Ved opbygning af Ethernet-netværk bruges forskellige klasser af switching-udstyr. Separat er det værd at fremhæve ikke-administrerede switches - enkle enheder, der giver dig mulighed for hurtigt og effektivt at organisere driften af et lille Ethernet-netværk. Denne artikel giver en detaljeret oversigt over de uadministrerede industrielle switche på startniveau i EKI-2000-serien.
Indledning
Ethernet er for længst blevet en integreret del af ethvert industrielt netværk. Denne standard, som kom fra IT-branchen, gjorde det muligt at flytte til et kvalitativt nyt niveau af netværksorganisering. Hastigheden er steget, pålideligheden er steget, og muligheden for centraliseret styring af netværksinfrastrukturen er opstået. Skaberne af dataoverførselsprotokoller blev ikke tvunget til at vente længe. Næsten alle større industrielle protokoller, såsom Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3 osv., anvender en identisk eller lignende OSI-model som grundlag. Nyttelasten placeres i en ramme og transmitteres over et Ethernet-netværk. Næsten alle moderne controllere, smarte sensorer eller operatørpaneler er udstyret med en Ethernet-grænseflade til tilslutning til netværket af samme navn. Dette betyder, at et industrielt netværk i teorien kan bruge standard Ethernet-enheder, der kan findes i et firma-, kontor- eller endda hjemmenetværk. Men i praksis er der længe blevet dannet en stor klasse af enheder, der er designet til at fungere specifikt med netværk som f.eks. Industrielt Ethernet. Det inkluderer netværksenheder, der er tilpasset til at arbejde specifikt i et industrielt miljø, der sikrer pålidelighed, minimale latensniveauer og også opfylder forskellige industrielle standarder, der kræves af en bestemt industri. I dette tilfælde er den vigtigste "kamp" enhed som regel en industriel Ethernet-switch. Dette skyldes det faktum, at en switch er en enhed, der giver mulighed for pålidelig og, vigtigst af alt, hurtig interaktion mellem komponenter og noder i et industrielt netværk.
Switch – den optimale løsning til et industrielt netværk
En industriel switch, eller switch, er den vigtigste enhed, der bruges til at bygge et industrielt netværk. Hvorfor en switch? Der er jo andre netværksenheder, for eksempel en hub (hub) eller en router (router). Det handler om hastighed og funktionalitet. Den hurtigste enhed på listen er navet; for nogen tid siden var denne type enhed meget populær på grund af dens lave pris. Faktisk er en hub en multiport-repeater; den fungerer på det fysiske niveau i henhold til OSI-netværksmodellen og videresender modtagne data til alle tilsluttede porte.
På den ene side giver denne ordning mulighed for minimale forsinkelser i netværket, men på den anden side øges belastningen på netværket, da udsendelsen med denne implementering viser sig at blive udsendt. Dette førte ofte til et kraftigt fald i netværkets ydeevne. En router er til gengæld en enhed, der fungerer på netværksniveau i henhold til OSI-modellen og har meget rig funktionalitet, der giver mulighed for konstruktion af trafiktransmissionsruter. Sådan funktionalitet kræver højere enhedsydelse, da informationspakken analyseres fra overskriften på 3. niveau af OSI-modellen og højere. Som et resultat bliver forsinkelserne længere, da implementeringen på routere i de fleste tilfælde er software, prisen er naturligvis højere, og sådan funktionalitet er efterspurgt på netværkets kerneniveau.
Som et resultat er switches af varierende niveauer og funktionalitet blevet de mest udbredte i industrielle Ethernet-netværk. En switch er en smartere enhed end en hub og hurtigere end en router, fordi den fungerer på linklaget i henhold til OSI-modellen. Trafik distribueres tydeligt og sendes direkte til modtageren, hvilket eliminerer unødvendig belastning af netværksudstyr, hvilket gør det muligt for andre segmenter ikke at behandle data, der ikke er beregnet til dem. Dette opnås ved at analysere afsender- og destinations-MAC-adresserne indeholdt i hver transmitteret dataramme. Dette skift giver dig mulighed for at opnå minimale forsinkelser i trafikfordelingen og samtidig opretholde et acceptabelt prisniveau.
I sin hukommelse indeholder switchen en tabel (CAM-tabel), som angiver overensstemmelsen mellem værtens MAC-adresse og switchens fysiske port, hvilket præcist reducerer belastningen på netværket, da switchen ved præcis hvilken port at videresende datapakken til. Det er dog værd at overveje, at når kontakten tændes eller genstartes, fungerer den i træningstilstand, da korrespondancetabellen er tom. I denne tilstand sendes de data, der kommer til switchen, til alle andre porte, og switchen analyserer og indtaster afsenderens MAC-adresse i tabellen. Over tid lokaliseres trafikken, da switchen kompilerer en komplet MAC-adressekortlægningstabel for alle porte.
