构建以太网时，会使用各种类型的交换设备。 另外，值得强调的是非托管交换机 - 简单的设备，可让您快速有效地组织小型以太网的操作。 本文详细概述了 EKI-2000 系列入门级非网管型工业交换机。
介绍
以太网早已成为任何工业网络不可或缺的一部分。 该标准来自 IT 行业，使网络组织迈向新的质量水平成为可能。 速度提高了，可靠性提高了，并且出现了网络基础设施集中管理的可能性。 数据传输协议的创建者并没有被迫等待很长时间。 几乎所有主要工业协议，例如Modbus TCP、EtherNet/IP、IEC 60870-5-104、PROFINET、DNP3等，都使用相同或相似的OSI模型作为基础。 有效负载被放置在帧中并通过以太网传输。 几乎每个现代控制器、智能传感器或操作面板都配备了以太网接口，用于连接到同名网络。 这意味着，理论上，工业网络可以使用企业、办公室甚至家庭网络中常见的标准以太网设备。 然而，在实践中，长期以来已经形成了一大批专门用于工业以太网等网络的设备。 它包括专门适合在工业环境中工作的网络设备，确保可靠性、最低水平的延迟，并满足特定行业所需的各种工业标准。 在这种情况下，主要的“战斗”单元通常是工业以太网交换机。 这是因为交换机是一种允许工业网络的组件和节点之间进行可靠且最重要的是快速交互的设备。
交换机——工业网络的最佳解决方案
工业交换机，简称交换机，是构建工业网络的主要设备。 为什么要有开关？ 毕竟还有其他网络设备，例如集线器（hub）或路由器（router）。 这一切都与速度和功能有关。 列出的最快设备是集线器；不久前，这种类型的设备由于价格低廉而非常流行。 事实上，集线器是一个多端口中继器；它根据 OSI 网络模型在物理层运行，并将接收到的数据中继到所有连接的端口。
一方面，该方案允许网络中的延迟最小，但另一方面，网络上的负载增加，因为使用该实现的广播结果是广播。 这通常会导致网络性能急剧下降。 路由器是一种根据 OSI 模型在网络级别运行的设备，具有非常丰富的功能，可以构建流量传输路由。 这种功能需要更高的设备性能，因为信息包是从 OSI 模型第三层及更高层的报头开始分析的。 结果，延迟变得更长，因为路由器上的实现大多数情况下是软件，价格自然更高，而网络核心层需要这样的功能。
因此，不同级别和功能的交换机已成为工业以太网中最普遍的交换机。 交换机是比集线器更智能的设备，比路由器更快，因为它根据 OSI 模型在链路层运行。 流量被清晰地分配并直接发送到接收者，这消除了网络设备上不必要的负载，允许其他网段不处理不适合他们的数据。 这是通过分析每个传输的数据帧中包含的发送方和目标 MAC 地址来实现的。 这种切换使您能够在流量分配中实现最小延迟，同时保持可接受的价格水平。
在交换机的内存中，包含一个表（CAM表），该表指示主机的MAC地址与交换机的物理端口之间的对应关系，这精确地减少了网络上的负载，因为交换机确切地知道哪个端口将数据包转发到。 然而，值得考虑的是，当交换机打开或重新启动时，它会在训练模式下运行，因为对应表是空的。 在此模式下，到达交换机的数据将发送到所有其他端口，交换机分析发送方的 MAC 地址并将其输入表中。 随着时间的推移，流量会被本地化，因为交换机会为所有端口编译完整的 MAC 地址映射表。
现在，许多工业网络网络设备制造商都提供交换机作为确保网络节点之间交互的设备。 该产品组合包括各种功能的交换机；通常有非托管型、托管型和 L3 级交换机。 如果 L3 交换机用作网络核心级别路由器的替代方案，并且只有高度专业化的问题与其选择相关，那么托管交换机和非托管交换机之间的选择取决于网络设备必须执行的任务的正确定义解决。 接下来，我们将了解托管交换机和非托管交换机之间的基本区别。
托管和非托管交换机
托管和非托管交换机实际上是在 OSI 模型的 L2 级别运行的两种不同设备。 非托管交换机旨在自动在所有网络参与者之间均匀分配速度和传输流量。 这是终端设备数量较少的网络的最佳解决方案；优点包括：
- 确保以太网网络的高吞吐量；
- 响应时间短；
- 易于控制；
- 数据流控制附加功能的可用性。
管理型交换机成本较高，用于大型网络，能够完全控制传输的流量、速度，还具有额外的管理功能。 事实上，对于需要分段、冗余、信息安全等附加功能的网络部分来说，这是最佳解决方案。 与非托管交换机不同，托管交换机必须通过指定许多附加和强制设置来配置。
非托管交换机是即插即用设备，不需要复杂的配置或深入的知识。 它们允许您快速组织以太网上设备之间的交换，而无需额外设置。 这些交换机允许以太网设备（例如 PLC 和 HMI）相互通信，提供与网络的连接并将信息从发送方传递到目的地。 它们具有固定配置，不允许对设置进行任何更改，因此无需确定帧的优先级或执行其他配置。
非托管交换机主要用于将外围设备连接到网络分支或具有多个组件的小型独立网络中。 在工业环境中，有必要使用适合特定需求的交换机。
工业交换机是为发电、石油和天然气、铁路运输和基础设施等各种工业应用而开发的。 它们经过专门设计，可在各种温度、振动和冲击下运行，有助于创建经济高效且可靠的安全网络。
研华系列开关
研华工业交换机系列 是入门级设备，旨在通过创建以太网来快速组织设备的交互。 目前正在系列中 包含超过 25 种设备，下表显示了订单号的详细信息。
在这种情况下，交换机可以同时配备RJ-45端口和光端口，通过单模和多模光纤进行数据传输，最高速度可达1 Gbit/s。
系列开关的功能
Функциональность неуправляемых коммутаторов, как правило, не является чем-то экстраординарным. Однако давайте разберёмся, какие функции всё-таки находятся на вооружении коммутаторов Advantech серии .
