/s第4頁/共75頁CommunicationTrendin

IndustrialEnvironmentsFieldLevelManagementLevelCorporateLevelInterbusLoopASIInterbusSeriplexProfibusDPProfibusFMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP/FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50H1IEC/SP50

H2HARTProfibusPAProcessMeasurementandControlLevel第5頁/共75頁工業通訊為什么選擇以太網?以太網是開放的標準.以太網使網絡的垂直集成成為可能.對比現場總線，以太網提供了更大的通訊帶寬以滿足多應用集成的需求主要的以現場總線為工業通信技術的制造商轉而投奔各自基于標準以太網的工業:DeltaV（Emerson）Modbus/TCP（Modbus）EtherNet/IP（ControlNetDeviceNet）ProfiNet（Profibus)FFHSE（FoundationFieldbus）PowerLink(CANOpen）第6頁/共75頁AspectsofIndustrialEthernet工業以太網和商用以太網區別所在：Environment環境Operation運行Maintenance維護Management管理第7頁/共75頁一些統計數字第8頁/共75頁Source:Datacom,NetworkManagementSpecial

Aroundtwothirdsofallfailuresarecausedbyfaultsin

networkcomponents

InvestinginoperationalsafetypaysPhysicalDataLinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8%10%35%25%12%7%3%ApplicationprogramsNetworkoperating

systemNetworkcomponents第9頁/共75頁Hardware17%Software7%Support73%Miscellaneous3%TotalCostofOwnershipofaNetwork

over5years

Source:GartnerGroup

第10頁/共75頁結構化布線第11頁/共75頁結構化布線的好處簡化設計產品可選擇余地大兼容性好增加可靠性易于維護第12頁/共75頁結構化布線標準ISO/IEC11801EN50173ANSI/TIA/EIA568-B第13頁/共75頁術語CD=CampusDistributorBD=BuildingDistributorFD=FloorDistributorMD=MachineDistributor(new:IntermediateDistributor(ID))TO=TelecommunicationOutletCP=ConsolidationPoint第14頁/共75頁CablingStructureOfficeIndustryOfficebuilding

BD

CD

BD

FD

TO

TO

Primarycabling

Secondarycabling

TertiarycablingProductionhall

FD

TO

MD

TO

MD

TO

TO

MD

BD

Layer1

Layer2

(Layer3)

Layer4

CP

TO

第15頁/共75頁PhysicalCablingStructureOffice:

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

MDFO(1500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

FO(500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

TP(90m+2*5m)

FO

G50(62,5)/125

TP(90m+2*5m)

FO

G50(62,5)/125

Buscable

TP

HCS/POF

Transmissionmedia

FO(1500m)

E9...10/125

G50(62,5)/125

Users

Range

TP

TO

Machine

CP

Primary

Secondary

Tertiary

第16頁/共75頁ChoosingFiber多模光纖還是單模光纖?多模光纖距離短不同的線徑單模光纖距離遠第17頁/共75頁ChoosingTwistedPairWhatisTwistedPairCable?雙絞線纜采用絞和的方式以避免線纜之間的串擾非屏蔽雙絞線半屏蔽雙絞線全屏蔽雙絞線Cat5e？Cat6？單芯線？多芯線？第18頁/共75頁OtherConsiderations可能降低線纜性能甚至是破環線纜的原因Abrasion（磨損）Bending（彎曲）Impact（碰撞）Tension/Stretching（拉伸）Crushing（擠壓）Cutting（切斷）Highorlowtemperature（高低溫）Contactwithoil（油污）ExposuretoUVlight（暴露在紫外線照射下）Immersioninwater（浸水）第19頁/共75頁連接器Theissues灰塵/水振動雙絞線“Industrialized”RJ45M12光纖M12-MicroFX第20頁/共75頁自適應/自動交叉自適應速度雙工模式IEEE802.1x流量控制雙方都自適應才能自適應自動交叉MDI,MDI-X自動校準發送和接受線對一般必須在自適應功能開啟情況下使用（赫思曼交換機則可以單獨開啟）Patchcable1:1

