办公以太网和工业以太网的区别

IndustrialVSOfficeEthernetContents•以太网历史•一些统计数字•结构化布线•交换机的物理特性•拓扑结构和冗余•带宽•组播因素•VLANs虚拟局域网•优先级区别服务•故障设备的替换•网络管理•结论Definition•“只有一个以太网”•什么是工业以太网?•将以太网技术用于工业领域•将以太网和TCP/IP作为工业通讯技术和协议History•1973–FirstEthernet–XeroxPARC2.94Mb/s•1975–FirstUSpatent–Xerox•1980–Ethernetv1–Digital,Intel,Xerox10Mb/s•1982–Ethernetv2–Digital,Intel,Xerox•1985–IEEE802.3•1989–ISOStandard88023•1990–10BaseT(twistedpair)•1994–10BaseF(fibre)•1995–100BaseT/F100Mb/s•1997–FullDuplex•1998–1000Mb/s•2005–PowerOverEthernet•2006–10Gb/s•……–40/100Gb/sCommunicationTrendinIndustrialEnvironmentsFieldLevelManagementLevelCorporateLevelInterbusLoopASIInterbusSeriplexProfibusDPProfibusFMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP/FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50H1IEC/SP50H2HARTProfibusPAProcessMeasurementandControlLevel工业通讯为什么选择以太网?•以太网是开放的标准.•以太网使网络的垂直集成成为可能.•对比现场总线，以太网提供了更大的通讯带宽以满足多应用集成的需求•主要的以现场总线为工业通信技术的制造商转而投奔各自基于标准以太网的工业:•DeltaV（Emerson）•Modbus/TCP（Modbus）•EtherNet/IP（ControlNetDeviceNet）•ProfiNet（Profibus)•FFHSE（FoundationFieldbus）•PowerLink(CANOpen）AspectsofIndustrialEthernet•工业以太网和商用以太网区别所在：•Environment环境•Operation运行•Maintenance维护•Management管理一些统计数字Source:Datacom,NetworkManagementSpecialAroundtwothirdsofallfailuresarecausedbyfaultsinnetworkcomponentsInvestinginoperationalsafetypaysPhysicalDataLinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8%10%35%25%12%7%3%ApplicationprogramsNetworkoperatingsystemNetworkcomponentsHardware17%Software7%Support73%Miscellaneous3%TotalCostofOwnershipofaNetworkover5yearsSource:GartnerGroup结构化布线结构化布线的好处•简化设计•产品可选择余地大•兼容性好•增加可靠性•易于维护结构化布线标准ISO/IEC11801EN50173ANSI/TIA/EIA568-B术语•CD=CampusDistributor•BD=BuildingDistributor•FD=FloorDistributor•MD=MachineDistributor(new:IntermediateDistributor(ID))•TO=TelecommunicationOutlet•CP=ConsolidationPointCablingStructureOfficeIndustryOfficebuildingBDCDBDFDTOTOPrimarycablingSecondarycablingTertiarycablingProductionhallFDTOMDTOMDTOTOMDBDLayer1Layer2(Layer3)Layer4CPTOPhysicalCablingStructureOffice:Industry(3or4layers):FO(500)E9..10/125orG50(62,5)/125FO(500m)E9..10/125orG50(62,5)/125CDBDFDTOCDBDFDMDFO(1500m)E9...10/125G50(62,5)/125FO(500m)E9...10/125G50(62,5)/125TP(90m+2*5m)FOG50(62,5)/125TP(90m+2*5m)FOG50(62,5)/125BuscableTPHCS/POFTransmissionmediaFO(1500m)E9...10/125G50(62,5)/125UsersRangeTPTOMachineCPPrimarySecondaryTertiaryChoosingFiber•多模光纤还是单模光纤?•多模光纤•距离短•不同的线径•单模光纤•距离远ChoosingTwistedPair•WhatisTwistedPairCable?•双绞线缆采用绞和的方式以避免线缆之间的串扰•非屏蔽双绞线•半屏蔽双绞线•全屏蔽双绞线•Cat5e？•Cat6？•单芯线？•多芯线？