Når du bygger Ethernet-nettverk, brukes ulike klasser av svitsjutstyr. Separat er det verdt å fremheve uadministrerte brytere - enkle enheter som lar deg raskt og effektivt organisere driften av et lite Ethernet-nettverk. Denne artikkelen gir en detaljert oversikt over uadministrerte industrisvitsjer på inngangsnivå i EKI-2000-serien.
Innledning
Ethernet har lenge blitt en integrert del av ethvert industrielt nettverk. Denne standarden, som kom fra IT-bransjen, gjorde det mulig å flytte til et kvalitativt nytt nivå av nettverksorganisasjon. Hastighetene har økt, påliteligheten har økt, og muligheten for sentralisert styring av nettverksinfrastrukturen har dukket opp. Skaperne av dataoverføringsprotokoller ble ikke tvunget til å vente lenge. Nesten alle større industrielle protokoller, som Modbus TCP, EtherNet/IP, IEC 60870-5-104, PROFINET, DNP3, etc., bruker en identisk eller lignende OSI-modell som grunnlag. Nyttelasten plasseres i en ramme og overføres over et Ethernet-nettverk. Nesten alle moderne kontroller, smartsensorer eller operatørpaneler er utstyrt med et Ethernet-grensesnitt for tilkobling til nettverket med samme navn. Dette betyr at i teorien kan et industrielt nettverk bruke standard Ethernet-enheter som kan finnes i et bedrifts-, kontor- eller til og med hjemmenettverk. Men i praksis har det lenge blitt dannet en stor klasse enheter som er designet for å fungere spesifikt med nettverk som Industrial Ethernet. Den inkluderer nettverksenheter tilpasset for å fungere spesifikt i et industrielt miljø, som sikrer pålitelighet, minimale forsinkelsesnivåer og oppfyller også ulike industrielle standarder som kreves av en bestemt bransje. I dette tilfellet er den viktigste "kamp"-enheten som regel en industriell Ethernet-svitsj. Dette skyldes det faktum at en svitsj er en enhet som gir pålitelig og, viktigst av alt, rask interaksjon mellom komponenter og noder i et industrielt nettverk.
Switch – den optimale løsningen for et industrielt nettverk
En industriell bryter, eller bryter, er hovedenheten som brukes til å bygge et industrielt nettverk. Hvorfor en bryter? Tross alt er det andre nettverksenheter, for eksempel en hub (hub) eller en ruter (ruter). Alt handler om hastighet og funksjonalitet. Den raskeste enheten som er oppført er huben; for en tid siden var denne typen enhet veldig populær på grunn av den lave prisen. Faktisk er en hub en multiport repeater; den opererer på det fysiske nivået i henhold til OSI-nettverksmodellen og videresender mottatte data til alle tilkoblede porter.
På den ene siden tillater denne ordningen minimale forsinkelser i nettverket, men på den annen side øker belastningen på nettverket, siden sendingen med denne implementeringen viser seg å bli kringkastet. Dette førte ofte til et kraftig fall i nettverksytelsen. En ruter er på sin side en enhet som opererer på nettverksnivå i henhold til OSI-modellen og har svært rik funksjonalitet som gjør det mulig å bygge trafikkoverføringsruter. Slik funksjonalitet krever høyere enhetsytelse, siden informasjonspakken analyseres fra overskriften på 3. nivå i OSI-modellen og høyere. Som et resultat blir forsinkelsene lengre, siden implementeringen på rutere i de fleste tilfeller er programvare, prisen er naturlig nok høyere, og slik funksjonalitet er etterspurt på nettverkskjernenivå.
Som et resultat har brytere av varierende nivåer og funksjonalitet blitt de mest utbredte i industrielle Ethernet-nettverk. En switch er en smartere enhet enn en hub og raskere enn en ruter fordi den opererer på lenkelaget i henhold til OSI-modellen. Trafikk distribueres tydelig og sendes direkte til mottakeren, noe som eliminerer unødvendig belastning på nettverksutstyr, slik at andre segmenter ikke kan behandle data som ikke er ment for dem. Dette oppnås ved å analysere sender- og destinasjons-MAC-adressene i hver overførte dataramme. Denne vekslingen lar deg oppnå minimale forsinkelser i trafikkdistribusjonen samtidig som du opprettholder et akseptabelt prisnivå.
I minnet inneholder svitsjen en tabell (CAM-tabell), som indikerer samsvaret mellom MAC-adressen til verten og den fysiske porten til svitsjen, noe som nøyaktig reduserer belastningen på nettverket, siden svitsjen vet nøyaktig hvilken port å videresende datapakken til. Det er imidlertid verdt å vurdere at når bryteren slås på eller startes på nytt, fungerer den i treningsmodus, siden korrespondansetabellen er tom. I denne modusen sendes dataene som kommer til switchen til alle andre porter, og switchen analyserer og legger inn avsenderens MAC-adresse i tabellen. Over tid blir trafikken lokalisert ettersom svitsjen kompilerer en komplett MAC-adressekartleggingstabell for alle porter.
