Ao construír redes Ethernet, utilízanse varias clases de equipos de conmutación. Por separado, paga a pena destacar os interruptores non xestionados: dispositivos sinxelos que che permiten organizar de forma rápida e eficiente o funcionamento dunha pequena rede Ethernet. Este artigo ofrece unha visión detallada dos interruptores industriais non xestionados de nivel de entrada da serie EKI-2000.
Introdución
Ethernet converteuse dende hai tempo nunha parte integrante de calquera rede industrial. Este estándar, que veu da industria das TI, permitiu pasar a un nivel cualitativamente novo de organización da rede. Aumentaron as velocidades, aumentou a fiabilidade e xurdiu a posibilidade dunha xestión centralizada da infraestrutura de rede. Os creadores dos protocolos de transferencia de datos non se viron obrigados a esperar moito. Case todos os principais protocolos industriais, como Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., utilizan un modelo OSI idéntico ou similar como base. A carga útil colócase nunha trama e transmítese a través dunha rede Ethernet. Case todos os controladores, sensores intelixentes ou paneles de operador modernos están equipados cunha interface Ethernet para conectarse á rede do mesmo nome. Isto significa que, en teoría, unha rede industrial pode usar dispositivos Ethernet estándar que se poden atopar nunha rede corporativa, de oficina ou incluso doméstica. Non obstante, na práctica, hai tempo que se formou unha gran clase de dispositivos que están deseñados para funcionar especificamente con redes como Industrial Ethernet. Inclúe dispositivos de rede adaptados para traballar especificamente nun entorno industrial, que garanten fiabilidade, niveis mínimos de latencia e, ademais, cumpre con varios estándares industriais esixidos por unha determinada industria. Neste caso, a unidade de "combate" principal, por regra xeral, é un interruptor Ethernet industrial. Isto débese ao feito de que un interruptor é un dispositivo que permite unha interacción fiable e, o máis importante, rápida entre compoñentes e nós dunha rede industrial.
Switch: a solución óptima para unha rede industrial
Un interruptor industrial, ou interruptor, é o principal dispositivo utilizado para construír unha rede industrial. Por que un interruptor? Despois de todo, hai outros dispositivos de rede, por exemplo un concentrador (hub) ou un enrutador (router). Todo é cuestión de velocidade e funcionalidade. O dispositivo máis rápido da lista é o hub; fai algún tempo este tipo de dispositivo era moi popular debido ao seu baixo prezo. De feito, un concentrador é un repetidor multiporto; opera a nivel físico segundo o modelo de rede OSI e transmite os datos recibidos a todos os portos conectados.
Por unha banda, este esquema permite atrasos mínimos na rede, pero por outro, a carga na rede aumenta, xa que a emisión con esta implementación resulta ser emitida. Isto levou a miúdo a unha forte caída no rendemento da rede. Un enrutador, pola súa banda, é un dispositivo que funciona a nivel de rede segundo o modelo OSI e ten unha funcionalidade moi rica que permite a construción de rutas de transmisión de tráfico. Esta funcionalidade require un maior rendemento do dispositivo, xa que o paquete de información analízase a partir da cabeceira do 3o nivel do modelo OSI e superior. Como resultado, os atrasos fanse máis longos, xa que a implementación nos enrutadores é na maioría dos casos software, o prezo é naturalmente máis alto e esta funcionalidade é demandada no núcleo da rede.
Como resultado, os conmutadores de diferentes niveis e funcionalidades convertéronse nos máis estendidos nas redes Ethernet industriais. Un interruptor é un dispositivo máis intelixente que un concentrador e máis rápido que un enrutador porque opera na capa de enlace segundo o modelo OSI. O tráfico distribúese claramente e envíase directamente ao destinatario, o que elimina a carga innecesaria dos equipos de rede, permitindo que outros segmentos non procesen datos que non están destinados a eles. Isto conséguese analizando os enderezos MAC do remitente e do destino contidos en cada trama de datos transmitida. Este cambio permítelle conseguir atrasos mínimos na distribución do tráfico mantendo un nivel de prezo aceptable.
Na súa memoria, o switch contén unha táboa (CAM-table), que indica a correspondencia entre o enderezo MAC do host e o porto físico do switch, o que reduce con precisión a carga na rede, xa que o switch sabe exactamente que porto para reenviar o paquete de datos. Non obstante, convén ter en conta que cando o interruptor está acendido ou reiniciado, funciona en modo de adestramento, xa que a táboa de correspondencia está baleira. Neste modo, os datos que chegan ao conmutador envíanse a todos os outros portos e o conmutador analiza e introduce o enderezo MAC do remitente na táboa. Co paso do tempo, o tráfico localízase a medida que o conmutador compila unha táboa completa de asignación de enderezos MAC para todos os portos.
