工業(yè)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和專業(yè)術(shù)語

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯工業(yè)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和專業(yè)術(shù)語 工業(yè)以太網(wǎng)是電力通信和電網(wǎng)信息化不行或缺的網(wǎng)絡(luò)平臺，而工業(yè)以太網(wǎng)交換機在其中更是扮演了重要的角色，現(xiàn)在讓大家了解一下工業(yè)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和專業(yè)術(shù)語。一、拓撲結(jié)構(gòu)拓撲是網(wǎng)絡(luò)中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采納總線型拓撲。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，推舉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62.5/1

2、25m或50/125m。與多模光纖的內(nèi)芯相比，單模光纖的內(nèi)芯很細，只有10m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(biāo)識為RD+，RD-，TD+，TD-。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(biāo)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，可以采納電纜交叉的方法或直接利用集線器供應(yīng)的上連端口（電纜不要交叉）。光纖接頭

3、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(biāo)識即可。四、工業(yè)以太網(wǎng)與一般商用以太網(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)計者盼望采納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)場的特別要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震驚。其次看是否能便利地安裝在工業(yè)現(xiàn)場掌握柜內(nèi)。第三是電源要求。很多掌握柜內(nèi)供應(yīng)的電源都是低壓溝通或直流。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（

4、工業(yè)抗震）要求的不同而變化?，F(xiàn)場的平安標(biāo)準(zhǔn)與辦公室的完全不同。有時需要的是惡劣環(huán)境的額定值。工廠里采納的可能是工業(yè)掌握柜標(biāo)準(zhǔn)而樓宇系統(tǒng)采納的往往是煙霧標(biāo)準(zhǔn)。明顯低價的商用以太網(wǎng)集線器和交換機無法達到這些要求。五、速度和距離爭論共享型以太網(wǎng)的距離，不能忽視碰撞域（CollisionDomain）的概念。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)送勝利。反之，

5、發(fā)生碰撞，源站點發(fā)送堵塞信號加強碰撞。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，全部站點和全部集線器都必需在同一碰撞域內(nèi)。對工業(yè)以太網(wǎng)來說，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采納雙絞線的以太網(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（NetworkDiameter）。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)延長，最有用的規(guī)章就是5-4-3規(guī)章（僅僅針對10Mbps中繼器）。規(guī)章的內(nèi)容如下：一

6、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(biāo)準(zhǔn)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)章對100Mbps是不適用的。建議使用100Mbps交換機。六、集線器和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

7、中繼單元要求。這些要求包括前導(dǎo)碼生成、對稱和幅度補償。中繼器必需對信號再定時，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)生一個堵塞信號相作用。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。由于許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)中是透亮。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

8、-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簡單。雙絞線端口自動與附屬端口進行速率協(xié)商（10Mbps還是100Mbps）。流量掌握功能也通過協(xié)商進行。全雙工網(wǎng)段采納PAUSE方案，半雙工網(wǎng)段通常采納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)，

9、網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高了。表的內(nèi)容會依據(jù)連接信息的變化自動刷新。假如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)至全部端口。與中繼型集線器不同，這兒有多個碰撞域存在，每個碰撞域必需遵守上述的規(guī)章。中繼集線器可以與交換機端口相連。假如網(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。在使用光纖前必需先注明是半、全雙工。中繼型集線器與交換型集線器的對比明顯，交換機的性能比集線器提高一些，但集線器的優(yōu)點是，簡單理解，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。交換機則必需在某個端口實現(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

10、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)專題"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。留意：不是中繼型集線器端口，集線器沒有全雙工模式。這是由于集線器是碰撞域的一部分CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)全部，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，必需考慮交換機。10BASE-T、

11、10BASE-FL有單獨的發(fā)送和接收通路，依據(jù)網(wǎng)卡或交換機端口的簡單性，可以執(zhí)行全雙工。假如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)章，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視CSMA/CD協(xié)議的方式發(fā)送幀。假如另一端設(shè)置在半雙工方式下，它會偵測出碰撞并引發(fā)其它問題消失，如CRC出錯，網(wǎng)絡(luò)的速度下降，快速以太網(wǎng)的優(yōu)勢消逝。如前所述，由于碰撞的緣由，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

12、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被忽視），光纖網(wǎng)段的延長才能達到極限?？焖僖蕴W(wǎng)方式下，推舉使用交換機技術(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)相像的接線規(guī)章，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NationalSemiconductorsNWay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。

13、光纖的狀況有所不同。盡管光纖在以太網(wǎng)的進展歷史中有特別重要的地位。（版權(quán)全部）但兩個光纖設(shè)備的速度無法進行自動協(xié)商，這是由于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（假如通訊沒有問題的話）。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，安裝時請留意。光纖的速率通常是固定的，不實行協(xié)商。自動協(xié)商協(xié)議在雙絞線鏈路是勝利的。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)備自身打算各

14、自的技術(shù)水準(zhǔn)。級別由高到低如下：1000BASE-T全雙工最高1000BASE-T100BASE-T2全雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T2100BASE-T4100BASE-TX10BASE-T全雙工10BASE-T最低其中最低的級別是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)卡可以處理全部這些技術(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)全都。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：假如網(wǎng)卡支持10BASE-T而交換機端口力量在10BASE-T或10

15、BASE-TX，那么最終選擇的是10BASE-T。假如一塊網(wǎng)卡是10BASE-T，而另一塊100BASE-TX，兩者由于不兼容而無法通訊。九、傳輸協(xié)議最初設(shè)計并沒有涉及一個牢靠的端到端的信息傳送。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（兩個網(wǎng)絡(luò)相互通訊）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)議并不能相互操作，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（requestforcomments），有許多年了。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

16、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)專題"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AE類。通過觀看第一字節(jié)即可進行分類。IP的安排并不簡潔，通常由網(wǎng)管安排。一旦安排好，就必需應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的各個站上。IP地址分靜態(tài)和動態(tài)安排兩種。動態(tài)安排由服務(wù)器進行。靜態(tài)安排由配置進行。下列地址為私人地址，在路由器上不能安排。因此，它們在互聯(lián)網(wǎng)上沒有應(yīng)用。10.0.0.010.255.255.255172.16.0.0172.31.255.255192.168.0.0192.168.255.