办公以太网和工业以太网的区别

1、办公以太网和工业以太网的区别第1页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Contents以太网历史一些统计数字结构化布线交换机的物理特性拓扑结构和冗余带宽组播因素VLANs 虚拟局域网优先级区别服务故障设备的替换网络管理结论第2页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Definition“只有一个以太网”什么是工业以太网?将以太网技术用于工业领域将以太网和TCP/IP作为工业通讯技术和协议第3页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一History1973 First Ethernet Xerox PARC 2.94Mb/s1975 Firs

2、t US patent Xerox1980 Ethernet v1 Digital, Intel, Xerox 10Mb/s1982 Ethernet v2 Digital, Intel, Xerox1985 IEEE 802.31989 ISO Standard 880231990 10BaseT (twisted pair)1994 10BaseF (fibre)1995 100BaseT/F 100Mb/s1997 Full Duplex1998 1000Mb/s2005 Power Over Ethernet2006 10 Gb/s 40 / 100 Gb/s第4页，共74页，2022

3、年，5月20日，20点36分，星期一Communication Trend in Industrial EnvironmentsField LevelManagement LevelCorporate LevelInterbus LoopASIInterbusSeriplexProfibus DPProfibus FMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP / FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50 H1IEC/SP50H2HARTProfibus PAProcess Measurement and Control Level第5页，共

4、74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一工业通讯为什么选择以太网?以太网是开放的标准.以太网使网络的垂直集成成为可能.对比现场总线，以太网提供了更大的通讯带宽以满足多应用集成的需求主要的以现场总线为工业通信技术的制造商转而投奔各自基于标准以太网的工业:DeltaV （Emerson）Modbus/TCP （Modbus）EtherNet/IP （ControlNet DeviceNet）ProfiNet （Profibus)FF HSE （Foundation Fieldbus）PowerLink (CAN Open）第6页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一A

5、spects of Industrial Ethernet工业以太网和商用以太网区别所在：Environment环境Operation 运行Maintenance 维护Management 管理第7页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一一些统计数字第8页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Source: Datacom, Network Management Special Around two thirds of all failures are caused by faults in network components Investing in o

6、perational safety pays PhysicalData LinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8 %10 %35 %25 %12 %7 %3 %Application programsNetwork operating systemNetwork components第9页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Hardware 17% Software 7% Support 73% Miscellaneous 3% Total Cost of Ownership of a Network over

7、5 years Source: Gartner Group 第10页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一结构化布线第11页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一结构化布线的好处简化设计产品可选择余地大兼容性好增加可靠性易于维护第12页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一结构化布线标准ISO/IEC 11801EN50173ANSI/TIA/EIA 568-B第13页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一术语CD = Campus DistributorBD = Building Distributor FD = Flo

8、or DistributorMD = Machine Distributor (new: Intermediate Distributor (ID) TO = Telecommunication OutletCP = Consolidation Point第14页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Cabling Structure Office Industry Office building BD CD BD FD TO TO Primary cabling Secondary cabling Tertiary cabling Production hall FD TO

9、 MD TO MD TO TO MD BD Layer 1 Layer 2 (Layer 3) Layer 4 CP TO 第15页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Physical Cabling Structure Office: Industry (3 or 4 layers): FO (500) E9.10/125 or G50(62,5)/125 FO(500m) E9.10/125 or G50(62,5)/125 CD BD FD TO CD BD FD MDFO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125 FO (500m) E9.10

10、/125 G50(62,5)/125 TP (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125 TP (90m+2*5m) FO G50(62,5)/125 Bus cable TP HCS/POF Transmission media FO (1500m) E9.10/125 G50(62,5)/125 Users Range TP TO Machine CP Primary Secondary Tertiary 第16页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Choosing Fiber多模光纤还是单模光纤?多模光纤距离短不同的线径单模光纤距离远第17页，共74页，20

