Al construir redes Ethernet, se utilizan varias clases de equipos de conmutación. Por separado, vale la pena destacar los conmutadores no administrados: dispositivos simples que le permiten organizar de manera rápida y eficiente el funcionamiento de una pequeña red Ethernet. Este artículo proporciona una descripción detallada de los conmutadores industriales no administrados de nivel básico de la serie EKI-2000.
introducción
Ethernet se ha convertido desde hace mucho tiempo en una parte integral de cualquier red industrial. Este estándar, que surgió de la industria de TI, hizo posible pasar a un nivel cualitativamente nuevo de organización de redes. Las velocidades han aumentado, la confiabilidad ha aumentado y ha surgido la posibilidad de una gestión centralizada de la infraestructura de la red. Los creadores de los protocolos de transferencia de datos no tuvieron que esperar mucho. Casi todos los protocolos industriales más importantes, como Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., utilizan como base un modelo OSI idéntico o similar. La carga útil se coloca en una trama y se transmite a través de una red Ethernet. Casi todos los controladores, sensores inteligentes o paneles de operador modernos están equipados con una interfaz Ethernet para conectarse a la red del mismo nombre. Esto significa que, en teoría, una red industrial puede utilizar dispositivos Ethernet estándar que se pueden encontrar en una red corporativa, de oficina o incluso doméstica. Sin embargo, en la práctica, desde hace mucho tiempo se ha formado una gran clase de dispositivos diseñados para funcionar específicamente con redes como Industrial Ethernet. Incluye dispositivos de red adaptados para funcionar específicamente en un entorno industrial, lo que garantiza confiabilidad, niveles mínimos de latencia y también cumple con varios estándares industriales requeridos por una industria en particular. En este caso, la unidad principal de "combate", por regla general, es un conmutador Ethernet industrial. Esto se debe al hecho de que un conmutador es un dispositivo que permite una interacción confiable y, lo más importante, rápida entre los componentes y nodos de una red industrial.
Switch: la solución óptima para una red industrial
Un conmutador industrial, o conmutador, es el dispositivo principal que se utiliza para construir una red industrial. ¿Por qué un interruptor? Después de todo, existen otros dispositivos de red, por ejemplo, un concentrador (hub) o un enrutador (enrutador). Se trata de velocidad y funcionalidad. El dispositivo más rápido de la lista es el hub; hace algún tiempo este tipo de dispositivo era muy popular debido a su bajo precio. De hecho, un hub es un repetidor multipuerto; opera a nivel físico según el modelo de red OSI y transmite los datos recibidos a todos los puertos conectados.
Por un lado, este esquema permite retrasos mínimos en la red, pero por otro lado, la carga en la red aumenta, ya que la transmisión con esta implementación resulta ser transmisión. Esto a menudo provocaba una fuerte caída en el rendimiento de la red. Un enrutador, a su vez, es un dispositivo que opera a nivel de red según el modelo OSI y tiene una funcionalidad muy rica que permite la construcción de rutas de transmisión de tráfico. Esta funcionalidad requiere un mayor rendimiento del dispositivo, ya que el paquete de información se analiza a partir del encabezado del tercer nivel del modelo OSI y superior. Como resultado, los retrasos se vuelven más largos, ya que la implementación en los enrutadores es en la mayoría de los casos software, el precio es naturalmente más alto y dicha funcionalidad tiene demanda en el nivel central de la red.
Como resultado, los conmutadores de distintos niveles y funcionalidades se han convertido en los más extendidos en las redes Ethernet industriales. Un conmutador es un dispositivo más inteligente que un concentrador y más rápido que un enrutador porque opera en la capa de enlace según el modelo OSI. El tráfico se distribuye claramente y se envía directamente al destinatario, lo que elimina la carga innecesaria en los equipos de red y permite que otros segmentos no procesen datos que no están destinados a ellos. Esto se logra analizando las direcciones MAC de remitente y destino contenidas en cada trama de datos transmitida. Este cambio le permite lograr retrasos mínimos en la distribución del tráfico manteniendo un nivel de precios aceptable.
En su memoria, el conmutador contiene una tabla (tabla CAM), que indica la correspondencia entre la dirección MAC del host y el puerto físico del conmutador, lo que reduce con precisión la carga en la red, ya que el conmutador sabe exactamente qué puerto para reenviar el paquete de datos. Sin embargo, vale la pena considerar que cuando el interruptor se enciende o se reinicia, funciona en modo de entrenamiento, ya que la tabla de correspondencias está vacía. En este modo, los datos que llegan al conmutador se envían a todos los demás puertos y el conmutador analiza e ingresa la dirección MAC del remitente en la tabla. Con el tiempo, el tráfico se localiza a medida que el conmutador compila una tabla completa de asignación de direcciones MAC para todos los puertos.
