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工業(yè)以太網(wǎng)交換機的冗余功能及發(fā)展歷程介紹!

瀏覽次數:發(fā)布時(shí)間:2019-08-23

        由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )可靠性能的超高要求,工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應運而生。從快速生成樹(shù)冗余(RSTP)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRing)到主干冗余(Trunking),都有各自不同的優(yōu)勢和特點(diǎn)。報警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議(SNMP)、端口鏡像等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理型交換機中可以提供的功能??刂乒こ處焸兛梢愿鶕约旱囊筮M(jìn)行選擇,為了更好地幫助大家了解和學(xué)習工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)的特點(diǎn),接下來(lái)就由飛暢科技的小編來(lái)為大家普及下以太網(wǎng)設備的發(fā)展過(guò)程。
 
工業(yè)以太網(wǎng)交換機
        集線(xiàn)器
        相信絕大多數人都熟悉集線(xiàn)器。很多人使用這種簡(jiǎn)易設備去連接各種基于以太網(wǎng)的設備,如個(gè)人計算機、可編程控制器等。集線(xiàn)器接收到來(lái)自某一端口的消息,再將消息廣播到其他所有的端口。
 
       對來(lái)自任一端口的每一條消息,集線(xiàn)器都會(huì )把它傳遞到其他的各個(gè)端口。在消息傳遞方面,集線(xiàn)器是低速低效的,可能會(huì )出現消息沖突。然而,集線(xiàn)器的使用非常簡(jiǎn)單——實(shí)際上可以即插即用。集線(xiàn)器沒(méi)有任何華而不實(shí)的功能,也沒(méi)有冗余功能。
 
        非管理型交換機
        集線(xiàn)器的發(fā)展產(chǎn)生了一種叫非管理型交換機的設備。它能實(shí)現消息從一個(gè)端口到另一個(gè)端口的路由功能,相對集線(xiàn)器更加智能化。非管理型交換機能自動(dòng)探測每臺網(wǎng)絡(luò )設備的網(wǎng)絡(luò )速度。另外,它具有一種稱(chēng)為“MAC地址表”的功能,能識別和記憶網(wǎng)絡(luò )中的設備。
 
        換言之,如果端口2收到一條帶有特定識別碼的消息,此后交換機就會(huì )將所有具有那種特定識別碼的消息發(fā)送到端口2。這種智能避免了消息沖突,提高了傳輸性能,相對集線(xiàn)器是一次巨大的改進(jìn)。然而,非管理型交換機不能實(shí)現任何形式的通信檢測和冗余配置功能。
 
        管理型交換機
        以太網(wǎng)連接設備發(fā)展的下一代產(chǎn)品是管理型交換機。相對集線(xiàn)器和非管理型交換機,管理型交換機擁有更多更復雜的功能,價(jià)格也高出許多——通常是一臺非管理型交換機的3~4倍。管理型交換機提供了更多的功能,通??梢酝ㄟ^(guò)基于網(wǎng)絡(luò )的接口實(shí)現完全配置。它可以自動(dòng)與網(wǎng)絡(luò )設備交互,用戶(hù)也可以手動(dòng)配置每個(gè)端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設備可能無(wú)法使用自動(dòng)交互功能,因此手動(dòng)配置功能是必不可缺的。
 
        絕大多數管理型交換機通常也提供一些高級功能,如用于遠程監視和配置的SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議),用于診斷的端口映射,用于網(wǎng)絡(luò )設備成組的VLAN(虛擬局域網(wǎng)),用于確保優(yōu)先級消息通過(guò)的優(yōu)先級排列功能等。利用管理型交換機,可以組建冗余網(wǎng)絡(luò )。使用環(huán)形拓撲結構,管理型交換機可以組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò )。每臺管理型交換機能自動(dòng)判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑,當優(yōu)先路徑中斷時(shí)自動(dòng)阻斷備用路徑。
 
        管理型冗余交換機
        高級的管理型冗余交換機提供了一些特殊的功能,特別是針對有穩定性、安全性方面嚴格要求的冗余系統進(jìn)行了設計上的優(yōu)化。構建冗余網(wǎng)絡(luò )的主要方式主要有以下幾種,STP、RSTP;環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing
 
        1.STP及RSTP
        STP(Spanning Tree Protocol,生成樹(shù)算法,IEEE 802.1D),是一個(gè)鏈路層協(xié)議,提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡(luò )循環(huán)發(fā)生。它強令備用數據路徑為阻塞(blocked)狀態(tài)。如果一條路徑有故障,該拓撲結構能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構。網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間為30~60s之間。RSTP(快速生成樹(shù)算法,IEEE 802.1w)作為STP的升級,將網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間,縮短到1~2s。生成樹(shù)算法網(wǎng)絡(luò )結構靈活,但也存在恢復速度慢的缺點(diǎn)。
 
        2.環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing
        為了能滿(mǎn)足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性強的特點(diǎn),RapidRing孕育而生。這是在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術(shù)。這個(gè)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò )在中斷后300ms之內自行恢復。并可以通過(guò)交換機的出錯繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設置等方法來(lái)提醒用戶(hù)出現的斷網(wǎng)現象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現斷開(kāi)。
 
        RapidRing也支持兩個(gè)連接在一起的環(huán)網(wǎng),使網(wǎng)絡(luò )拓樸更為靈活多樣。兩個(gè)環(huán)通過(guò)雙通道連接,這些連接可以是冗余的,避免單個(gè)線(xiàn)纜出錯帶來(lái)的問(wèn)題。
 
        3.主干冗余Trunking
        將不同交換機的多個(gè)端口設置為T(mén)runking主干端口,并建立連接,則這些交換機之間可以形成一個(gè)高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡(luò )帶寬,增強了網(wǎng)絡(luò )吞吐量,而且還還提供了另外一個(gè)功能,即冗余功能。
 
        如果網(wǎng)絡(luò )中的骨干鏈接產(chǎn)生斷線(xiàn)等問(wèn)題,那么網(wǎng)絡(luò )中的數據會(huì )通過(guò)剩下的鏈接進(jìn)行傳遞,保證網(wǎng)絡(luò )的通訊正常。Trunking主干網(wǎng)絡(luò )采用總線(xiàn)型和星型網(wǎng)絡(luò )結構,理論通訊距離可以無(wú)限延長(cháng)。該技術(shù)由于采用了硬件偵測及數據平衡的方法,所以使網(wǎng)絡(luò )中斷恢復時(shí)間達到了新的高度,一般恢復時(shí)間在10ms以下。
 
        總結:不同的控制系統對網(wǎng)絡(luò )的管理功能要求不同,自然對管理型交換機的使用也有不同要求??刂乒こ處焸儜摳鶕湎到y的設計要求,挑選適合自己系統的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。
 
        好了,以上就是關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)交換機的冗余功能及發(fā)展歷程的相關(guān)詳解,希望能對你有所幫助!飛暢科技20年專(zhuān)業(yè)從事光端機、工業(yè)級交換機、光纖收發(fā)器、協(xié)議轉換器等工業(yè)通信設備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。歡迎前來(lái)了解、交流,咨詢(xún)熱線(xiàn):0571-8700-7140,400-0505-571。
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