自动检测MDI/MDI-X连接类型
此功能允许您将任何类型的以太网设备连接到交换机，而无需担心电缆类型：直通或交叉。
通常，“直通”电缆用于将网络适配器连接到 L2 网络设备（集线器或交换机）。 要将两个相同的网络设备相互连接，或者将网络适配器连接到路由器，建议使用交叉电缆。 MDI/MDI-X 功能的存在允许您在交换机上使用任何类型的电缆。
自动检测网络类型（自动协商）
该功能继MDI/MDI-X之后，属于即插即用，可以自动判断以太网标准提供的网络类型和传输速度。 在实践中，这一点尤其重要，因为现有网络可以使用具有不同速度特性的设备，从 10 Mbit/s 到 1 Gbit/s。 自动协商使网络用户的生活变得更加轻松。 设备本身将与其边界“以太网邻居”“协商”速度。
广播风暴防护
广播风暴保护对于交换机来说也是一个非常有用的功能。 广播风暴通常是由本地网络中的环路或网络参与者之一的不正确行为引起的。 在这种情况下，网络将充满大量无用的帧，从而影响其速度。
交换机的广播风暴保护功能会自动过滤掉广播帧。 当广播流量超过一定阈值时，网络仍然保持运行，因为交换机会自动预留带宽用于正常帧的传输。
非托管交换机上的广播风暴保护功能 默认启用。 有关每个型号阈值的详细信息必须在制造商的官方网站上澄清。
P-故障继电器
让我们从该系列中的大多数型号开始 设计用于 12…48 V DC 输入电压范围。 输入是重复的，并通过自复位保险丝提供防止极性反转和过电流的保护。 输入端有一个电压比较器，当电压施加到两个输入时，比较器会自动选择较高的值，并使该输入成为主输入。 当其中一个输入的电压出现故障或电平降至 12 V 以下时，开关会自动切换到第二个通道并关闭 P-Fail 继电器。 该功能可让您监控交换机供电网络的状态并及时发出异常操作信号。
LED指示
此功能允许您通过目视检查来评估开关的状况。 该系列交换机各数据口 有两个 LED 来显示传输速度、连接状态和可能的冲突状态。 还有与 P-Fail 继电器重复的 LED，当其中一个电源电路损坏时，这些 LED 会同时激活。
PoE（以太网供电）
在该系列的许多非管理型交换机上 已实现以太网供电功能。 它允许您根据 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at (PoE+) 标准为远程设备供电，其中使用 5e 类及以上的双绞线传输线作为电源线。 建议使用标称值 53...57 VDC 作为这些开关的供电网络，以避免线路电压下降。
内置 EMI 和 ESD 保护
开关系列 具有内置过滤系统，可防止电磁干扰和静电电压。 通过电源线，该交换机可以在幅度高达 3000 V DC 的短期脉冲噪声期间以及在 RJ-45 端口上高达 4000 V 的静电放电期间提供可操作性。
外形
Абсолютно все коммутаторы серии 具有耐用的金属外壳，防护等级为 IP30。 结构系列 有两种版本，一种是安装在 DIN 导轨上，另一种是安装在 19' 机架上。 套件中包含所有必要的安装。 此外，设计安装在 DIN 导轨上的开关也可以安装在面板上；提供了安装座。
结论
工业非托管交换机是专门适合在工业环境中工作的设备。 它们在以太网节点之间提供可靠且快速的交互，并且不需要额外的设置或配置。 目前，非托管交换机是一种简单的低成本网络设备，可以解决与通过以太网组织交换相关的大量基本任务。 无需配置；您只需从包装盒中取出交换机并连接所有必要的连接器即可。
Серия неуправляемых коммутаторов Advantech ，属于所描述的设备类别，支持广泛的重要且必要的功能，例如自动检测MDI/MDI-X连接类型、自动检测网络类型（自动协商）、广播风暴保护、PoE、保护抗电磁干扰、静电等级等。 总而言之，所有这些功能都可以让您使用 解决组织网络和终端节点之间交互的基本问题。
应用实例
研华的客户之一是 。 为了增强数据通信能力并降低相关成本，中石油选择了研华的油田监控解决方案。 数据通过蜂窝网络从现场传输到控制中心。 路由器 安装了开关 位于泵舱附近的机柜中，为摄像机、PLC、RTU 和其他设备等现场设备提供网络连接。
文学
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作者为该公司员工
来源： habr.com