Nu tilbyder mange producenter af netværksudstyr til industrielle netværk switche som enheder til at sikre interaktion mellem netværksknuder. Porteføljen omfatter switches med forskellig funktionalitet; som regel er der uadministrerede, administrerede og L3 niveau switche. Og hvis L3-switches bruges som et alternativ til routere på netværkets kerneniveau og kun højt specialiserede problemer er forbundet med deres valg, så kommer valget mellem en administreret og ikke-administreret switch ned til den korrekte definition af de opgaver, som netværksenheden skal løse. Dernæst vil vi se på de grundlæggende forskelle mellem administrerede og ikke-administrerede switches.
Administrerede og ikke-administrerede switches
Administrerede og ikke-administrerede switches er faktisk to forskellige enheder, der fungerer på L2-niveauet i OSI-modellen. En ikke-administreret switch er designet til automatisk at fordele hastighed og transmitteret trafik jævnt på tværs af alle netværksdeltagere. Dette er den optimale løsning til netværk med et lille antal slutenheder; fordelene omfatter:
- sikring af høj gennemstrømning af Ethernet-netværket;
- kort responstid;
- Nem administration;
- tilgængelighed af yderligere funktionalitet til dataflowstyring.
En administreret switch har en højere pris, bruges til store netværk og har mulighed for fuldt ud at kontrollere den transmitterede trafik, hastighed og har også yderligere administrationsmuligheder. Faktisk er dette den optimale løsning til netværkssektioner, hvor der er behov for yderligere funktionalitet til segmentering, redundans, informationssikkerhed mv. I modsætning til en ikke-administreret switch skal en administreret switch konfigureres ved at angive en række yderligere og obligatoriske indstillinger.
Ikke-administrerede switches er plug and play-enheder, der ikke kræver kompleks konfiguration eller dybdegående viden. De giver dig mulighed for hurtigt at organisere udveksling mellem udstyr på et Ethernet-netværk uden yderligere indstillinger. Disse switche gør det muligt for Ethernet-enheder at kommunikere med hinanden (såsom PLC'er og HMI'er), hvilket giver en forbindelse til netværket og sender information til destinationen fra afsenderen. De kommer med en fast konfiguration og tillader ingen ændringer i indstillingerne, så der er ingen grund til at prioritere rammer eller udføre yderligere konfiguration.
Uadministrerede switches bruges primært til at forbinde perifere enheder til netværksspor eller i et lille selvstændigt netværk med flere komponenter. I industrielle miljøer er det nødvendigt at bruge afbrydere, der er skræddersyet til specifikke behov.
Industrielle sporskifter er udviklet til forskellige industrielle applikationer såsom elproduktion, olie og gas, jernbanetransport og infrastruktur mv. De er specielt designet til at fungere i en lang række temperaturer, vibrationer og stød og bidrager til skabelsen af et omkostningseffektivt og pålideligt sikkert netværk.
Advantech serie afbrydere
Industrielle afbrydere Advantech serien er entry-level-enheder og er designet til hurtigt at organisere interaktionen mellem enheder ved at skabe et Ethernet-netværk. Lige nu i serie Mere end 25 enheder er inkluderet, tabellen nedenfor viser opdelingen af ordrenummeret.
I dette tilfælde kan switchene udstyres med både RJ-45 porte og optiske porte til datatransmission over single-mode og multimode fiber, den maksimale hastighed kan nå 1 Gbit/s.
Funktionalitet af seriekontakter
Funktionaliteten af ikke-administrerede switches er generelt ikke noget ekstraordinært. Lad os dog finde ud af, hvilke funktioner der stadig er tilgængelige på Advantech-seriens switche .
Automatisk detektering af MDI/MDI-X forbindelsestype
Denne funktion giver dig mulighed for at tilslutte enhver type Ethernet-enhed til switchene uden at bekymre dig om kabeltypen: lige eller crossover.
Typisk bruges et "straight through" kabel til at forbinde en netværksadapter til L2 netværksudstyr (en hub eller switch). For at forbinde to identiske netværksenheder til hinanden eller for eksempel en netværksadapter til en router, anbefales det at bruge et crossover-kabel. Tilstedeværelsen af MDI/MDI-X-funktionen giver dig mulighed for at bruge enhver type kabel med kontakten.
Automatisk registrering af netværkstype (Auto-Negotiation)
Denne funktion, efter MDI/MDI-X, hører til Plug and Play og giver dig mulighed for automatisk at bestemme netværkstypen og transmissionshastigheden, der leveres af Ethernet-standarden. I praksis er dette særligt vigtigt, da det eksisterende netværk kan bruge udstyr med forskellige hastighedskarakteristika, fra 10 Mbit/s til 1 Gbit/s. Auto-negotiation gør livet meget lettere for netværksbrugere. Enheden selv vil "forhandle" hastigheden med dens grænse "Ethernet-nabo".
