工业以太网必需品:你需要知道的

与老式舒适的办公室和家庭以太网不同，工业以太网是一种新型以太网，需要专业知识和实践。如果你正在安装或操作一个工业以太网网络，这里有一些你需要知道的关于布线、信号质量、接地回路、交换机和流量的要点。

布线问题

像所有的网络一样，工业以太网的性能取决于它的布线。与办公室或家庭环境不同，工业应用通常是电气噪声较大的地方。除了高电磁干扰(EMI)外，这些环境还受到温度范围、灰尘、湿度和许多其他通常在家庭或办公室中找不到的因素的影响。

那么，什么是正确的电缆选择呢?在您的办公室中，像5类这样的商业额定电缆最高可达10mb, 5e类电缆最高可达100mb。ANSI/TIA-1005标准规定，6类或更好的电缆应用于暴露在工业环境中的主机或设备。第6类电缆在100米和55米的传输距离分别为1gb和10gb。6e类电缆在100米的距离内可以传输高达10gb的数据。

与5类和5e类电缆相比，6类电缆通常不太容易受到串扰和外部EMI噪声的影响。电缆制造商制造的工业以太网电缆在更恶劣的工业环境中也不太容易受到物理恶化的影响。当安装6类电缆时，请确保RJ45端和插孔也被评为6类，否则您将击败6类电缆的目的。为了获得最佳效果，在可能的情况下使用预制短插接电缆，并使用工厂安装的连接器。对于长距离跑，你需要安装千斤顶。

电缆，屏蔽，接地回路

保护还是不保护，这是个问题。答案有时是肯定的，但如果你这样做，你最好做得正确。安装不当的屏蔽电缆会产生比它解决的更多的问题。

在高电磁干扰环境下，屏蔽型以太网电缆在管道外运行可以获得更好的性能。使用屏蔽电缆的关键是正确接地。一个地面参考是必不可少的。多个接地连接会导致所谓的接地回路，其中接地连接处电压电位的差异会引起电缆上的噪声。

接地回路会对你的网络造成严重破坏。为了做到这一点，只在电缆的一端使用接地的RJ45连接器。另一端使用不导电的RJ45连接器，以消除接地环路的可能性。

如果你的以太网电缆必须交叉电源线，一定要让它成直角。将并行以太网和电源线分开至少8到12英寸。，电压越高，并联时间越长，距离越远。如果以太网电缆在金属通道或导管中，通道或导管的每一段都必须与相邻的部分连接，以便在整个路径上具有电气连续性。

一般来说，将以太网电缆远离产生电磁干扰的设备。这包括电机、电机控制设备、照明和电源导体等。在面板内，将以太网电缆与导体分开至少2英寸。当布线远离面板内的电磁干扰源时，请遵循电缆的推荐弯曲半径。

诱饵和开关

如果您在工业以太网网络上寻找问题，集线器是您的首选。简单地说，永远不要在工业以太网环境中使用集线器。集线器只不过是多端口中继器。取消集线器的使用，留下了托管和非托管(或非托管)交换机之间的选择。虽然管理型交换机通常更可取，但它们也比非管理型交换机更昂贵。让我们仔细看看开关是如何工作的，并比较管理和非管理的品种。

网络上的每个设备都有一个唯一的标识符，称为媒体访问控制(MAC)地址。与集线器相比，这是开关更具区别性行为的关键。当交换机第一次启动时，它最初的行为就像一个向各处广播所有流量的集线器。当设备在交换机的端口之间传递信息时，它会监视这些流量，并找出哪个MAC地址与哪个端口相关联。它将这些信息放在MAC地址表中。一旦它计算出连接到特定端口的设备的MAC地址，它将监视用于该MAC地址的信息，并仅将此类信息传输到与该地址相关联的端口。

工业以太网承载三种类型的流量。从一点到另一点的单播流量路由。多播流量从一个点路由到多个点。广播从一个点到所有点的交通路线。

一旦交换机建立了自己的MAC地址表，管理交换机和非管理交换机将以相同的方式处理单播和广播流量。一般来说，您应该将广播流量保持在每秒100次广播以下，带宽为100mb。一点点广播是任何网络的组成部分。可能启动广播的项目的示例是打印服务器之类的设备，它们定期向网络宣布自己，这允许为网络用户提供许多方便的漂亮功能。

窥探:不仅仅是八卦

托管交换机和非托管交换机之间的主要区别之一是它们如何处理多播流量。在面向连接的基于生产者/消费者的技术中，多播流量通常来自工厂车间过程网络上的智能设备。在这种情况下，连接只是网络上两个或多个节点之间的关系。

