Lors de la construction de réseaux Ethernet, différentes classes d'équipements de commutation sont utilisées. Séparément, il convient de souligner les commutateurs non gérés - des appareils simples qui vous permettent d'organiser rapidement et efficacement le fonctionnement d'un petit réseau Ethernet. Cet article fournit un aperçu détaillé des commutateurs industriels non gérés d'entrée de gamme de la série EKI-2000.
introduction
Ethernet est depuis longtemps devenu une partie intégrante de tout réseau industriel. Cette norme, issue de l'industrie informatique, a permis de passer à un niveau qualitativement nouveau d'organisation des réseaux. Les vitesses ont augmenté, la fiabilité a augmenté et la possibilité d'une gestion centralisée de l'infrastructure réseau est apparue. Les créateurs de protocoles de transfert de données n’ont pas dû attendre longtemps. Presque tous les principaux protocoles industriels, tels que Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., utilisent comme base un modèle OSI identique ou similaire. La charge utile est placée dans une trame et transmise sur un réseau Ethernet. Presque tous les contrôleurs, capteurs intelligents ou panneaux de commande modernes sont équipés d'une interface Ethernet pour se connecter au réseau du même nom. Cela signifie qu'en théorie, un réseau industriel peut utiliser des périphériques Ethernet standard que l'on trouve dans un réseau d'entreprise, de bureau ou même domestique. Cependant, dans la pratique, il existe depuis longtemps une large classe d'appareils conçus pour fonctionner spécifiquement avec des réseaux tels que l'Ethernet industriel. Il comprend des dispositifs réseau adaptés pour fonctionner spécifiquement dans un environnement industriel, garantissant une fiabilité, des niveaux de latence minimaux et répondant également à diverses normes industrielles requises par une industrie particulière. Dans ce cas, l'unité principale de « combat » est généralement un commutateur Ethernet industriel. Cela est dû au fait qu'un commutateur est un dispositif qui permet une interaction fiable et, surtout, rapide entre les composants et les nœuds d'un réseau industriel.
Switch – la solution optimale pour un réseau industriel
Un commutateur industriel, ou switch, est le principal appareil utilisé pour construire un réseau industriel. Pourquoi un changement ? Après tout, il existe d'autres périphériques réseau, par exemple un hub (hub) ou un routeur (routeur). Tout est question de vitesse et de fonctionnalité. L'appareil le plus rapide répertorié est le hub ; il y a quelque temps, ce type d'appareil était très populaire en raison de son faible prix. En fait, un hub est un répéteur multiport ; il fonctionne au niveau physique selon le modèle de réseau OSI et relaie les données reçues vers tous les ports connectés.
D'une part, ce schéma permet des retards minimes dans le réseau, mais d'autre part, la charge sur le réseau augmente, puisque la diffusion avec cette mise en œuvre s'avère être diffusée. Cela entraînait souvent une forte baisse des performances du réseau. Un routeur, quant à lui, est un appareil qui fonctionne au niveau du réseau selon le modèle OSI et possède des fonctionnalités très riches qui permettent de construire des routes de transmission de trafic. Une telle fonctionnalité nécessite des performances de périphérique plus élevées, puisque le paquet d'informations est analysé à partir de l'en-tête du 3ème niveau du modèle OSI et supérieur. En conséquence, les délais deviennent plus longs, puisque la mise en œuvre sur les routeurs est dans la plupart des cas logicielle, le prix est naturellement plus élevé et une telle fonctionnalité est demandée au niveau du cœur du réseau.
En conséquence, les commutateurs de différents niveaux et fonctionnalités sont devenus les plus répandus dans les réseaux Ethernet industriels. Un commutateur est un appareil plus intelligent qu’un hub et plus rapide qu’un routeur car il fonctionne au niveau de la couche liaison selon le modèle OSI. Le trafic est clairement distribué et envoyé directement au destinataire, ce qui élimine la charge inutile sur les équipements du réseau, permettant aux autres segments de ne pas traiter les données qui ne leur sont pas destinées. Ceci est réalisé en analysant les adresses MAC de l'expéditeur et de la destination contenues dans chaque trame de données transmise. Cette commutation vous permet d'obtenir des délais minimaux dans la répartition du trafic tout en maintenant un niveau de prix acceptable.
Dans sa mémoire, le switch contient une table (CAM-table), qui indique la correspondance entre l'adresse MAC de l'hôte et le port physique du switch, ce qui réduit précisément la charge sur le réseau, puisque le switch sait exactement quel port vers lequel transmettre le paquet de données. Cependant, il convient de considérer que lorsque le commutateur est allumé ou redémarré, il fonctionne en mode formation, puisque la table de correspondance est vide. Dans ce mode, les données arrivant au commutateur sont envoyées à tous les autres ports, le commutateur analyse et saisit l'adresse MAC de l'expéditeur dans le tableau. Au fil du temps, le trafic est localisé à mesure que le commutateur compile une table complète de mappage d'adresses MAC pour tous les ports.