11、22年，5月20日，20点36分，星期一Choosing Twisted PairWhat is Twisted Pair Cable?双绞线缆采用绞和的方式以避免线缆之间的串扰非屏蔽双绞线半屏蔽双绞线全屏蔽双绞线Cat5e？Cat6？单芯线？多芯线？第18页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Other Considerations可能降低线缆性能甚至是破环线缆的原因Abrasion（磨损）Bending（弯曲）Impact（碰撞）Tension / Stretching（拉伸）Crushing（挤压）Cutting（切断）High or low temperature（

12、高低温）Contact with oil（油污）Exposure to UV light（暴露在紫外线照射下）Immersion in water（浸水）第19页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一连接器The issues灰尘 / 水振动双绞线“Industrialized” RJ45M12光纤M12 - MicroFX第20页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一自适应 / 自动交叉自适应速度双工模式IEEE802.1x流量控制双方都自适应才能自适应自动交叉MDI, MDI-X自动校准发送和接受线对一般必须在自适应功能开启情况下使用（赫思曼交换机则可以

13、单独开启）Patch cable 1:1 12364578PIN PIN 12364578Crossover cable PIN PIN 1234567812345678第21页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一交换机的物理特性第22页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Physical Characteristics没有“标准的”工业以太网交换机物理特性需与PLC保持一致网络设备不能成为最薄弱的环节第23页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一CertificationsMarineSubstationTransportationA

14、TEX Zone 2第24页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一环境因素安装方式（DIN or Rack）外形尺寸？固定式还是模块化？工作输入电压范围工作温度范围无风扇散热振动抗电磁干扰性能保护等级（IP20 IP67)电路板保护涂层第25页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Comparison - PhysicalOfficeIndustrial安装和连接使用寿命工作环境 专用网络机柜内 连接标准的台式机工作站打印机等 现场安装（控制柜内或直接安装于自动化设备上，环境恶劣，某些场合甚至要求满足IP67防护等级） 连接离散的控制设备和I/O 几年或十几

15、年（没有相应标准可遵循） 风扇散热 备件更换：3年 电源(220VAC) MTBF20年以上（基于MIL-HDBK217F），有些甚至长达100年以上 无风扇散热 备件更换：10年 冗余的电源(24/48VDC，110/220VAC等) 良好（机房恒温，恒湿） 无振动、冲击 无重机械负载、无化学物质腐蚀 较低的抗电磁干扰能力 普通或宽温(-40- +70/+85) 有具体的抗振动、抗冲击要求 牢固的重机械负载设计、防某些 化学物质腐蚀 较强的抗电磁干扰能力工业认证 EN60950 FCC Part 15 Class A EN55022 Cul508/1604 Class 1 Div 2 IEC

16、61850-3 IEEE1613、KEMA EN50121、EN50155、ATEX Zone 1&2第26页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一可用性产品可用性产品生命周期替代产品延续性第27页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Before and After第28页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一拓扑结构和冗余第29页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Network Topologies 总线型第30页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Network Topologies 星型第3

17、1页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Network Topologies 树型第32页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Network Topologies 带有冗余结构的树形第33页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一(Rapid) Spanning Tree （快速）生成树优点标准化向下兼容 (STP)可以组建混合型网络结构第34页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Network Topologies 环型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRI

18、H第35页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一改进的环形环形不一定需要头尾顺序连接通过合理的设计以避免延时并提供冗余性第36页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一HIPER Ring优点配置简单恢复速度快恢复性能可靠一致降低线缆需求拓扑清晰缺点非标准化但是MRPMedia Redundancy Protocol（介质冗余协议）IEC 62439 (标准化的工业环网冗余协议)第37页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一应用案例 地铁第38页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Multicasting (多播通信)第3

19、9页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一消息类型Unicast（单播） 目的地终端唯一Broadcast（广播） - 子网中的所有终端Multicast（组播） - 一组终端第40页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一为什么使用组播?可以在不增加发送源负担的条件下发送数据给多个接收方节省带宽资源实时性好第41页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一组播的应用场合?一般应用Video Conferencing（视频会议）Video Surveillance（视频监控）Software Distribution（软件分发如病毒库更新等）工业

