工业以太网简介

工业以太网简介：

工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。

企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。

为用户带来的利益：市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：•通过简单的连接方式快速装配。

•通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。

•通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。

•各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。

•通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。

工业以太网络的构成：一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件：

◆ 网络部件

连接部件：

•FC 快速连接插座

•ELS(工业以太网电气交换机)

•ESM(工业以太网电气交换机)

•SM(工业以太网光纤交换机)

•MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块)

通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤

◆ SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工

业以太网。

◆ PG/PC 上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。

工业以太网重要性能：为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要的性能：

✧工业以太网技术上与IEEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP 通讯协议

✧10/100M 自适应传输速率

✧冗余24VDC 供电

✧简单的机柜导轨安装

✧方便的构成星型、线型和环型拓扑结构

✧高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3 秒

✧用于严酷环境的网络元件，通过EMC 测试

✧通过带有RJ45 技术、工业级的Sub-D 连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast

Connect连接技术，确保现场电缆安装工作的快速进行

✧简单高效的信号装置不断地监视网络元件

✧符合SNMP(简单的网络管理协议)

✧可使用基于web 的网络管理

✧使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络。

工业以太网冗余原理

1、引言

在一个桥接的局域网里，为了增强可靠性，必然要建立一个冗余的路径，网段会用冗余的网桥连接。但是，在一个透明桥桥接的网络里，存在冗余的路径就能建立一个桥回路，桥回路对于一个局域网是致命的。它会带来如下问题：

A.广播风暴

B.同一帧的多份拷贝

C.不稳定的MAC地址表

因此，在交换网络中必须有一个机制来阻止回路。

2、生成树协议

生成树协议就是IT界中常用的机制.生成树协议是一种桥嵌套协议，在IEEE 802.1d 规范里定义，可以用来消除桥回路。它的工作原理是这样的：生成树协议定义了一个数据包，叫做桥协议数据单元BPDU（Bridge Protocol Data Unit）。网桥用BPDU来相互通信，并用BPDU的相关机能来动态选择根桥和备份桥。但是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在，所以桥回路被消除。

在一个生成树环境里，桥不会立即开始转发功能，它们必须首先选择一个桥为根桥，然后建立一个指定路径。在一个网络里边拥有最低桥ID的将变成一个根桥，全部的生成树网络里面只有一个根桥。根桥的主要职责是定期发送配置信息，然后这种配置信息将会被所有的指定桥发送。这在生成树网络里面是一种机制，一旦网络结构发生变化，网络状态将会重新配置。

当选定根桥之后，在转发数据包之前，它们必须决定每一个网段的指定桥，运用生成树的这种算法，根桥每隔2秒钟从它所有的端口发送BPDU包，BPDU包被所有的桥从它们的根端口复制过来，根端口是接根桥的那些桥端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST，网络管理员分配端口的COST到所有的桥端口，当根桥发送BPDU的时候，根桥设置它的端口值为零。然后沿着这条路径，下一个桥增加它的配置端口COST为一个值，这个值是它接收和转发数据包到下一个网段的值。这样每一个桥都增加它的端口的COST值为它所接收的BPDU的包的COST值，所有的桥都检测它们的端口的COST值，拥有最低端口的COST值的桥就变为了指定的桥。拥有比较高端口COST值的桥置它的端口进入阻塞状态，变为了备份桥。在阻塞状态，一个桥停止了转发，但是它会继续接收和处理BPDU数据包。

IEEE 802.1D规范包括了生成树算法（Spanning Tree Algorithm，STA），这是一种确保转发循环永远不会发生的机制。 STA使用网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Units，BPDU），自动配置网桥上处于转发或阻塞状态的独立端口。BPDU是网桥发送到一个已保存的多播MAC地址（对于以太网，这个地址是01-80-C2-00-00-00）的消息，所有透明网桥都会侦听该地址。在阻塞状态下，端口不会获悉或转发已接收到的帧。STA的最终结果是一个无循环的桥接环境，不管局域网网段拓扑结构是否改变，这个环境总是一直存在。生成树算法,决定了网络链路故障恢复时间,最少不低于15秒。生成树的状态:

运行生成树协议的交换机上的端口，总是处于下面五个状态中的一个：

阻塞：所有端口以阻塞状态启动以防止回路，由生成树确定哪个端口切换为转发状态，处于阻塞状态的端口不转发数据帧但可接受BPDU。

监听：不转发数据帧，但检测BPDU（临时状态）。

学习：不转发数据帧，但学习MAC地址表（临时状态）。

转发：可以传送和接受数据数据帧。

禁用：通常由于端口故障或交换机配置错误引起.

3、Supreme-Ring协议

Supreme-Ring协议是在工业以太网使用的冗余机制。Supreme-Ring协议和生成树协议有点相似，Supreme-Ring协议也定义了一种数据包，称为HELLO包，又称为WD包