Agora moitos fabricantes de equipos de rede para redes industriais ofrecen interruptores como dispositivos para garantir a interacción entre os nodos da rede. A carteira inclúe interruptores de varias funcionalidades; como regra xeral, hai interruptores de nivel L3 non xestionados e xestionados. E se os conmutadores L3 úsanse como alternativa aos enrutadores a nivel central da rede e só se asocian problemas altamente especializados coa súa elección, entón a elección entre un conmutador xestionado e non xestionado redúcese á definición correcta das tarefas que debe o dispositivo de rede. resolver. A continuación, analizaremos as diferenzas básicas entre os interruptores xestionados e non xestionados.
Switches xestionados e non xestionados
Os interruptores xestionados e non xestionados son en realidade dous dispositivos diferentes que operan no nivel L2 do modelo OSI. Un conmutador non xestionado está deseñado para distribuír automaticamente a velocidade e o tráfico transmitido de forma uniforme entre todos os participantes da rede. Esta é a solución óptima para redes cun pequeno número de dispositivos finais; as vantaxes inclúen:
- garantindo un alto rendemento da rede Ethernet;
- curto tempo de resposta;
- Facilidade de control;
- dispoñibilidade de funcionalidades adicionais para a xestión do fluxo de datos.
Un interruptor xestionado ten un custo máis elevado, úsase para redes grandes e ten a capacidade de controlar completamente o tráfico transmitido, a velocidade e tamén ten capacidades de xestión adicionais. De feito, esta é a solución óptima para seccións de rede onde se necesitan funcionalidades adicionais de segmentación, redundancia, seguridade da información, etc. A diferenza dun interruptor non xestionado, un interruptor xestionado debe configurarse especificando unha serie de opcións adicionais e obrigatorias.
Os interruptores non xestionados son dispositivos plug and play que non requiren configuración complexa nin coñecementos profundos. Permítenche organizar rapidamente o intercambio entre equipos nunha rede Ethernet sen axustes adicionais. Estes switches permiten que os dispositivos Ethernet se comuniquen entre si (como PLC e HMI), proporcionando unha conexión á rede e pasando información ao destino do remitente. Veñen cunha configuración fixa e non permiten ningún cambio na configuración, polo que non é necesario priorizar fotogramas nin realizar configuración adicional.
Os conmutadores non xestionados utilízanse principalmente para conectar dispositivos periféricos a conexións de rede ou nunha pequena rede autónoma con varios compoñentes. En ambientes industriais, é necesario utilizar interruptores adaptados ás necesidades específicas.
Os interruptores industriais desenvólvense para diversas aplicacións industriais como a xeración de enerxía, petróleo e gas, transporte ferroviario e infraestruturas, etc. Están deseñados especificamente para operar nunha ampla gama de temperaturas, vibracións e golpes e contribúen á creación dunha rede segura e fiable e rendible.
Interruptores da serie Advantech
Interruptores industriais serie Advantech son dispositivos de nivel de entrada e están deseñados para organizar rapidamente a interacción dos dispositivos mediante a creación dunha rede Ethernet. Actualmente en serie Inclúense máis de 25 dispositivos, a táboa seguinte mostra o desglose do número de pedido.
Neste caso, os interruptores poden estar equipados con portos RJ-45 e portos ópticos para a transmisión de datos a través de fibra monomodo e multimodo, a velocidade máxima pode alcanzar 1 Gbit/s.
Funcionalidade dos interruptores en serie
A funcionalidade dos interruptores non xestionados xeralmente non é nada extraordinario. Non obstante, imos descubrir que funcións aínda están dispoñibles nos interruptores da serie Advantech .
Detección automática do tipo de conexión MDI/MDI-X
Esta función permítelle conectar calquera tipo de dispositivo Ethernet aos switches sen preocuparse polo tipo de cable: recto ou cruzado.
Normalmente, utilízase un cable "directo" para conectar un adaptador de rede a equipos de rede L2 (un concentrador ou conmutador). Para conectar dous dispositivos de rede idénticos entre si ou, por exemplo, un adaptador de rede a un enrutador, recoméndase utilizar un cable cruzado. A presenza da función MDI/MDI-X permite utilizar calquera tipo de cable co interruptor.
Detección automática do tipo de rede (Negociación automática)
Esta función, seguindo a MDI/MDI-X, pertence ao Plug and Play e permite determinar automaticamente o tipo de rede e a velocidade de transmisión que proporciona o estándar Ethernet. Na práctica, isto é especialmente importante, xa que a rede existente pode utilizar equipos con características de velocidade diferentes, desde 10 Mbit/s ata 1 Gbit/s. A negociación automática facilita moito a vida dos usuarios da rede. O propio dispositivo "negociará" a velocidade coa súa fronteira "veciño de Ethernet".