OtherConsiderations可能降低线缆性能甚至是破环线缆的原因Abrasion（磨损）Bending（弯曲）Impact（碰撞）Tension/Stretching（拉伸）Crushing（挤压）Cutting（切断）Highorlowtemperature（高低温）Contactwithoil（油污）ExposuretoUVlight（暴露在紫外线照射下）Immersioninwater（浸水）连接器•Theissues•灰尘/水•振动•双绞线•“Industrialized”RJ45•M12•光纤•M12-MicroFX自适应/自动交叉•自适应•速度•双工模式•IEEE802.1x流量控制•双方都自适应才能自适应•自动交叉•MDI,MDI-X•自动校准发送和接受线对•一般必须在自适应功能开启情况下使用（赫思曼交换机则可以单独开启）Patchcable1:112364578PINPIN12364578CrossovercablePINPIN1234567812345678交换机的物理特性PhysicalCharacteristics•没有“标准的”工业以太网交换机•物理特性需与PLC保持一致•网络设备不能成为最薄弱的环节Certifications•Marine•Substation•Transportation•ATEXZone2环境因素•安装方式（DINorRack）•外形尺寸？固定式还是模块化？•工作输入电压范围•工作温度范围•无风扇散热•振动•抗电磁干扰性能•保护等级（IP20–IP67)•电路板保护涂层Comparison-PhysicalOfficeIndustrial安装和连接使用寿命工作环境•专用网络机柜内•连接标准的台式机\工作站\打印机等•现场安装（控制柜内或直接安装于自动化设备上，环境恶劣，某些场合甚至要求满足IP67防护等级）•连接离散的控制设备和I/O•几年或十几年（没有相应标准可遵循）•风扇散热•备件更换：3年•电源(220VAC)•MTBF20年以上（基于MIL-HDBK217F），有些甚至长达100年以上•无风扇散热•备件更换：10年•冗余的电源(24/48VDC，110/220VAC等)•良好（机房恒温，恒湿）•无振动、冲击•无重机械负载、无化学物质腐蚀•较低的抗电磁干扰能力•普通或宽温(-40°-+70/+85°)•有具体的抗振动、抗冲击要求•牢固的重机械负载设计、防某些化学物质腐蚀•较强的抗电磁干扰能力工业认证•EN60950•FCCPart15ClassA•EN55022•Cul508/1604Class1Div2•IEC61850-3IEEE1613、KEMA•EN50121、EN50155、ATEXZone1&2可用性•产品可用性•产品生命周期•替代产品延续性BeforeandAfter拓扑结构和冗余NetworkTopologies–总线型NetworkTopologies–星型NetworkTopologies–树型NetworkTopologies–带有冗余结构的树形(Rapid)SpanningTree–（快速）生成树•优点•标准化•向下兼容(STP)•可以组建混合型网络结构NetworkTopologies–环型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH改进的环形•环形不一定需要头尾顺序连接•通过合理的设计以避免延时并提供冗余性HIPERRing•优点•配置简单•恢复速度快•恢复性能可靠一致•降低线缆需求•拓扑清晰•缺点•非标准化•但是…•MRP•MediaRedundancyProtocol（介质冗余协议）•IEC62439(标准化的工业环网冗余协议)应用案例–地铁Multicasting(多播通信)消息类型•Unicast（单播）–目的地终端唯一•Broadcast（广播）-子网中的所有终端•Multicast（组播）-一组终端为什么使用组播?•可以在不增加发送源负担的条件下发送数据给多个接收方•节省带宽资源•实时性好组播的应用场合?•一般应用•VideoConferencing（视频会议）•VideoSurveillance（视频监控）•SoftwareDistribution（软件分发如病毒库更新等）•…•工业应用•Producer/Consumer（生产者/消费者）•Publisher/Subscriber（发布者/订阅者）Andtheissueis?•以太网在设计之初不支持多播•以太网将多播以广播看待•意味着•每台终端设备都将接收到多播数据•因此要有个特殊技术可以处理多播数据（IGMPSnooping/querier）•赫思曼的二层交换机同时支持IGMPSnooping和QuerierHIRSCHMANNVLAN（虚拟局域网）PhysicalLANVirtualLANsMultipleVLANsperSwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN交叉VLAN•二层环境下实现更复杂的访问控制要求•不是所有的二层交换机都支持该功能（赫思曼的所有二层交换机均支持该功能）VLANTypes•VLANslayer1:基于端口(IEEE802.1Q)•VLANslayer2:基于MAC地址•VLANslayer3:基于网络地址或协议(IEEE802.1v)•VLANslayer4-7:基于应用futurePrioritization（优先级区分）优先级(服务质量)ProgramUpdatesVoiceControlOther6531ControlVoiceProgramUpdatesOtherPriority故障设备替换工业以太网-达到的目标•标准化的故障设备更换方法.•故障设备的更换必须尽可能简单、快捷.•维护人员需了解的设备知识越少越好.可选择的方法•Manualconfigurationusingaserialcable(RS232).•ManualconfigurationviatheEthernetportusingspecialprotocols•Automaticc