办公以太网和工业以太网的区别演示文稿

1、办公以太网和工业以太网的区别演示文稿第一页，共七十三页。办公以太网和工业以太网的区别第二页，共七十三页。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三页，共七十三页。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四页，共七十三页。History1973 First Ethernet Xerox PARC 2.94Mb/s1975 First US patent Xerox1980 Ethernet v1 D

2、igital, 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第五页，共七十三页。Communication Trend in Industrial Envi

3、ronmentsField LevelManagement LevelCorporate LevelInterbus LoopASIInterbusSeriplexProfibus DPProfibus FMSCANCCLinkControlNetDeviceNetSDSWorldFIP / FIPLonWorksETHERNETIEC/SP50 H1IEC/SP50H2HARTProfibus PAProcess Measurement and Control Level第六页，共七十三页。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

4、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）第七页，共七十三页。Aspects 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

5、八页，共七十三页。一些统计数字第九页，共七十三页。Source: Datacom, Network Management Special Around two thirds of all failures are caused by faults in network components Investing in operational safety pays PhysicalData LinkNetworkTransportSessionPresentationApplication8 %10 %35 %25 %12 %7 %3 %Application programsNetwork o

6、perating systemNetwork components第十页，共七十三页。Hardware 17% Software 7% Support 73% Miscellaneous 3% Total Cost of Ownership of a Network over 5 years Source: Gartner Group 第十一页，共七十三页。结构化布线第十二页，共七十三页。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十三页，共七十三页。结构化布线标准ISO/IEC 11801EN50173ANSI/TIA/EIA 568-B第十四页，共七十三页。术语CD

7、 = Campus DistributorBD = Building Distributor FD = Floor DistributorMD = Machine Distributor (new: Intermediate Distributor (ID) TO = Telecommunication OutletCP = Consolidation Point第十五页，共七十三页。Cabling Structure Office Industry Office building BD CD BD FD TO TO Primary cabling Secondary cabling Tert

8、iary cabling Production hall FD TO MD TO MD TO TO MD BD Layer 1 Layer 2 (Layer 3) Layer 4 CP TO 第十六页，共七十三页。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

9、 (500m) E9.10/125 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 第十七页，共七十三页。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十八页，共七十三页。Choosing

10、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？第十九页，共七十三页。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（高低温）Contact with oil（油污）Exposure to UV light（暴露在紫外

11、线照射下）Immersion in water（浸水）第二十页，共七十三页。连接器The issues灰尘 / 水振动双绞线“Industrialized” RJ45M12光纤M12 - MicroFX第二十一页，共七十三页。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单独开启）Patch cable 1:1 12364578PIN PIN 12364578Crossover cable PIN PIN 1234567812345678第二十二页，

12、共七十三页。交换机的物理特性第二十三页，共七十三页。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二十四页，共七十三页。CertificationsMarineSubstationTransportationATEX Zone 2第二十五页，共七十三页。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)电路板保护涂层第二十六页，共七十三页。Comparison - PhysicalOfficeIndus

13、trial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

14、、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 IEC61850-3 IEEE1613、KEMA EN50121、EN50155、ATEX Zone 1&2第二十七页，共七十三页。可用性产品可用性产品生命周期替代产品延续性第二十八页，共七十三页。Before and After第二十九页，共七十三页。拓扑结构和冗余第三十页，共七十三页。Network Topologies 总线型第三十一页，共七十三页。Network Topolog

15、ies 星型第三十二页，共七十三页。Network Topologies 树型第三十三页，共七十三页。Network Topologies 带有冗余结构的树形第三十四页，共七十三页。(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三十五页，共七十三页。Network Topologies 环型HIRSCHMANNHIRSCHMANNNNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第三十六页，共七十三页。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三十七页，共七十三页。HIPER Ring优

16、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)第三十八页，共七十三页。应用案例 地铁第三十九页，共七十三页。Multicasting (多播通信)第四十页，共七十三页。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） - 一组终端第四十一页，共七十三页。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四十二页，共七十三页。组播的应用场合?一

17、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）工业应用Producer / Consumer （生产者/消费者）Publisher / Subscriber （发布者/订阅者）第四十三页，共七十三页。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QuerierHIRS

18、CHMANN第四十四页，共七十三页。VLAN （虚拟局域网）第四十五页，共七十三页。Physical LAN第四十六页，共七十三页。Virtual LANs第四十七页，共七十三页。Multiple VLANs per SwitchHIRSCHMANNHIRSCHMANN第四十八页，共七十三页。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）第四十九页，共七十三页。VLAN TypesVLANs layer 1:基于端口 (IEEE 802.1Q)VLANs layer 2:基于MAC地址VLANs layer 3:基于网络地址

19、或协议 (IEEE 802.1v)VLANs layer 4-7: 基于应用 future第五十页，共七十三页。Prioritization （优先级区分）第五十一页，共七十三页。优先级(服务质量) Program Updates VoiceControlOther6531ControlVoiceProgram UpdatesOtherPriority第五十二页，共七十三页。故障设备替换第五十三页，共七十三页。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. 第五十四页，共七十三页。可选择的方法Manual config

20、uration using a serial cable (RS232).Manual configuration via the Ethernet port using special protocolsAutomatic configuration using DHCPProprietary Methods一种外部的可存储交换机配置信息和固件的硬件第五十五页，共七十三页。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五十六页，共七十三页。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 HI

21、RSCHMANNHIRSCHMANN12345Replacement deviceOption 82 Server 第五十七页，共七十三页。地址冲突检测重复的IP地址摧毁现有的通讯在加入网络前必须确认IP地址分配NNAMHCSRIHNNAMHCSRIHNNAMHCSRIH第五十八页，共七十三页。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五十九页，共七十三页。网络管理第六十页，共七十三页。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

22、查找方便第六十一页，共七十三页。我们为什么需要网络管理?Network第六十二页，共七十三页。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第六十三页，共七十三页。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）第六十四页，共七十三页。监控管理Network overview（网络

23、状态浏览）Localising faults（错误发现）Avoiding faults and breakdowns（错误避免）第六十五页，共七十三页。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六十六页，共七十三页。历史SNMP v1 1988Stop-gap solutionDue to be replaced by Common Management Information ProtocolSNMP v2a 1993Additional command