辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別

1、辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別第1頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Contents以太網(wǎng)歷史一些統(tǒng)計數(shù)字結(jié)構(gòu)化布線交換機的物理特性拓撲結(jié)構(gòu)和冗余帶寬組播因素VLANs 虛擬局域網(wǎng)優(yōu)先級區(qū)別服務(wù)故障設(shè)備的替換網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)論第2頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Definition“只有一個以太網(wǎng)”什么是工業(yè)以太網(wǎng)?將以太網(wǎng)技術(shù)用于工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁蕴W(wǎng)和TCP/IP作為工業(yè)通訊技術(shù)和協(xié)議第3頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一History1973 First Ethernet Xerox PARC 2.94Mb/s1975 Firs

2、t US patent Xerox1980 Ethernet v1 Digital, Intel, Xerox 10Mb/s1982 Ethernet v2 Digital, Intel, Xerox1985 IEEE 802.31989 ISO Standard 880231990 10BaseT (twisted pair)1994 10BaseF (fibre)1995 100BaseT/F 100Mb/s1997 Full Duplex1998 1000Mb/s2005 Power Over Ethernet2006 10 Gb/s 40 / 100 Gb/s第4頁，共74頁，2022

3、年，5月20日，20點36分，星期一Communication Trend in Industrial EnvironmentsField LevelManagement LevelCorporate LevelInterbus LoopASIInterbusSeriplexProfibus DPProfibus FMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP / FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50 H1IEC/SP50H2HARTProfibus PAProcess Measurement and Control Level第5頁，共

4、74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一工業(yè)通訊為什么選擇以太網(wǎng)?以太網(wǎng)是開放的標準.以太網(wǎng)使網(wǎng)絡(luò)的垂直集成成為可能.對比現(xiàn)場總線，以太網(wǎng)提供了更大的通訊帶寬以滿足多應(yīng)用集成的需求主要的以現(xiàn)場總線為工業(yè)通信技術(shù)的制造商轉(zhuǎn)而投奔各自基于標準以太網(wǎng)的工業(yè):DeltaV （Emerson）Modbus/TCP （Modbus）EtherNet/IP （ControlNet DeviceNet）ProfiNet （Profibus)FF HSE （Foundation Fieldbus）PowerLink (CAN Open）第6頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一A

5、spects of Industrial Ethernet工業(yè)以太網(wǎng)和商用以太網(wǎng)區(qū)別所在：Environment環(huán)境Operation 運行Maintenance 維護Management 管理第7頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一一些統(tǒng)計數(shù)字第8頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Source: Datacom, Network Management Special Around two thirds of all failures are caused by faults in network components Investing in o

6、perational safety pays PhysicalData LinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8 %10 %35 %25 %12 %7 %3 %Application programsNetwork operating systemNetwork components第9頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Hardware 17% Software 7% Support 73% Miscellaneous 3% Total Cost of Ownership of a Network over

7、5 years Source: Gartner Group 第10頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一結(jié)構(gòu)化布線第11頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一結(jié)構(gòu)化布線的好處簡化設(shè)計產(chǎn)品可選擇余地大兼容性好增加可靠性易于維護第12頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一結(jié)構(gòu)化布線標準ISO/IEC 11801EN50173ANSI/TIA/EIA 568-B第13頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一術(shù)語CD = Campus DistributorBD = Building Distributor FD = Flo

8、or DistributorMD = Machine Distributor (new: Intermediate Distributor (ID) TO = Telecommunication OutletCP = Consolidation Point第14頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Cabling Structure Office Industry Office building BD CD BD FD TO TO Primary cabling Secondary cabling Tertiary cabling Production hall FD TO

9、 MD TO MD TO TO MD BD Layer 1 Layer 2 (Layer 3) Layer 4 CP TO 第15頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Physical Cabling Structure Office: Industry (3 or 4 layers): FO (500) E9.10/125 or G50(62,5)/125 FO(500m) E9.10/125 or G50(62,5)/125 CD BD FD TO CD BD FD MDFO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125 FO (500m) E9.10

10、/125 G50(62,5)/125 TP (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125 TP (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125 Bus cable TP HCS/POF Transmission media FO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125 Users Range TP TO Machine CP Primary Secondary Tertiary 第16頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Choosing Fiber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74頁，20