Broadcast Storm Protection
Broadcast stormbeskyttelse er også en meget nyttig funktion til switches. En broadcast storm er normalt forårsaget af sløjfer i det lokale netværk eller forkert adfærd hos en af netværksdeltagerne. I sådanne tilfælde vil netværket være fyldt med et stort antal ubrugelige rammer, hvilket vil påvirke dets hastighed.
Switchens broadcast-stormbeskyttelse filtrerer automatisk udsendelsesrammer fra. Og når broadcast-trafik overstiger en vis tærskel, forbliver netværket stadig i drift, fordi switchen automatisk reserverer båndbredde til transmission af normale frames.
Broadcast stormbeskyttelsesfunktion på ikke-administrerede switches aktiveret som standard. Detaljerede oplysninger om tærskelværdier for hver model skal afklares på producentens officielle hjemmeside.
P-fejl relæ
Lad os starte med det faktum, at de fleste modeller i serien designet til et indgangsspændingsområde på 12…48 V DC. Indgangen er duplikeret og er beskyttet mod polaritetsvending, samt mod overstrøm ved hjælp af en selvnulerende sikring. Der er en spændingskomparator ved indgangen, og når der tilføres spænding til begge indgange, vælger komparatoren automatisk en højere værdi og gør denne indgang til den primære. Når spændingen ved en af indgangene svigter, eller når dens niveau falder til under 12 V, skifter kontakten automatisk til den anden kanal og lukker P-Fail-relæet. Denne funktion giver dig mulighed for at overvåge tilstanden af switchenes strømforsyningsnetværk og omgående signalere unormal drift.
LED indikation
Denne funktion giver dig mulighed for at vurdere kontaktens tilstand ved visuelt at inspicere den. Hver dataport i seriens switch har to lysdioder til at vise transmissionshastighed, forbindelsesstatus og mulig kollisionsstatus. Der er også LED'er, der dublerer P-Fail relæer, som aktiveres samtidigt, når et af strømkredsløbene er brudt.
PoE (Power-over-Ethernet)
På en række uadministrerede switches i serien Power-over-Ethernet-funktionen er blevet implementeret. Det giver dig mulighed for at levere strøm til fjerntliggende enheder i overensstemmelse med IEEE 802.3af og IEEE 802.3at (PoE+) standarder, hvor en parsnoet transmissionsledning af kategori 5e og højere bruges som strømledning. Det anbefales at bruge en nominel værdi på 53...57 VDC som forsyningsnetværk for disse switches for at undgå spændingsfald på ledningen.
Indbygget EMI- og ESD-beskyttelse
Switch serie har et indbygget filtreringssystem for at beskytte mod elektromagnetisk interferens og statisk spænding. Via strømledningen kan switchen give funktion under kortvarig impulsstøj med en amplitude på op til 3000 V DC, samt under elektrostatiske udladninger på RJ-45-porte op til 4000 V.
Form Factor
Absolut alle switches i serien har et slidstærkt metalhus med en beskyttelsesgrad IP30. Strukturelt serie kan laves i to udgaver, dette er enten en version til montering på DIN-skinne eller til montering i 19' stativ. Al nødvendig montering er inkluderet i sættet. Desuden kan afbrydere, der er designet til at blive monteret på en DIN-skinne, monteres på et panel; beslaget medfølger.
Konklusion
Industrielle uadministrerede switche er enheder, der er tilpasset til at arbejde specifikt i et industrielt miljø. De giver pålidelig og hurtig interaktion mellem Ethernet-noder og kræver ikke yderligere indstillinger og konfiguration. I øjeblikket er en ikke-administreret switch en simpel, billig netværksenhed, der kan løse et ret stort antal grundlæggende opgaver relateret til at organisere udveksling over et Ethernet-netværk. Ingen konfiguration er påkrævet; du skal bare fjerne kontakten fra kassen og tilslutte alle de nødvendige stik.
Advantech Unmanaged Switch Series , der tilhører den beskrevne klasse af enheder, understøtter en lang række vigtige og nødvendige funktioner, såsom automatisk registrering af MDI/MDI-X forbindelsestype, automatisk registrering af netværkstype (Auto-Negotiation), broadcast storm beskyttelse, PoE, beskyttelse mod elektromagnetisk interferens og elektrostatiske rækker mv. Tilsammen giver alle disse funktioner dig mulighed for at bruge at løse grundlæggende problemer med at organisere interaktion mellem netværk og slutknudepunkter.
Eksempel på applikation
En af Advantechs kunder er . For at forbedre datakommunikationskapaciteten og samtidig reducere de tilknyttede omkostninger, valgte CNPC Advantechs oliefeltovervågnings- og kontrolløsning. Data overføres via et mobilnetværk fra marken til kontrolcenteret. Routere blev installeret med kontakter i kabinetter, der støder op til pumpebåsene, hvilket giver netværkstilslutning til feltudstyr såsom kameraer, PLC'er, RTU'er og andre enheder.
Litteratur
1.
2.
3.
Forfatteren er ansat i virksomheden
Kilde: www.habr.com