Aujourd'hui, de nombreux fabricants d'équipements réseau pour réseaux industriels proposent des commutateurs comme dispositifs permettant d'assurer l'interaction entre les nœuds du réseau. La gamme comprend des commutateurs de diverses fonctionnalités ; en règle générale, il existe des commutateurs de niveau non gérés, gérés et L3. Et si les commutateurs L3 sont utilisés comme alternative aux routeurs au niveau du cœur du réseau et que seuls des problèmes hautement spécialisés sont associés à leur choix, alors le choix entre un commutateur géré et non géré se résume à la définition correcte des tâches que le périphérique réseau doit résoudre. Nous examinerons ensuite les différences fondamentales entre les commutateurs gérés et non gérés.
Switches gérés et non gérés
Les commutateurs gérés et non gérés sont en réalité deux appareils différents qui fonctionnent au niveau L2 du modèle OSI. Un commutateur non géré est conçu pour répartir automatiquement la vitesse et le trafic transmis de manière uniforme entre tous les participants du réseau. Il s'agit de la solution optimale pour les réseaux comportant un petit nombre d'appareils terminaux ; les avantages incluent :
- assurer un débit élevé du réseau Ethernet ;
- temps de réponse court ;
- Facilité de contrôles;
- disponibilité de fonctionnalités supplémentaires pour la gestion des flux de données.
Un commutateur géré a un coût plus élevé, est utilisé pour les grands réseaux et a la capacité de contrôler entièrement le trafic transmis, la vitesse et dispose également de capacités de gestion supplémentaires. En fait, il s'agit de la solution optimale pour les sections de réseau où des fonctionnalités supplémentaires de segmentation, de redondance, de sécurité des informations, etc. sont nécessaires. Contrairement à un commutateur non géré, un commutateur géré doit être configuré en spécifiant un certain nombre de paramètres supplémentaires et obligatoires.
Les commutateurs non gérés sont des appareils plug and play qui ne nécessitent pas de configuration complexe ni de connaissances approfondies. Ils permettent d'organiser rapidement les échanges entre équipements sur un réseau Ethernet sans paramétrage supplémentaire. Ces commutateurs permettent aux périphériques Ethernet de communiquer entre eux (tels que les automates et les IHM), fournissant une connexion au réseau et transmettant les informations à la destination depuis l'expéditeur. Ils sont livrés avec une configuration fixe et ne permettent aucune modification des paramètres, il n'est donc pas nécessaire de prioriser les trames ou d'effectuer une configuration supplémentaire.
Les commutateurs non gérés sont principalement utilisés pour connecter des périphériques à des branches de réseau ou dans un petit réseau autonome comportant plusieurs composants. En milieu industriel, il est nécessaire d'utiliser des commutateurs adaptés à des besoins spécifiques.
Les commutateurs industriels sont développés pour diverses applications industrielles telles que la production d'électricité, le pétrole et le gaz, le transport ferroviaire et les infrastructures, etc. Ils sont spécialement conçus pour fonctionner dans une large plage de températures, de vibrations et de chocs et contribuent à la création d'un réseau sécurisé, rentable et fiable.
Commutateurs de la série Advantech
Commutateurs industriels série Advantech sont des appareils d'entrée de gamme et sont conçus pour organiser rapidement l'interaction des appareils en créant un réseau Ethernet. Actuellement en série Plus de 25 appareils sont inclus, le tableau ci-dessous montre la répartition du numéro de commande.
Dans ce cas, les commutateurs peuvent être équipés à la fois de ports RJ-45 et de ports optiques pour la transmission de données sur fibre monomode et multimode, la vitesse maximale pouvant atteindre 1 Gbit/s.
Fonctionnalité des commutateurs série
La fonctionnalité des commutateurs non gérés n’a généralement rien d’extraordinaire. Cependant, voyons quelles fonctions sont encore disponibles sur les commutateurs de la série Advantech .
Détection automatique du type de connexion MDI/MDI-X
Cette fonctionnalité permet de connecter tout type de périphérique Ethernet aux commutateurs sans se soucier du type de câble : droit ou croisé.
En règle générale, un câble « direct » est utilisé pour connecter un adaptateur réseau à un équipement réseau L2 (un hub ou un commutateur). Pour connecter deux périphériques réseau identiques entre eux ou, par exemple, un adaptateur réseau à un routeur, il est recommandé d'utiliser un câble croisé. La présence de la fonction MDI/MDI-X permet d'utiliser tout type de câble avec le switch.
Détection automatique du type de réseau (auto-négociation)
Cette fonction, à la suite de MDI/MDI-X, appartient au Plug and Play et permet de déterminer automatiquement le type de réseau et la vitesse de transmission fournie par la norme Ethernet. En pratique, cela est particulièrement important puisque le réseau existant peut utiliser des équipements avec différentes caractéristiques de débit, de 10 Mbit/s à 1 Gbit/s. La négociation automatique facilite grandement la vie des utilisateurs du réseau. L'appareil lui-même « négociera » la vitesse avec son « voisin Ethernet » frontalier.
Protection contre les tempêtes de diffusion
La protection contre les tempêtes de diffusion est également une fonctionnalité très utile pour les commutateurs. Une tempête de diffusion est généralement provoquée par des boucles dans le réseau local ou par un comportement incorrect de l'un des participants au réseau. Dans de tels cas, le réseau sera rempli d'un grand nombre de trames inutiles, ce qui affectera sa vitesse.