20、应用Producer / Consumer （生产者/消费者）Publisher / Subscriber （发布者/订阅者）第42页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一And the issue is?以太网在设计之初不支持多播以太网将多播以广播看待意味着每台终端设备都将接收到多播数据因此要有个特殊技术可以处理多播数据 （IGMP Snooping/querier）赫思曼的二层交换机同时支持IGMP Snooping和QuerierHIRSCHMANN第43页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一VLAN （虚拟局域网）第44页，共74页，2022年，5

21、月20日，20点36分，星期一Physical LAN第45页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Virtual LANs第46页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Multiple VLANs per SwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN第47页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一交叉VLAN二层环境下实现更复杂的访问控制要求不是所有的二层交换机都支持该功能（赫思曼的所有二层交换机均支持该功能）第48页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一VLAN TypesVLANs layer 1:基于端口 (

22、IEEE 802.1Q)VLANs layer 2:基于MAC地址VLANs layer 3:基于网络地址或协议 (IEEE 802.1v)VLANs layer 4-7: 基于应用 future第49页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Prioritization （优先级区分）第50页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一优先级(服务质量) Program Updates VoiceControlOther6531ControlVoiceProgram UpdatesOtherPriority第51页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，

23、星期一故障设备替换第52页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一工业以太网 - 达到的目标标准化的故障设备更换方法.故障设备的更换必须尽可能简单、快捷.维护人员需了解的设备知识越少越好. 第53页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一可选择的方法Manual configuration using a serial cable (RS232).Manual configuration via the Ethernet port using special protocolsAutomatic configuration using DHCPProprieta

24、ry Methods一种外部的可存储交换机配置信息和固件的硬件第54页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一可插拔外部存储设备 ACA21-USB优点故障设备替换无需专业知识降低出错的风险第55页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一DHCP Option 82优点无需专业知识所需硬件开销较小开放的手段Switch with Option 82 HIRSCHMANNHIRSCHMANN12345Replacement deviceOption 82 Server 第56页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一地址冲突检测重复的IP地址摧毁现

25、有的通讯在加入网络前必须确认IP地址分配NNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第57页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一结论每种方法都有优缺点.考虑的因素有:投入.配置的复杂性.故障设备替换是否方便.网络设计时必须考虑故障设备更换第58页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一网络管理第59页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一可网管 vs 非网管交换机非网管交换机价格低维护简便即插即用没有安全性可网管交换机需要更复杂的网络配置提供了很多高级功能保证网络高可靠性故障查找方便第60页，共74页，2022年，5月20日

26、，20点36分，星期一我们为什么需要网络管理?Network第61页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一ISO 网络管理分类配置管理性能管理故障管理安全管理记账管理ConfigurationSupervision第62页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一配置管理Redundancy（冗余）Port status（端口状态）Flow control（流量控制）VLANsPrioritisation（优先级/服务质量）Clock synchronisation (SNTP / PTP)（时间同步）Configuration management（功能配置）

27、第63页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一监控管理Network overview（网络状态浏览）Localising faults（错误发现）Avoiding faults and breakdowns（错误避免）第64页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一Simple Network Management Protocol - 简单网络管理协议隶属于TCP/IP协议家族可支持的设备有:Hubs （集线器）Switches （交换机）Routers （路由器）Servers （服务器）标准化的协议供应商普遍支持第65页，共74页，2022年，5月20

28、日，20点36分，星期一历史SNMP v1 1988Stop-gap solutionDue to be replaced by Common Management Information ProtocolSNMP v2a 1993Additional commands带有安全性SNMP v2c - 1996和v2a类似，但没有安全性SNMP v3 - 2002带有安全性第66页，共74页，2022年，5月20日，20点36分，星期一网管通讯: 管理者和管理代理MIBManagement Information Base （管理信息库）NMSNetwork Management Station （网络管理站）SNMPSimple Network Management Protocol （简单网络管理协议）AGENTMIBWorkstationAGENTMIBRouterAGENTMIBSwitchAGENTMIBHubMIBAGENTMANAGERNMSSNMP第67