Nå tilbyr mange produsenter av nettverksutstyr for industrielle nettverk brytere som enheter for å sikre interaksjon mellom nettverksnoder. Porteføljen inkluderer brytere med forskjellig funksjonalitet; som regel er det uadministrerte, administrerte og L3-nivåbrytere. Og hvis L3-svitsjer brukes som et alternativ til rutere på nettverkskjernenivå og kun høyt spesialiserte problemer er knyttet til deres valg, så kommer valget mellom en administrert og ikke-administrert svitsj ned til riktig definisjon av oppgavene som nettverksenheten må løse. Deretter skal vi se på de grunnleggende forskjellene mellom administrerte og ikke-administrerte brytere.
Administrerte og uadministrerte brytere
Administrerte og ikke-administrerte brytere er faktisk to forskjellige enheter som opererer på L2-nivået til OSI-modellen. En uadministrert svitsj er designet for å automatisk distribuere hastighet og overført trafikk jevnt over alle nettverksdeltakere. Dette er den optimale løsningen for nettverk med et lite antall sluttenheter; fordelene inkluderer:
- sikre høy gjennomstrømning av Ethernet-nettverket;
- kort responstid;
- Enkel kontroll;
- tilgjengelighet av tilleggsfunksjonalitet for dataflytstyring.
En administrert svitsj har en høyere kostnad, brukes til store nettverk og har muligheten til å kontrollere overført trafikk, hastighet og har også ekstra administrasjonsmuligheter. Faktisk er dette den optimale løsningen for nettverksseksjoner hvor det er behov for tilleggsfunksjonalitet for segmentering, redundans, informasjonssikkerhet osv. I motsetning til en uadministrert svitsj, må en administrert svitsj konfigureres ved å spesifisere en rekke ekstra og obligatoriske innstillinger.
Uadministrerte brytere er plug and play-enheter som ikke krever kompleks konfigurasjon eller inngående kunnskap. De lar deg raskt organisere utveksling mellom utstyr på et Ethernet-nettverk uten ytterligere innstillinger. Disse bryterne lar Ethernet-enheter kommunisere med hverandre (som PLS-er og HMI-er), og gir en tilkobling til nettverket og sender informasjon til destinasjonen fra avsenderen. De kommer med en fast konfigurasjon og tillater ingen endringer i innstillingene, så det er ikke nødvendig å prioritere rammer eller utføre ytterligere konfigurasjon.
Uadministrerte brytere brukes primært til å koble eksterne enheter til nettverksporer eller i et lite frittstående nettverk med flere komponenter. I industrielle miljøer er det nødvendig å bruke brytere tilpasset spesifikke behov.
Industrielle brytere er utviklet for ulike industrielle applikasjoner som kraftproduksjon, olje og gass, jernbanetransport og infrastruktur, etc. De er spesielt designet for å operere i et bredt spekter av temperaturer, vibrasjoner og støt og bidrar til å skape et kostnadseffektivt og pålitelig sikkert nettverk.
Advantech-serien brytere
Industrielle brytere Advantech-serien er entry-level-enheter og er designet for å raskt organisere samhandlingen mellom enheter ved å opprette et Ethernet-nettverk. For tiden i serie Mer enn 25 enheter er inkludert, tabellen nedenfor viser fordelingen av ordrenummeret.
I dette tilfellet kan bryterne utstyres med både RJ-45-porter og optiske porter for dataoverføring over single-mode og multimode fiber, maksimal hastighet kan nå 1 Gbit/s.
Funksjonalitet av seriebrytere
Funksjonaliteten til uadministrerte brytere er generelt ikke noe ekstraordinært. La oss imidlertid finne ut hvilke funksjoner som fortsatt er tilgjengelige på bryterne i Advantech-serien .
Automatisk gjenkjenning av MDI/MDI-X tilkoblingstype
Denne funksjonen lar deg koble alle typer Ethernet-enheter til svitsjene uten å bekymre deg for kabeltypen: rett eller krysset.
Vanligvis brukes en "rett gjennom"-kabel for å koble en nettverksadapter til L2-nettverksutstyr (en hub eller switch). For å koble to identiske nettverksenheter til hverandre eller for eksempel en nettverksadapter til en ruter, anbefales det å bruke en krysskabel. Tilstedeværelsen av MDI/MDI-X-funksjonen lar deg bruke alle typer kabel med bryteren.
Automatisk gjenkjenning av nettverkstype (Auto-Negotiation)
Denne funksjonen, etter MDI/MDI-X, tilhører Plug and Play og lar deg automatisk bestemme nettverkstypen og overføringshastigheten levert av Ethernet-standarden. I praksis er dette spesielt viktig, siden det eksisterende nettverket kan bruke utstyr med ulike hastighetsegenskaper, fra 10 Mbit/s til 1 Gbit/s. Auto-negotiation gjør livet mye enklere for nettverksbrukere. Enheten selv vil "forhandle" hastigheten med grensen "Ethernet-nabo".