11、22年，5月20日，20點36分，星期一Choosing Twisted PairWhat is Twisted Pair Cable?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74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Other Considerations可能降低線纜性能甚至是破環(huán)線纜的原因Abrasion（磨損）Bending（彎曲）Impact（碰撞）Tension / Stretching（拉伸）Crushing（擠壓）Cutting（切斷）High or low temperature（

12、高低溫）Contact with oil（油污）Exposure to UV light（暴露在紫外線照射下）Immersion in water（浸水）第19頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一連接器The issues灰塵 / 水振動雙絞線“Industrialized” RJ45M12光纖M12 - MicroFX第20頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一自適應(yīng) / 自動交叉自適應(yīng)速度雙工模式IEEE802.1x流量控制雙方都自適應(yīng)才能自適應(yīng)自動交叉MDI, MDI-X自動校準發(fā)送和接受線對一般必須在自適應(yīng)功能開啟情況下使用（赫思曼交換機則可以

13、單獨開啟）Patch cable 1:1 12364578PIN PIN 12364578Crossover cable PIN PIN 1234567812345678第21頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一交換機的物理特性第22頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Physical Characteristics沒有“標準的”工業(yè)以太網(wǎng)交換機物理特性需與PLC保持一致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能成為最薄弱的環(huán)節(jié)第23頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一CertificationsMarineSubstationTransportationA

14、TEX Zone 2第24頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一環(huán)境因素安裝方式（DIN or Rack）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74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Comparison - PhysicalOfficeIndustrial安裝和連接使用壽命工作環(huán)境 專用網(wǎng)絡(luò)機柜內(nèi) 連接標準的臺式機工作站打印機等 現(xiàn)場安裝（控制柜內(nèi)或直接安裝于自動化設(shè)備上，環(huán)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(shè)備和I/O 幾年或十幾

15、年（沒有相應(yīng)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(zhì)腐蝕 較低的抗電磁干擾能力 普通或?qū)挏?-40- +70/+85) 有具體的抗振動、抗沖擊要求 牢固的重機械負載設(shè)計、防某些 化學物質(zhì)腐蝕 較強的抗電磁干擾能力工業(yè)認證 EN60950 FCC Part 15 Class A EN55022 Cul508/1604 Class 1 Div 2 IEC

16、61850-3 IEEE1613、KEMA EN50121、EN50155、ATEX Zone 1&2第26頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一可用性產(chǎn)品可用性產(chǎn)品生命周期替代產(chǎn)品延續(xù)性第27頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Before and After第28頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一拓撲結(jié)構(gòu)和冗余第29頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Network Topologies 總線型第30頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Network Topologies 星型第3

17、1頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Network Topologies 樹型第32頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Network Topologies 帶有冗余結(jié)構(gòu)的樹形第33頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一(Rapid) Spanning Tree （快速）生成樹優(yōu)點標準化向下兼容 (STP)可以組建混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第34頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Network Topologies 環(huán)型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRI

18、H第35頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一改進的環(huán)形環(huán)形不一定需要頭尾順序連接通過合理的設(shè)計以避免延時并提供冗余性第36頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一HIPER Ring優(yōu)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MRPMedia Redundancy Protocol（介質(zhì)冗余協(xié)議）IEC 62439 (標準化的工業(yè)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議)第37頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一應(yīng)用案例 地鐵第38頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Multicasting (多播通信)第3

19、9頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一消息類型Unicast（單播） 目的地終端唯一Broadcast（廣播） - 子網(wǎng)中的所有終端Multicast（組播） - 一組終端第40頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一為什么使用組播?可以在不增加發(fā)送源負擔的條件下發(fā)送數(shù)據(jù)給多個接收方節(jié)省帶寬資源實時性好第41頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一組播的應(yīng)用場合?一般應(yīng)用Video Conferencing（視頻會議）Video Surveillance（視頻監(jiān)控）Software Distribution（軟件分發(fā)如病毒庫更新等）工業(yè)

20、應(yīng)用Producer / Consumer （生產(chǎn)者/消費者）Publisher / Subscriber （發(fā)布者/訂閱者）第42頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一And the issue is?以太網(wǎng)在設(shè)計之初不支持多播以太網(wǎng)將多播以廣播看待意味著每臺終端設(shè)備都將接收到多播數(shù)據(jù)因此要有個特殊技術(shù)可以處理多播數(shù)據(jù) （IGMP Snooping/querier）赫思曼的二層交換機同時支持IGMP Snooping和QuerierHIRSCHMANN第43頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一VLAN （虛擬局域網(wǎng)）第44頁，共74頁，2022年，5