Ahora, muchos fabricantes de equipos de red para redes industriales ofrecen conmutadores como dispositivos para garantizar la interacción entre los nodos de la red. La cartera incluye conmutadores de diversas funciones; por regla general, hay conmutadores no gestionados, gestionados y de nivel L3. Y si los conmutadores L3 se utilizan como alternativa a los enrutadores en el nivel central de la red y solo se asocian problemas altamente especializados con su elección, entonces la elección entre un conmutador administrado y no administrado se reduce a la definición correcta de las tareas que debe realizar el dispositivo de red. resolver. A continuación, veremos las diferencias básicas entre conmutadores administrados y no administrados.
Switches administrados y no administrados
Los conmutadores administrados y no administrados son en realidad dos dispositivos diferentes que operan en el nivel L2 del modelo OSI. Un conmutador no administrado está diseñado para distribuir automáticamente la velocidad y el tráfico transmitido de manera uniforme entre todos los participantes de la red. Esta es la solución óptima para redes con una pequeña cantidad de dispositivos finales; las ventajas incluyen:
- asegurar un alto rendimiento de la red Ethernet;
- corto tiempo de respuesta;
- Facilidad de gestión;
- Disponibilidad de funcionalidad adicional para la gestión del flujo de datos.
Un conmutador administrado tiene un costo mayor, se utiliza para redes grandes y tiene la capacidad de controlar completamente el tráfico transmitido, la velocidad y también tiene capacidades de administración adicionales. De hecho, esta es la solución óptima para secciones de red donde se necesita funcionalidad adicional de segmentación, redundancia, seguridad de la información, etc. A diferencia de un conmutador no administrado, un conmutador administrado debe configurarse especificando una serie de configuraciones adicionales y obligatorias.
Los conmutadores no administrados son dispositivos plug and play que no requieren una configuración compleja ni conocimientos profundos. Le permiten organizar rápidamente el intercambio entre equipos en una red Ethernet sin configuraciones adicionales. Estos conmutadores permiten que los dispositivos Ethernet se comuniquen entre sí (como PLC y HMI), proporcionando una conexión a la red y pasando información al destino desde el remitente. Vienen con una configuración fija y no permiten ningún cambio en la configuración, por lo que no es necesario priorizar marcos ni realizar configuraciones adicionales.
Los conmutadores no gestionados se utilizan principalmente para conectar dispositivos periféricos a derivaciones de red o en una pequeña red independiente con varios componentes. En entornos industriales, es necesario utilizar interruptores adaptados a necesidades específicas.
Los interruptores industriales se desarrollan para diversas aplicaciones industriales, como generación de energía, petróleo y gas, transporte e infraestructura ferroviaria, etc. Están diseñados específicamente para funcionar en una amplia gama de temperaturas, vibraciones y golpes y contribuyen a la creación de una red segura, rentable y confiable.
Interruptores de la serie Advantech
Interruptores industriales serie Advantech son dispositivos de nivel de entrada y están diseñados para organizar rápidamente la interacción de dispositivos mediante la creación de una red Ethernet. Actualmente en serie Se incluyen más de 25 dispositivos; la siguiente tabla muestra el desglose del número de pedido.
En este caso, los conmutadores pueden equiparse tanto con puertos RJ-45 como con puertos ópticos para la transmisión de datos a través de fibra monomodo y multimodo, la velocidad máxima puede alcanzar 1 Gbit/s.
Funcionalidad de los interruptores en serie.
La funcionalidad de los conmutadores no gestionados no suele ser extraordinaria. Sin embargo, averigüemos qué funciones aún están disponibles en los interruptores de la serie Advantech. .
Detección automática del tipo de conexión MDI/MDI-X
Esta característica le permite conectar cualquier tipo de dispositivo Ethernet a los conmutadores sin preocuparse por el tipo de cable: recto o cruzado.
Normalmente, se utiliza un cable "directo" para conectar un adaptador de red a un equipo de red L2 (un concentrador o conmutador). Para conectar dos dispositivos de red idénticos entre sí o, por ejemplo, un adaptador de red a un enrutador, se recomienda utilizar un cable cruzado. La presencia de la función MDI/MDI-X le permite utilizar cualquier tipo de cable con el interruptor.
Detección automática del tipo de red (Auto-Negociación)
Esta función, a continuación de MDI/MDI-X, pertenece a Plug and Play y permite determinar automáticamente el tipo de red y la velocidad de transmisión proporcionada por el estándar Ethernet. En la práctica, esto es especialmente importante, ya que la red existente puede utilizar equipos con diferentes características de velocidad, desde 10 Mbit/s hasta 1 Gbit/s. La negociación automática hace la vida mucho más fácil a los usuarios de la red. El propio dispositivo "negociará" la velocidad con su "vecino Ethernet" fronterizo.