Kringkast stormbeskyttelse
Broadcast stormbeskyttelse er også en veldig nyttig funksjon for brytere. En kringkastingsstorm er vanligvis forårsaket av sløyfer i det lokale nettverket eller feil oppførsel til en av nettverksdeltakerne. I slike tilfeller vil nettverket bli fylt med et stort antall ubrukelige rammer, noe som vil påvirke hastigheten.
Bryterens beskyttelse mot storm ved sending filtrerer automatisk ut kringkastingsrammer. Og når kringkastingstrafikken overskrider en viss terskel, forblir nettverket fortsatt i drift fordi svitsjen automatisk reserverer båndbredde for overføring av normale rammer.
Kringkast stormbeskyttelsesfunksjon på uadministrerte brytere aktivert som standard. Detaljert informasjon om terskelverdier for hver modell må avklares på produsentens offisielle nettsted.
P-feil relé
La oss starte med det faktum at de fleste modellene i serien designet for et inngangsspenningsområde på 12…48 V DC. Inngangen er duplisert og er beskyttet mot polaritetsreversering, samt mot overstrøm ved hjelp av en selvtilbakestillende sikring. Det er en spenningskomparator ved inngangen, og når spenning påføres begge inngangene, velger komparatoren automatisk en høyere verdi og gjør denne inngangen til den viktigste. Når spenningen på en av inngangene svikter eller når nivået faller under 12 V, bytter bryteren automatisk til den andre kanalen og lukker P-Fail-reléet. Denne funksjonen lar deg overvåke tilstanden til bryterens strømforsyningsnettverk og umiddelbart signalisere unormal drift.
LED indikasjon
Denne funksjonen lar deg vurdere tilstanden til bryteren ved å visuelt inspisere den. Hver dataport i seriebryteren har to lysdioder for å vise overføringshastighet, tilkoblingsstatus og mulig kollisjonsstatus. Det finnes også lysdioder som dupliserer P-Fail-reléer, som aktiveres samtidig når en av strømkretsene brytes.
PoE (Power-over-Ethernet)
På en rekke uadministrerte brytere i serien Power-over-Ethernet-funksjonen er implementert. Den lar deg gi strøm til eksterne enheter i henhold til IEEE 802.3af og IEEE 802.3at (PoE+) standarder, der en tvunnet-par overføringslinje av kategori 5e og høyere brukes som kraftlinje. Det anbefales å bruke en nominell verdi på 53...57 VDC som strømforsyningsnettverk for disse bryterne for å unngå spenningsfall på linjen.
Innebygd EMI- og ESD-beskyttelse
Bytt serie har et innebygd filtreringssystem for å beskytte mot elektromagnetisk interferens og statisk spenning. Via strømledningen kan bryteren gi drift under kortvarig impulsstøy med en amplitude på opptil 3000 V DC, samt under elektrostatiske utladninger på RJ-45-porter opp til 4000 V.
formfaktor
Absolutt alle brytere i serien har et slitesterkt metallhus med beskyttelsesgrad IP30. Strukturelt serie kan lages i to versjoner, dette er enten en versjon for montering på DIN-skinne eller for montering i 19' stativ. All nødvendig montering er inkludert i settet. Brytere som er designet for å monteres på en DIN-skinne kan også monteres på et panel; festet følger med.
Konklusjon
Industrielle uadministrerte brytere er enheter tilpasset for å fungere spesifikt i et industrielt miljø. De gir pålitelig og rask interaksjon mellom Ethernet-noder, og krever ikke ytterligere innstillinger og konfigurasjon. For øyeblikket er en uadministrert svitsj en enkel rimelig nettverksenhet som kan løse et ganske stort antall grunnleggende oppgaver knyttet til organisering av utveksling over et Ethernet-nettverk. Ingen konfigurasjon er nødvendig; du trenger bare å fjerne bryteren fra esken og koble til alle nødvendige kontakter.
Advantech Unmanaged Switch Series , som tilhører den beskrevne klassen av enheter, støtter et bredt spekter av viktige og nødvendige funksjoner, for eksempel automatisk gjenkjenning av MDI/MDI-X-tilkoblingstype, automatisk gjenkjenning av nettverkstype (Auto-Negotiation), beskyttelse mot storm, PoE, beskyttelse mot elektromagnetisk interferens og elektrostatiske rangeringer, etc. Til sammen lar alle disse funksjonene deg bruke å løse grunnleggende problemer med å organisere samhandling mellom nettverk og ende noder.
Eksempel på applikasjon
En av Advantechs kunder er . For å forbedre datakommunikasjonsevnen og samtidig redusere tilknyttede kostnader, valgte CNPC Advantechs oljefeltovervåkings- og kontrollløsning. Data overføres via et mobilnettverk fra felten til kontrollsenteret. Rutere ble installert med brytere i skap ved siden av pumpeplassene, og gir nettverkstilkobling for feltutstyr som kameraer, PLS-er, RTU-er og andre enheter.
Litteratur
1.
2.
3.
Forfatteren er ansatt i selskapet
Kilde: www.habr.com