建置乙太網路時，會使用各種類型的交換設備。 另外，值得強調的是非託管交換器 - 簡單的設備，可讓您快速有效地組織小型乙太網路的操作。 本文詳細概述了 EKI-2000 系列入門級非網管型工業交換器。
介紹
乙太網路早已成為任何工業網路不可或缺的一部分。 該標準來自 IT 行業，使網路組織邁向新的品質水準成為可能。 速度提高了，可靠性提高了，並且出現了網路基礎設施集中管理的可能性。 資料傳輸協定的創建者並沒有被迫等待很長時間。 幾乎所有主要工業協議，例如Modbus TCP、EtherNet/IP、IEC 60870-5-104、PROFINET、DNP3等，都使用相同或相似的OSI模型作為基礎。 有效負載被放置在幀中並透過乙太網路傳輸。 幾乎每個現代控制器、智慧感測器或操作面板都配備了乙太網路接口，用於連接到同名網路。 這意味著，理論上，工業網路可以使用企業、辦公室甚至家庭網路中常見的標準乙太網路設備。 然而，在實踐中，長期以來已經形成了一大批專門用於工業以太網等網路的設備。 它包括專門適合在工業環境中工作的網路設備，確保可靠性、最低水平的延遲，並滿足特定行業所需的各種工業標準。 在這種情況下，主要的「戰鬥」單元通常是工業乙太網路交換器。 這是因為交換器是一種允許工業網路的組件和節點之間進行可靠且最重要的是快速互動的設備。
交換器－工業網路的最佳解決方案
工業交換機，簡稱交換機，是建構工業網路的主要設備。 為什麼要有開關？ 畢竟還有其他網路設備，例如集線器（hub）或路由器（router）。 這一切都與速度和功能有關。 列出的最快設備是集線器；不久前，這種類型的設備由於價格低廉而非常流行。 事實上，集線器是一個多埠中繼器；它根據 OSI 網路模型在實體層運行，並將接收到的資料中繼到所有連接的連接埠。
一方面，該方案允許網路中的延遲最小，但另一方面，網路上的負載增加，因為使用該實現的廣播結果是廣播。 這通常會導致網路效能急劇下降。 路由器是一種根據 OSI 模型在網路層級運作的設備，具有非常豐富的功能，可以建構流量傳輸路由。 這種功能需要更高的設備性能，因為資訊包是從 OSI 模型第三層及更高層的報頭開始分析的。 結果，延遲變得更長，因為路由器上的實現大多數情況下是軟體，價格自然更高，而網路核心層需要這樣的功能。
因此，不同等級和功能的交換器已成為工業乙太網路中最普遍的交換器。 交換器是比集線器更智慧的設備，比路由器更快，因為它根據 OSI 模型在連結層運作。 流量被清晰地分配並直接發送到接收者，這消除了網路設備上不必要的負載，允許其他網段不處理不適合他們的資料。 這是透過分析每個傳輸的資料幀中包含的發送方和目標 MAC 位址來實現的。 這種切換使您能夠在流量分配中實現最小延遲，同時保持可接受的價格水平。
在交換器的記憶體中，包含一個表（CAM表），該表指示主機的MAC位址與交換器的實體連接埠之間的對應關係，這精確地減少了網路上的負載，因為交換器確切地知道哪個連接埠將數據包轉發到。 然而，值得考慮的是，當交換器打開或重新啟動時，它會在訓練模式下運行，因為對應表是空的。 在此模式下，到達交換器的資料將發送到所有其他端口，交換器分析發送方的 MAC 位址並將其輸入表中。 隨著時間的推移，流量會被局部化，因為交換機會為所有連接埠編譯完整的 MAC 位址映射表。
現在，許多工業網路網路設備製造商都提供交換器作為確保網路節點之間互動的設備。 此產品組合包括各種功能的交換器；通常有非託管型、託管型和 L3 級交換器。 如果 L3 交換器用作網路核心級路由器的替代方案，並且只有高度專業化的問題與其選擇相關，那麼託管交換器和非託管交換器之間的選擇取決於網路設備必須執行的任務的正確定義解決。 接下來，我們將了解託管交換器和非託管交換器之間的基本差異。
託管和非託管交換機
託管和非託管交換器實際上是在 OSI 模型的 L2 層級運作的兩種不同裝置。 非託管交換器旨在自動在所有網路參與者之間均勻分配速度和傳輸流量。 這是終端設備數量較少的網路的最佳解決方案；優點包括：
- 確保乙太網路的高吞吐量；
- 響應時間短；
- 易於管理；
- 資料流控製附加功能的可用性。
管理型交換器成本較高，用於大型網絡，能夠完全控制傳輸的流量、速度，還具有額外的管理功能。 事實上，對於需要分段、冗餘、資訊安全等附加功能的網路部分來說，這是最佳解決方案。 與非託管交換器不同，託管交換器必須透過指定許多附加和強制設定來配置。
非託管交換器是即插即用設備，不需要複雜的配置或深入的知識。 它們允許您快速組織乙太網路上設備之間的交換，而無需額外設定。 這些交換器允許乙太網路設備（例如 PLC 和 HMI）相互通信，提供與網路的連接並將資訊從發送方傳遞到目的地。 它們具有固定配置，不允許對設定進行任何更改，因此無需確定幀的優先順序或執行其他配置。
非託管交換器主要用於將外圍設備連接到網路分支或具有多個組件的小型獨立網路。 在工業環境中，有必要使用適合特定需求的交換器。
工業交換器是為發電、石油和天然氣、鐵路運輸和基礎設施等各種工業應用而開發的。 它們經過專門設計，可在各種溫度、振動和衝擊下運行，有助於創建經濟高效且可靠的安全網路。
研華系列開關
研華工業交換器系列 是入門級設備，旨在透過創建乙太網路來快速組織設備的互動。 目前正在系列中 包含超過 25 種設備，下表顯示了訂單編號的詳細資訊。
在這種情況下，交換器可以同時配備RJ-45端口和光端口，透過單模和多模光纖進行資料傳輸，最高速度可達1 Gbit/s。
系列開關的功能
非託管交換器的功能通常沒什麼特別的。 不過，我們來看看研華系列交換器還可以使用哪些功能 .