21、月20日，20點36分，星期一Physical LAN第45頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Virtual LANs第46頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Multiple VLANs per SwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN第47頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一交叉VLAN二層環(huán)境下實現(xiàn)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74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一VLAN TypesVLANs layer 1:基于端口 (

22、IEEE 802.1Q)VLANs layer 2:基于MAC地址VLANs layer 3:基于網(wǎng)絡(luò)地址或協(xié)議 (IEEE 802.1v)VLANs layer 4-7: 基于應(yīng)用 future第49頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Prioritization （優(yōu)先級區(qū)分）第50頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一優(yōu)先級(服務(wù)質(zhì)量) Program Updates VoiceControlOther6531ControlVoiceProgram UpdatesOtherPriority第51頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，

23、星期一故障設(shè)備替換第52頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一工業(yè)以太網(wǎng) - 達到的目標標準化的故障設(shè)備更換方法.故障設(shè)備的更換必須盡可能簡單、快捷.維護人員需了解的設(shè)備知識越少越好. 第53頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一可選擇的方法Manual configuration using a serial cable (RS232).Manual configuration via the Ethernet port using special protocolsAutomatic configuration using DHCPProprieta

24、ry Methods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74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一可插拔外部存儲設(shè)備 ACA21-USB優(yōu)點故障設(shè)備替換無需專業(yè)知識降低出錯的風險第55頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一DHCP Option 82優(yōu)點無需專業(yè)知識所需硬件開銷較小開放的手段Switch with Option 82 HIRSCHMANNHIRSCHMANN12345Replacement deviceOption 82 Server 第56頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一地址沖突檢測重復的IP地址摧毀現(xiàn)

25、有的通訊在加入網(wǎng)絡(luò)前必須確認IP地址分配NNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第57頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一結(jié)論每種方法都有優(yōu)缺點.考慮的因素有:投入.配置的復雜性.故障設(shè)備替換是否方便.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時必須考慮故障設(shè)備更換第58頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一網(wǎng)絡(luò)管理第59頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一可網(wǎng)管 vs 非網(wǎng)管交換機非網(wǎng)管交換機價格低維護簡便即插即用沒有安全性可網(wǎng)管交換機需要更復雜的網(wǎng)絡(luò)配置提供了很多高級功能保證網(wǎng)絡(luò)高可靠性故障查找方便第60頁，共74頁，2022年，5月20日

26、，20點36分，星期一我們?yōu)槭裁葱枰W(wǎng)絡(luò)管理?Network第61頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一ISO 網(wǎng)絡(luò)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74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一配置管理Redundancy（冗余）Port status（端口狀態(tài)）Flow control（流量控制）VLANsPrioritisation（優(yōu)先級/服務(wù)質(zhì)量）Clock synchronisation (SNTP / PTP)（時間同步）Configuration management（功能配置）

27、第63頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一監(jiān)控管理Network overview（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)瀏覽）Localising faults（錯誤發(fā)現(xiàn)）Avoiding faults and breakdowns（錯誤避免）第64頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一Simple Network Management Protocol - 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議隸屬于TCP/IP協(xié)議家族可支持的設(shè)備有:Hubs （集線器）Switches （交換機）Routers （路由器）Servers （服務(wù)器）標準化的協(xié)議供應(yīng)商普遍支持第65頁，共74頁，2022年，5月20

28、日，20點36分，星期一歷史SNMP v1 1988Stop-gap solutionDue to be replaced by Common Management Information ProtocolSNMP v2a 1993Additional commands帶有安全性SNMP v2c - 1996和v2a類似，但沒有安全性SNMP v3 - 2002帶有安全性第66頁，共74頁，2022年，5月20日，20點36分，星期一網(wǎng)管通訊: 管理者和管理代理MIBManagement Information Base （管理信息庫）NMSNetwork Management Station （網(wǎng)絡(luò)管理站）SNMPSimple Network Management Protocol （簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）AGENTMIBWorkstationAGENTMIBRouterAGENTMIBSwitchAGENTMIBHubMIBAGENTMANAGERNMSSNMP第67