12364578PIN

PIN

12364578Crossovercable

PIN

PIN

1234567812345678第21頁/共75頁交換機的物理特性第22頁/共75頁PhysicalCharacteristics沒有“標準的”工業以太網交換機物理特性需與PLC保持一致網絡設備不能成為最薄弱的環節第23頁/共75頁CertificationsMarineSubstationTransportationATEXZone2第24頁/共75頁環境因素安裝方式（DINorRack）外形尺寸？固定式還是模塊化？工作輸入電壓范圍工作溫度范圍無風扇散熱振動抗電磁干擾性能保護等級（IP20–IP67)電路板保護涂層第25頁/共75頁Comparison-PhysicalOfficeIndustrial安裝和連接使用壽命工作環境

專用網絡機柜內連接標準的臺式機\工作站\打印機等

現場安裝（控制柜內或直接安裝于自動化設備上，環境惡劣，某些場合甚至要求滿足IP67防護等級）連接離散的控制設備和I/O

幾年或十幾年（沒有相應標準可遵循）風扇散熱備件更換：3年電源(220VAC)MTBF20年以上（基于MIL-HDBK217F），有些甚至長達100年以上無風扇散熱備件更換：10年冗余的電源(24/48VDC，110/220VAC等)

良好（機房恒溫，恒濕）無振動、沖擊無重機械負載、無化學物質腐蝕較低的抗電磁干擾能力

普通或寬溫(-40°-+70/+85°)

有具體的抗振動、抗沖擊要求牢固的重機械負載設計、防某些

化學物質腐蝕較強的抗電磁干擾能力工業認證EN60950FCCPart15ClassAEN55022Cul508/1604Class1Div2IEC61850-3IEEE1613、KEMAEN50121、EN50155、ATEXZone1&2第26頁/共75頁可用性產品可用性產品生命周期替代產品延續性第27頁/共75頁BeforeandAfter第28頁/共75頁拓撲結構和冗余第29頁/共75頁NetworkTopologies–總線型第30頁/共75頁NetworkTopologies–星型第31頁/共75頁NetworkTopologies–樹型第32頁/共75頁NetworkTopologies–帶有冗余結構的樹形第33頁/共75頁(Rapid)SpanningTree–（快速）生成樹優點標準化向下兼容(STP)可以組建混合型網絡結構第34頁/共75頁NetworkTopologies–環型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第35頁/共75頁改進的環形環形不一定需要頭尾順序連接通過合理的設計以避免延時并提供冗余性第36頁/共75頁HIPERRing優點配置簡單恢復速度快恢復性能可靠一致降低線纜需求拓撲清晰缺點非標準化但是…MRPMediaRedundancyProtocol（介質冗余協議）IEC62439(標準化的工業環網冗余協議)第37頁/共75頁應用案例–地鐵第38頁/共75頁Multicasting(多播通信)第39頁/共75頁消息類型Unicast（單播）–目的地終端唯一Broadcast（廣播）-子網中的所有終端Multicast（組播）-一組終端第40頁/共75頁為什么使用組播?可以在不增加發送源負擔的條件下發送數據給多個接收方節省帶寬資源實時性好第41頁/共75頁組播的應用場合?一般應用VideoConferencing（視頻會議）VideoSurveillance（視頻監控）SoftwareDistribution（軟件分發如病毒庫更新等）…工業應用Producer/Consumer（生產者/消費者）Publisher/Subscriber（發布者/訂閱者）第42頁/共75頁Andtheissueis?以太網在設計之初不支持多播以太網將多播以廣播看待意味著每臺終端設備都將接收到多播數據因此要有個特殊技術可以處理多播數據（IGMPSnooping/querier）赫思曼的二層交換機同時支持IGMPSnooping和QuerierHIRSCHMANN第43頁/共75頁VLAN（虛擬局域網）第44頁/共75頁PhysicalLAN第45頁/共75頁VirtualLANs第46頁/共75頁MultipleVLANsperSwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN第47頁/共75頁交叉VLAN二層環境下實現更復雜的訪問控制要求不是所有的二層交換機都支持該功能（赫思曼的所有二層交換機均支持該功能）第48頁/共75頁VLANTypesVLANslayer1: 基于端口