La fonction de protection contre les tempêtes de diffusion du commutateur filtre automatiquement les trames de diffusion. Et lorsque le trafic de diffusion dépasse un certain seuil, le réseau reste opérationnel car le commutateur réserve automatiquement la bande passante pour la transmission des trames normales.
Fonction de protection contre les tempêtes de diffusion sur les commutateurs non gérés activé par défaut. Des informations détaillées sur les valeurs seuils pour chaque modèle doivent être clarifiées sur le site officiel du fabricant.
Relais P-Fail
Commençons par le fait que la plupart des modèles de la série conçu pour une plage de tension d'entrée de 12 à 48 V CC. L'entrée est dupliquée et protégée contre l'inversion de polarité ainsi que contre les surintensités au moyen d'un fusible à réarmement automatique. Il y a un comparateur de tension à l'entrée, et lorsque la tension est appliquée aux deux entrées, le comparateur sélectionne automatiquement une valeur plus élevée et fait de cette entrée la principale. Lorsque la tension à l'une des entrées tombe en panne ou lorsque son niveau descend en dessous de 12 V, l'interrupteur passe automatiquement au deuxième canal et ferme le relais P-Fail. Cette fonction permet de surveiller l’état du réseau d’alimentation des commutateurs et de signaler rapidement un fonctionnement anormal.
LED d'indication
Cette fonctionnalité vous permet d'évaluer l'état du commutateur en l'inspectant visuellement. Chaque port de données du commutateur série dispose de deux LED pour afficher la vitesse de transmission, l'état de la connexion et l'état de collision possible. Il existe également des LED qui dupliquent les relais P-Fail, qui sont activés simultanément lorsque l'un des circuits d'alimentation est cassé.
PoE (Power over Ethernet)
Sur un certain nombre de commutateurs non gérés de la série La fonction Power-over-Ethernet a été implémentée. Il vous permet d'alimenter des appareils distants conformément aux normes IEEE 802.3af et IEEE 802.3at (PoE+), où une ligne de transmission à paire torsadée de catégorie 5e et supérieure est utilisée comme ligne électrique. Il est recommandé d'utiliser une valeur nominale de 53...57 VDC comme réseau d'alimentation pour ces interrupteurs afin d'éviter les chutes de tension sur la ligne.
Protection EMI et ESD intégrée
Série de commutateurs disposent d'un système de filtrage intégré pour se protéger contre les interférences électromagnétiques et la tension statique. Via la ligne électrique, le commutateur peut assurer le fonctionnement lors de bruits impulsionnels à court terme d'une amplitude allant jusqu'à 3000 45 V CC, ainsi que lors de décharges électrostatiques sur les ports RJ-4000 jusqu'à XNUMX XNUMX V.
Constructif
Absolument tous les interrupteurs de la série avoir un boîtier métallique durable avec un degré de protection IP30. Série structurellement peut être réalisé en deux versions, il s'agit soit d'une version pour montage sur rail DIN, soit pour montage dans un rack 19'. Tout le montage nécessaire est inclus dans le kit. De plus, les interrupteurs conçus pour être montés sur un rail DIN peuvent être montés sur un panneau ; le support est fourni.
Conclusion
Les commutateurs industriels non gérés sont des appareils adaptés pour fonctionner spécifiquement dans un environnement industriel. Ils assurent une interaction fiable et rapide entre les nœuds Ethernet et ne nécessitent aucun paramètre ou configuration supplémentaire. À l'heure actuelle, un commutateur non géré est un simple périphérique réseau peu coûteux qui peut résoudre un assez grand nombre de tâches de base liées à l'organisation des échanges sur un réseau Ethernet. Aucune configuration n'est requise, il vous suffit de retirer le switch de la boîte et de connecter tous les connecteurs nécessaires.
Série de commutateurs non gérés Advantech , appartenant à la classe d'appareils décrite, prend en charge un large éventail de fonctions importantes et nécessaires, telles que la détection automatique du type de connexion MDI/MDI-X, la détection automatique du type de réseau (négociation automatique), la protection contre les tempêtes de diffusion, le PoE, la protection contre les interférences électromagnétiques et les rangs électrostatiques, etc. Ensemble, toutes ces fonctions vous permettent d'utiliser pour résoudre les problèmes fondamentaux d'organisation de l'interaction entre le réseau et les nœuds finaux.
Exemple d'application
L'un des clients d'Advantech est . Pour améliorer les capacités de communication de données tout en réduisant les coûts associés, CNPC a sélectionné la solution de surveillance et de contrôle des champs pétrolifères d'Advantech. Les données sont transmises via un réseau cellulaire du terrain au centre de contrôle. Routeurs ont été installés avec des interrupteurs dans les armoires adjacentes aux baies de pompe, fournissant une connectivité réseau pour les équipements de terrain tels que les caméras, les automates, les RTU et autres appareils.
littérature
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L'auteur est un employé de l'entreprise
Source: habr.com