以太网/IP(由ODVA管理的以太网工业协议)是使用该技术的应用层通信协议。这个被许多自动化供应商使用的协议是基于ODVA的通用工业协议(CIP)的。您可能在多播组中发现的工业产品包括流量计、变速驱动器和秤。这些项中的每一个都产生过程数据并消耗配置数据。

设备必须是组播组的成员才能接收组播数据。该组的所有成员都接收数据。您不需要成为组的成员就可以向组发送数据。生产者/消费者模型中多播流量的主要问题是流量随着主机数量呈指数增长。这就是管理型交换机的用武之地。

管理型交换机具有开启IGMP Snooping功能。下面是它的工作原理。启用IGMP Snooping功能后，IGMP Snooping将发送广播流量，以确定任何组播组的成员。使用这些信息，结合MAC地址表，允许管理交换机将多播流量路由到与多播组成员相关联的端口。非托管交换机将多播数据视为广播数据，并将其发送到任何地方。

如果您的网络使用的是生产者/消费者技术，或者有多播流量，那么托管交换机是绝对必要的，值得您为此支付额外的费用。

镜像端口，故障排除

考虑管理交换机还有其他原因。这类交换机通常提供错误日志、对单个端口速度的控制、双工设置以及镜像端口的能力。这些额外的功能允许对网络行为进行更精确的控制，并且可以在排除网络上某个时刻肯定会发生的问题时提供宝贵的帮助。

说到故障排除，当出现网络性能问题时，首先怀疑的往往是交换机。虽然任何设备都可能发生物理故障，但交换机很少是大多数网络性能问题的核心。交换机往往是系统中延迟最低的点，其运行速度通常比所有其他网络组件快10到50倍。

虽然有优秀的软件可以帮助解决网络性能问题，但大多数软件只能看到广播和多播流量。这很公平，因为许多性能问题是由不受约束的多播流量或过多的广播流量引起的。如果出于任何原因需要检查单播流量，端口镜像是唯一的方法。

那么，是否存在可以使用非托管交换机的情况呢?是的，只要网络上没有多播流量。在只有少数设备的非常小、简单的网络上，许多人仍然会使用非管理型交换机。有时他们会采取半步措施，将两者结合起来，将一些远程设备放在非管理型交换机上，然后将其馈送到管理型交换机。

对于多于几个节点的网络来说，如果成本不是主要问题，那么使用托管交换机，这通常是一个更好的选择。

分析仪和监视器

一旦网络组装完成，您将需要一种维护和监视它的方法。很容易创建意想不到的交叉连接，使工厂车间过程网络暴露于意想不到的广播流量，有时只是将交换机1上的端口“a”连接到交换机2上的端口“B”。虽然财务部门的Joe可能会很高兴，因为他可以直接将生产数据从控制系统转移到他的电子表格中，但这样做可能会允许Sheila在会计方面的新应用程序广播流量，这会减慢您的工厂车间图形终端的速度。

当最终出现问题时，您可以使用几种类型的软件来帮助管理事情。为了深入了解特定端口，Wireshark(以前称为Ethereal)是一个流行的免费开源数据包分析器，可以在大多数常见平台上运行。还有许多其他类似的产品，开源的和商业的，具有各种通常用于包分析的特性集和优点。作为一个类，它们提供数据包级别的数据捕获，从而可见特定网络节点上的流量性质。

有时需要对你的网络有一个广阔的视野。网络流量监控产品主机可以从HP network Management(以前称为HP OpenView)、SolarWinds、network Vision以及更多供应商那里获得。每一个都提供了一个很好的整体网络流量视图。使用这类产品，可以快速查看哪些设备可能产生过多的流量或广播风暴，哪些设备正在请求大文件，哪些节点可能有连接问题，或者哪些节点响应缓慢。作为一个类，它们还有助于识别和记录网络上的所有设备。

基础设施连接

工业网络可以是一件美好的事情。如果做得正确，它可以促进工厂车间和董事会之间的信息流动。它是您的核心基础设施支柱的一部分，使您的组织的许多效率和信息技术(It)计划成为可能。遵循这里概述的要点，将使工业网络在未来几年达到最佳性能。

- David McCarthy是TriCore Inc.的总裁兼首席执行官。www.tricore.com．CFE Media内容经理Mark T. Hoske编辑，控制工程和工厂工程、mhoske@cfemedia.com．

TriCore的网络工程经理Mike Robbins将在控制工程工业以太网最佳实践网络广播．

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