(IEEE802.1Q)VLANslayer2: 基于MAC地址VLANslayer3: 基于網絡地址或協議(IEEE802.1v)VLANslayer4-7:基于應用future第49頁/共75頁Prioritization（優先級區分）第50頁/共75頁優先級(服務質量)ProgramUpdatesVoiceControlOther

6531ControlVoiceProgramUpdatesOtherPriority第51頁/共75頁故障設備替換第52頁/共75頁工業以太網-達到的目標標準化的故障設備更換方法.故障設備的更換必須盡可能簡單、快捷.維護人員需了解的設備知識越少越好.第53頁/共75頁可選擇的方法Manualconfigurationusingaserialcable(RS232).ManualconfigurationviatheEthernetportusingspecialprotocolsAutomaticconfigurationusingDHCPProprietaryMethods一種外部的可存儲交換機配置信息和固件的硬件第54頁/共75頁可插拔外部存儲設備–ACA21-USB優點故障設備替換無需專業知識降低出錯的風險第55頁/共75頁DHCPOption82優點無需專業知識所需硬件開銷較小開放的手段Switchwith

Option82HIRSCHMANNHIRSCHMANN12345ReplacementdeviceOption82Server第56頁/共75頁地址沖突檢測重復的IP地址摧毀現有的通訊在加入網絡前必須確認IP地址分配192.168.0.54192.168.0.54NNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第57頁/共75頁結論每種方法都有優缺點.考慮的因素有:投入.配置的復雜性.故障設備替換是否方便.網絡設計時必須考慮故障設備更換第58頁/共75頁網絡管理第59頁/共75頁可網管vs非網管交換機非網管交換機價格低維護簡便即插即用沒有安全性可網管交換機需要更復雜的網絡配置提供了很多高級功能保證網絡高可靠性故障查找方便第60頁/共75頁我們為什么需要網絡管理?Network第61頁/共75頁ISO網絡管理分類配置管理性能管理故障管理安全管理記賬管理ConfigurationSupervision第62頁/共75頁配置管理Redundancy（冗余）Portstatus（端口狀態）Flowcontrol（流量控制）VLANsPrioritisation（優先級/服務質量）Clocksynchronisation(SNTP/PTP)（時間同步）Configurationmanagement（功能配置）第63頁/共75頁監控管理Networkoverview（網絡狀態瀏覽）Localisingfaults（錯誤發現）Avoidingfaultsandbreakdowns（錯誤避免）第64頁/共75頁SimpleNetworkManagementProtocol

-簡單網絡管理協議隸屬于TCP/IP協議家族可支持的設備有:Hubs（集線器）Switches（交換機）Routers（路由器）Servers（服務器）標準化的協議供應商普遍支持第65頁/共75頁歷史SNMPv1–1988Stop-gapsolutionDuetobereplacedbyCommonManagementInformationProtocolSNMPv2a–1993Additionalcommands帶有安全性SNMPv2c-1996和v2a類似，但沒有安全性SNMPv3-2002帶有安全性第66頁/共75頁網管通訊:管理者和管理代理MIB ManagementInformationBase

（管理信息庫）NMS NetworkManagementStation

（網絡管理站）SNMP SimpleNetworkManagementProtocol

（簡單網絡管理協議）AGENTMIBWorkstationAGENTMIBRouterAGENTMIBSwitchAGENTMIBHubMI