Protección contra tormentas de transmisión
A protección contra tormentas de transmisión tamén é unha característica moi útil para os interruptores. Unha tormenta de emisión adoita ser causada por bucles na rede local ou por un comportamento incorrecto dun dos participantes da rede. Nestes casos, a rede encherase cunha gran cantidade de fotogramas inútiles, o que afectará a súa velocidade.
A función de protección contra tormentas de transmisión do interruptor filtra automaticamente os fotogramas de transmisión. E cando o tráfico de difusión supera un determinado limiar, a rede segue operativa porque o interruptor reserva automaticamente ancho de banda para a transmisión de fotogramas normais.
Difunde a función de protección contra tormentas nos interruptores non xestionados activado por defecto. A información detallada sobre os valores límite para cada modelo debe aclararse no sitio web oficial do fabricante.
Relé P-Fail
Imos comezar co feito de que a maioría dos modelos da serie diseñado para un rango de tensión de entrada de 12…48 V DC. A entrada está duplicada e está protexida contra a inversión de polaridade, así como contra a sobrecorriente mediante un fusible autorretable. Hai un comparador de tensión na entrada, e cando se aplica tensión a ambas as entradas, o comparador selecciona automaticamente un valor máis alto e fai que esta entrada sexa a principal. Cando falla a tensión nunha das entradas ou cando o seu nivel cae por debaixo dos 12 V, o interruptor cambia automaticamente á segunda canle e pecha o relé P-Fail. Esta función permítelle supervisar o estado da rede de alimentación dos interruptores e sinalar rapidamente un funcionamento anormal.
Indicación LED
Esta función permítelle avaliar o estado do interruptor inspeccionándoo visualmente. Cada porto de datos do switch en serie ten dous LEDs para mostrar a velocidade de transmisión, o estado da conexión e o posible estado de colisión. Tamén hai LEDs que duplican os relés P-Fail, que se activan simultaneamente cando se rompe un dos circuítos de alimentación.
PoE (alimentación por Ethernet)
Nunha serie de interruptores non xestionados da serie Implementouse a función Power-over-Ethernet. Permítelle proporcionar enerxía a dispositivos remotos segundo os estándares IEEE 802.3af e IEEE 802.3at (PoE+), onde se utiliza unha liña de transmisión de par trenzado de categoría 5e ou superior como liña eléctrica. Recoméndase utilizar un valor nominal de 53...57 VDC como rede de alimentación destes interruptores para evitar caídas de tensión na liña.
Protección EMI e ESD integrada
Cambia de serie teñen un sistema de filtrado incorporado para protexer contra interferencias electromagnéticas e tensión estática. A través da liña de alimentación, o interruptor pode proporcionar operatividade durante o ruído de impulso a curto prazo cunha amplitude de ata 3000 V DC, así como durante as descargas electrostáticas en portos RJ-45 de ata 4000 V.
Construtivo
Absolutamente todos os interruptores da serie teñen unha carcasa metálica duradeira cun grao de protección IP30. Serie estrutural pódese facer en dúas versións, esta é unha versión para montar en carril DIN ou para montar nun rack de 19'. Todo o montaxe necesario está incluído no kit. Ademais, os interruptores que están deseñados para ser montados nun carril DIN pódense montar nun panel; o soporte se subministra.
Conclusión
Os interruptores industriais non xestionados son dispositivos adaptados para funcionar especificamente nun entorno industrial. Proporcionan unha interacción fiable e rápida entre os nodos Ethernet e non requiren configuración nin configuración adicionais. Polo momento, un switch non xestionado é un dispositivo de rede simple de baixo custo que pode resolver un número bastante grande de tarefas básicas relacionadas coa organización do intercambio a través dunha rede Ethernet. Non é necesaria ningunha configuración; só tes que quitar o interruptor da caixa e conectar todos os conectores necesarios.
Serie de interruptores non administrados de Advantech , pertencente á clase de dispositivos descrita, admite unha ampla gama de funcións importantes e necesarias, como detección automática do tipo de conexión MDI/MDI-X, detección automática do tipo de rede (negociación automática), protección contra tormentas de transmisión, PoE, protección contra interferencias electromagnéticas e rangos electrostáticos, etc. En conxunto, todas estas funcións permítenche usalas para resolver problemas básicos de organización da interacción entre a rede e os nodos finais.
Exemplo de aplicación
Un dos clientes de Advantech é . Para mellorar as capacidades de comunicación de datos reducindo os custos asociados, CNPC seleccionou a solución de vixilancia e control de campos petrolíferos de Advantech. Os datos transmítense a través dunha rede móbil desde o campo ata o centro de control. Routers foron instalados con interruptores en armarios adxacentes aos compartimentos de bombas, proporcionando conectividade de rede para equipos de campo como cámaras, PLC, RTU e outros dispositivos.
Literatura
1.
2.
3.
O autor é un empregado da empresa
Fonte: www.habr.com