Protección contra tormentas de transmisión
La protección contra tormentas de transmisión también es una característica muy útil para los conmutadores. Una tormenta de transmisión suele deberse a bucles en la red local o al comportamiento incorrecto de uno de los participantes de la red. En tales casos, la red se llenará con una gran cantidad de tramas inútiles, lo que afectará su velocidad.
La función de protección contra tormentas de transmisión del conmutador filtra automáticamente las tramas de transmisión. Y cuando el tráfico de transmisión excede un cierto umbral, la red aún permanece operativa porque el conmutador reserva automáticamente el ancho de banda para la transmisión de tramas normales.
Función de protección contra tormentas de transmisión en conmutadores no administrados habilitado de forma predeterminada. La información detallada sobre los valores umbral para cada modelo debe aclararse en el sitio web oficial del fabricante.
Relé de fallo P
Comencemos con el hecho de que la mayoría de los modelos de la serie. Diseñado para un rango de voltaje de entrada de 12…48 V CC. La entrada está duplicada y está protegida contra inversión de polaridad, así como contra sobrecorriente mediante un fusible autorreartable. Hay un comparador de voltaje en la entrada, y cuando se aplica voltaje a ambas entradas, el comparador selecciona automáticamente un valor más alto y convierte esta entrada en la principal. Cuando falla el voltaje en una de las entradas o cuando su nivel cae por debajo de 12 V, el interruptor cambia automáticamente al segundo canal y cierra el relé P-Fail. Esta función le permite monitorear el estado de la red de suministro de energía de los interruptores y señalar rápidamente una operación anormal.
indicación LED
Esta característica le permite evaluar el estado del interruptor inspeccionándolo visualmente. Cada puerto de datos del conmutador en serie Tiene dos LED para mostrar la velocidad de transmisión, el estado de la conexión y el posible estado de colisión. También hay LED que duplican los relés P-Fail, que se activan simultáneamente cuando uno de los circuitos de alimentación se interrumpe.
PoE (alimentación por Ethernet)
En varios conmutadores no gestionados de la serie Se ha implementado la función Power-over-Ethernet. Le permite suministrar energía a dispositivos remotos de acuerdo con los estándares IEEE 802.3af e IEEE 802.3at (PoE+), donde se utiliza una línea de transmisión de par trenzado de categoría 5e y superior como línea de alimentación. Se recomienda utilizar un valor nominal de 53...57 VDC como red de alimentación de estos interruptores para evitar caídas de tensión en la línea.
Protección EMI y ESD incorporada
Serie de interruptores Tienen un sistema de filtrado incorporado para proteger contra interferencias electromagnéticas y voltaje estático. A través de la línea eléctrica, el interruptor puede garantizar el funcionamiento durante ruidos impulsivos de corta duración con una amplitud de hasta 3000 V CC, así como durante descargas electrostáticas en puertos RJ-45 de hasta 4000 V.
Constructivo
Absolutamente todos los interruptores de la serie. Tienen una carcasa metálica duradera con un grado de protección IP30. Serie estructuralmente Se puede fabricar en dos versiones, ya sea para montaje en carril DIN o para montaje en rack de 19'. Todo el montaje necesario está incluido en el kit. Además, los interruptores diseñados para montarse en un carril DIN se pueden montar en un panel; el soporte se suministra.
Conclusión
Los interruptores industriales no gestionados son dispositivos adaptados para funcionar específicamente en un entorno industrial. Proporcionan una interacción rápida y confiable entre nodos Ethernet y no requieren ajustes ni configuración adicionales. Por el momento, un conmutador no administrado es un dispositivo de red simple y económico que puede resolver una cantidad bastante grande de tareas básicas relacionadas con la organización del intercambio a través de una red Ethernet. No se requiere configuración, solo necesita quitar el interruptor de la caja y conectar todos los conectores necesarios.
Serie de conmutadores no administrados Advantech , que pertenece a la clase de dispositivos descrita, admite una amplia gama de funciones importantes y necesarias, como la detección automática del tipo de conexión MDI/MDI-X, la detección automática del tipo de red (Negociación automática), protección contra tormentas de transmisión, PoE, protección contra interferencias electromagnéticas y rangos electrostáticos, etc. En conjunto, todas estas funciones le permiten utilizar resolver problemas básicos de organización de la interacción entre la red y los nodos finales.
Ejemplo de aplicación
Uno de los clientes de Advantech es . Para mejorar las capacidades de comunicación de datos y al mismo tiempo reducir los costos asociados, CNPC seleccionó la solución de control y monitoreo de campos petroleros de Advantech. Los datos se transmiten a través de una red celular desde el campo hasta el centro de control. Enrutadores fueron instalados con interruptores en gabinetes adyacentes a los compartimentos de bombas, lo que proporciona conectividad de red para equipos de campo como cámaras, PLC, RTU y otros dispositivos.
Literatura
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El autor es empleado de la empresa.
Fuente: habr.com