先进的工业三层交换机有助于以太网的灵活性

就在十多年前，许多工程师还在嘲笑在制造环境中使用以太网进行控制和信息应用的想法吗?行业专家预测，节点成本、确定性问题和安全风险将阻碍以太网进入制造业。这一预测并不正确。以太网的广泛工业采用已经超过了其网络同行，并且是以太网/IP工业以太网网络采用率的关键因素。

以太网的兴起

就在十多年前，将制造企业从最简单的设备集成到最高级别的信息系统的动力是一项任何网络都无法完成的任务。

因此，工厂车间使用多个网络来传输不同类型的数据，并处理离散、过程、批量、运动和安全应用的混合需求。与此同时，标准以太网在商业领域迅速扩展。随着数十亿节点的安装，制造商开始看到它在整合工厂范围内网络架构方面的前景，特别是随着关键的进步消除了在工厂车间使用该技术的障碍。进步包括将网络速度从10M提高到100mb，增加碰撞检测，引入全双工和管理交换机技术，等等。

制造商开始研究各种工业以太网协议，以将工厂车间连接到企业，并发现使用标准以太网和TCP/IP(如以太网/IP)的网络与商业/IT环境集成几乎没有困难，并且可以成为制造和企业级网络融合的技术推动因素。此外，以太网/IP与ODVA组织的其他网络技术(如DeviceNet和ControlNet)无缝集成，使融合网络基础设施更加完善。

这三个网络都共享ODVA的通用工业协议(CIP)。这使得最终用户可以集成不同的系统，而不需要网关或代理，因为网关或代理会增加额外的配置和编程带来的复杂性。这还允许增加灵活性，确保兼容性，并提供设备集成到新系统和旧系统的便利性，同时使制造商能够融合其通信架构，以提高运营效率。

通过在成熟的商业技术中利用规模经济，以太网/IP为用户提供制造应用程序所需的工具，同时实现工厂范围和企业随时随地的数据连接。使用通用的工具、组件和人力资源来支持工厂范围的网络架构，有助于提高业务敏捷性、减少培训和人员成本，并提高资产利用率。以太网向制造业的扩展使得从传统的多层网络模型向更融合的模型迁移成为可能。参见全厂网络图。

融合网络模型解决了在制造企业中传输的应用程序和数据类型的混合问题——即设备、控制和大型基于信息的数据包。一个以太网协议可以服务于多个控制和信息规程，包括离散控制、过程控制、运动控制、安全和驱动控制，并将网络基础设施连接在一起——从设备到企业区域——提供了无数的好处。

传统的设备级或控制级网络限制了网络设备连接的数量;以太网/IP实际上可以容纳网络上无限数量的设备。这为用户提供了设计网络的灵活性，以适应当前需求和经济高效的扩展。IT专业人员更喜欢以太网/IP，因为它使用标准的以太网而不是专有的变体。交换机、网络管理工具和培训与企业空间中使用的兼容。

既然网络基础设施可以使用一种网络技术和通用组件，那么新的问题是“我如何设计我的基础设施来满足我对分段、安全性、可靠性、可维护性和性能的需求，同时允许增加容量?”

网络设计:有效管理流量

传统的工业网络模型基于每个网络的有限容量，强制按功能和地理区域进行分割和流量管理。以太网没有这些限制，可以在同一网络上混合使用工业、商业和业务系统以及相关设备。实现融合以太网的用户必须采用最佳实践并计划有效地对网络进行分段和构建。有效的设计将有助于确保正确的流量、网络性能、安全性以及网络运行中的其他重要属性。

设计和部署健壮且安全的网络基础设施需要保护控制和信息数据的完整性、可用性和机密性。建立较小的局域网有助于管理不同类型的网络流量;创建信任域以限制授权人员的访问。这些实践需要一种新的分割方法。

虽然用户传统上按位置划分网络，但他们现在可以按功能划分网络。这是因为vlan(虚拟局域网)像单独的网络一样提供流量分段，使用户能够在逻辑上对控制区域进行分段，以提高性能并最小化网络延迟和抖动。参见网络分段图。

一旦用户超越了传统的地理界限，他们就可以设计逻辑网络架构，将网络设计从物理布局的限制中解放出来。工业三层交换技术在通信和路由业务中起着至关重要的作用。三层交换机可以根据IP地址在vlan之间或跨vlan路由流量。这种灵活的分割模型将流量引导到需要的地方。

已经开发了许多路由协议，以允许第三层交换机和路由器根据IP地址可靠地将数据包路由到目的地。路由协议允许各种设备进行通信，并在彼此之间保持可行的路由，以便在存在可行路径的情况下，即使连接或设备出现故障，也能始终转发数据包。

路由协议的选择、第3层交换机和路由器的配置和维护可能是制造人员和IT人员之间争论的焦点。

控制工程师要求以太网交换机满足制造的功能和环境要求，例如易用性，可维护性以及在恶劣或危险场所的使用。

IT专业人员更喜欢支持其基础设施和安全策略并使用熟悉的软件和编程工具的以太网交换机。以太网/IP不需要特殊的交换机或代理在vlan和子网之间路由数据。控制工程师也可以使用他们熟悉的工具和产品。

例如:IT和自动化编程软件

工业以太网交换机技术的进步提供了满足制造业和IT需求的功能和工具集。例如，罗克韦尔自动化的Allen‑Bradley Stratix 8300第三层管理工业交换机使用Cisco Catalyst操作系统，可以使用Cisco的命令行界面(CLI)进行编程，为IT工程师提供与今天相同的编程和配置工具。

Stratix 8300开关也可以使用罗克韦尔软件公司的RSLogix 5000软件进行编程，这是制造和控制工程师非常熟悉的设计环境。

凭借对跨vlan路由和高级路由协议的支持，工业强化的Stratix 8300交换机允许用户集成整个工厂的多个小区/区域，并促进与制造和企业级网络的安全集成。

工业加固和模块化端口数提供了更大的自由度，使交换机更接近应用程序，并在需要时允许更小的网段。思科技术适用于现有的思科交换机和路由器以及Allen-Bradley的Stratix 8000第2层工业交换机。

融合的以太网/IP模型为制造商提供了对工厂数据的更多访问，帮助他们在优化内部资产和资源的同时做出更准确、更明智的决策。将设备接入公共网络基础设施，简化网络安全和访问管理。拥有用于制造和IT的通用编程和配置工具可以鼓励更大的协作，以支持其业务的共同目标。

Gregory Wilcox、Mike Hannah和Mark Devonshire就职于罗克韦尔自动化公司。www.rockwellautomation.com

www.ab.com/networks/architectures.html

-另请阅读:

罗克韦尔自动化、思科发布以太网/IP“参考架构”实施指南;

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控制工程行业网络渠道;和

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——马克·霍斯克编辑，控制工程， CFE Media, www.globalelove.com;www.cfemedia.com

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