自動偵測MDI/MDI-X連線類型
此功能可讓您將任何類型的乙太網路裝置連接到交換機，而無需擔心電纜類型：直通或交叉。
通常，「直通」電纜用於將網路適配器連接到 L2 網路設備（集線器或交換器）。 若要將兩個相同的網路設備相互連接，或將網路介面卡連接到路由器，建議使用交叉電纜。 MDI/MDI-X 功能的存在可讓您在交換器上使用任何類型的電纜。
自動偵測網路類型（自動協商）
此功能繼MDI/MDI-X之後，屬於即插即用，可自動判斷乙太網路標準提供的網路類型和傳輸速度。 在實踐中，這一點尤其重要，因為現有網路可以使用具有不同速度特性的設備，從 10 Mbit/s 到 1 Gbit/s。 自動協商使網路使用者的生活變得更加輕鬆。 設備本身將與其邊界“以太網鄰居”“協商”速度。
廣播風暴防護
廣播風暴保護對於交換器來說也是一個非常有用的功能。 廣播風暴通常是由本地網路中的環路或網路參與者之一的不正確行為引起的。 在這種情況下，網路將充滿大量無用的幀，從而影響其速度。
交換器的廣播風暴保護功能會自動過濾掉廣播訊框。 當廣播流量超過一定閾值時，網路仍然保持運行，因為交換機會自動預留頻寬用於正常幀的傳輸。
非託管交換器上的廣播風暴保護功能 預設啟用。 有關每個型號閾值的詳細資訊必須在製造商的官方網站上澄清。
P-故障繼電器
讓我們從該系列中的大多數型號開始 設計用於 12…48 V DC 輸入電壓範圍。 輸入是重複的，並透過自重設保險絲提供防止極性反轉和過電流的保護。 輸入端有一個電壓比較器，當電壓施加到兩個輸入時，比較器會自動選擇較高的值，並使該輸入成為主輸入。 當其中一個輸入的電壓故障或電平降至 12 V 以下時，開關會自動切換到第二個通道並關閉 P-Fail 繼電器。 此功能可讓您監控交換器供電網路的狀態並及時發出異常操作訊號。
LED指示
此功能可讓您透過目視檢查來評估開關的狀況。 此系列交換器各資料口 有兩個 LED 來顯示傳輸速度、連接狀態和可能的衝突狀態。 還有與 P-Fail 繼電器重複的 LED，當其中一個電源電路損壞時，這些 LED 會同時啟動。
PoE（乙太網路供電）
在該系列的許多非管理型交換器上 已實現乙太網路供電功能。 它允許您根據 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at (PoE+) 標準為遠端設備供電，其中使用 5e 類及以上的雙絞線傳輸線作為電源線。 建議使用標稱值 53...57 VDC 作為這些開關的供電網絡，以避免線路上的電壓下降。
內建 EMI 和 ESD 保護
開關系列 具有內建過濾系統，可防止電磁幹擾和靜電電壓。 透過電源線，此交換器可在幅度高達 3000 V DC 的短期脈衝雜訊期間以及在 RJ-45 連接埠上高達 4000 V 的靜電放電期間提供可操作性。
外形
絕對是該系列的所有開關 具有耐用的金屬外殼，防護等級為 IP30。 結構系列 有兩種版本，一種是安裝在 DIN 導軌上，另一種是安裝在 19' 機架上。 套件中包含所有必要的安裝。 此外，設計安裝在 DIN 導軌上的開關也可以安裝在面板上；提供了安裝座。
結論
工業非託管交換器是專門適合在工業環境中工作的設備。 它們在乙太網路節點之間提供可靠、快速的交互，並且不需要額外的設定和配置。 目前，非託管交換器是一種簡單的低成本網路設備，可以解決與透過乙太網路組織交換相關的大量基本任務。 無需配置；您只需從包裝盒中取出交換器並連接所有必要的連接器。
研華非管理型交換器系列 ，屬於所描述的設備類別，支援廣泛的重要且必要的功能，例如自動檢測MDI/MDI-X連接類型、自動檢測網路類型（自動協商）、廣播風暴保護、PoE、保護抗電磁幹擾、靜電等級等。 總而言之，所有這些功能都可以讓您使用 解決組織網路和終端節點之間互動的基本問題。
應用實例
研華的客戶之一是 。 為了增強數據通訊能力並降低相關成本，中油選擇了研華的油田監控解決方案。 數據透過蜂窩網路從現場傳輸到控制中心。 路由器 安裝了開關 位於泵艙附近的機櫃中，為攝影機、PLC、RTU 和其他設備等現場設備提供網路連接。
文學
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作者為該公司員工
來源： www.habr.com