【正文】 工業(yè)以太網簡介： 工業(yè)以太網是基于IEEE (Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網絡。利用工業(yè)以太網，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內部互聯(lián)網(Intranet)，外部互聯(lián)網(Extranet)，以及國際互聯(lián)網(Internet) 提供的廣泛應用不但已經進入今天的辦公室領域，而且還可以應用于生產和過程自動化。繼10M波特率以太網成功運行之后，具有交換功能，全雙工和自適應的100M波特率快速以太網(Fast Ethernet，符合IEEE 的標準)也已成功運行多年。采用何種性能的以太網取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。為用戶帶來的利益 ：市場占有率高達80%，以太網毫無疑問是當今LAN(局域網)領域中首屈一指的網絡。以太網優(yōu)越的性能，為您的應用帶來巨大的利益： 通過簡單的連接方式快速裝配。 通過不斷的開發(fā)提供了持續(xù)的兼容性，因而保證了投資的安全。 通過交換技術提供實際上沒有限制的通訊性能。 各種各樣聯(lián)網應用，例如辦公室環(huán)境和生產應用環(huán)境的聯(lián)網。 通過接入WAN(廣域網)可實現公司之間的通訊，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于經過現場應用驗證的技術,SIMATIC NET已供應多于400,000個節(jié)點，遍布世界各地，用于嚴酷的工業(yè)環(huán)境，包括有高強度電磁干擾的區(qū)域。 工業(yè)以太網絡的構成 ：一個典型的工業(yè)以太網絡環(huán)境，有以下三類網絡器件：◆ 網絡部件 連接部件： FC 快速連接插座 ELS(工業(yè)以太網電氣交換機) ESM(工業(yè)以太網電氣交換機) SM(工業(yè)以太網光纖交換機) MC TP11(工業(yè)以太網光纖電氣轉換模塊) 通信介質：普通雙絞線，工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖 ◆ SIMATIC PLC控制器上的工業(yè)以太網通訊外理器。用于將SIMATIC PLC連接到工業(yè)以太網。 ◆ PG/PC 上的工業(yè)以太網通訊外理器。用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網。 工業(yè)以太網重要性能：為了應用于嚴酷的工業(yè)環(huán)境，確保工業(yè)應用的安全可靠，SIMATIC NET 為以太網技術補充了不少重要的性能： 178。 ，使用ISO和TCP/IP 通訊協(xié)議 178。 10/100M 自適應傳輸速率 178。 冗余24VDC 供電 178。 簡單的機柜導軌安裝 178。 方便的構成星型、線型和環(huán)型拓撲結構 178。 高速冗余的安全網絡， 秒 178。 用于嚴酷環(huán)境的網絡元件，通過EMC 測試 178。 通過帶有RJ45 技術、工業(yè)級的SubD 連接技術和安裝專用屏蔽電纜的Fast Connect連接技術，確?，F場電纜安裝工作的快速進行 178。 簡單高效的信號裝置不斷地監(jiān)視網絡元件 178。 符合SNMP(簡單的網絡管理協(xié)議) 178。 可使用基于web 的網絡管理 178。 使用VB/VC 或組態(tài)軟件即可監(jiān)控管理網絡。工業(yè)以太網冗余原理引言 在一個橋接的局域網里，為了增強可靠性，必然要建立一個冗余的路徑，網段會用冗余的網橋連接。但是，在一個透明橋橋接的網絡里，存在冗余的路徑就能建立一個橋回路，橋回路對于一個局域網是致命的。它會帶來如下問題： 因此，在交換網絡中必須有一個機制來阻止回路。生成樹協(xié)議 ，在IEEE ，可以用來消除橋回路。它的工作原理是這樣的：生成樹協(xié)議定義了一個數據包，叫做橋協(xié)議數據單元BPDU（Bridge Protocol Data Unit）。網橋用BPDU來相互通信，并用BPDU的相關機能來動態(tài)選擇根橋和備份橋。但是因為從中心橋到任何網段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除。 在一個生成樹環(huán)境里，橋不會立即開始轉發(fā)功能，它們必須首先選擇一個橋為根橋，然后建立一個指定路徑。在一個網絡里邊擁有最低橋ID的將變成一個根橋，全部的生成樹網絡里面只有一個根橋。根橋的主要職責是定期發(fā)送配置信息，然后這種配置信息將會被所有的指定橋發(fā)送。這在生成樹網絡里面是一種機制，一旦網絡結構發(fā)生變化，網絡狀態(tài)將會重新配置。 當選定根橋之后，在轉發(fā)數據包之前，它們必須決定每一個網段的指定橋，運用生成樹的這種算法，根橋每隔2秒鐘從它所有的端口發(fā)送BPDU包，BPDU包被所有的橋從它們的根端口復制過來，根端口是接根橋的那些橋端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST，網絡管理員分配端口的COST到所有的橋端口，當根橋發(fā)送BPDU的時候，根橋設置它的端口值為零。然后沿著這條路徑，下一個橋增加它的配置端口COST為一個值，這個值是它接收和轉發(fā)數據包到下一個網段的值。這樣每一個橋都增加它的端口的COST值為它所接收的BPDU的包的COST值，所有的橋都檢測它們的端口的COST值，擁有最低端口的COST值的橋就變?yōu)榱酥付ǖ臉?。擁有比較高端口COST值的橋置它的端口進入阻塞狀態(tài)，變?yōu)榱藗浞輼?。在阻塞狀態(tài)，一個橋停止了轉發(fā)，但是它會繼續(xù)接收和處理BPDU數據包。 IEEE （Spanning Tree Algorithm，STA），這是一種確保轉發(fā)循環(huán)永遠不會發(fā)生的機制。 STA使用網橋協(xié)議數據單元（Bridge Protocol Data Units，BPDU），自動配置網橋上處于轉發(fā)或阻塞狀態(tài)的獨立端口。BPDU是網橋發(fā)送到一個已保存的多播MAC地址（對于以太網，這個地址是0180C2000000）的消息，所有透明網橋都會偵聽該地址。在阻塞狀態(tài)下，端口不會獲悉或轉發(fā)已接收到的幀。STA的最終結果是一個無循環(huán)的橋接環(huán)境，不管局域網網段拓撲結構是否改變，這個環(huán)境總是一直存在。生成樹算法,決定了網絡鏈路故障恢復時間,最少不低于15秒。生成樹的狀態(tài): 運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口，總是處于下面五個狀態(tài)中的一個：阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路，由生成樹確定哪個端口切換為轉發(fā)狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉發(fā)數據幀但可接受BPDU。監(jiān)聽：不轉發(fā)數據幀，但檢測BPDU（臨時狀態(tài)）。學習：不轉發(fā)數據幀，但學習MAC地址表（臨時狀態(tài)）。轉發(fā)：可以傳送和接受數據數據幀。禁用：通常由于端口故障或交換機配置錯誤引起.SupremeRing協(xié)議 SupremeRing協(xié)議是在工業(yè)以太網使用的冗余機制。SupremeRing協(xié)議和生成樹協(xié)議有點相似，SupremeRing協(xié)議也定義了一種數據包，稱為HELLO包，又稱為WD包（Watch Dog Packets)。交換機之間用HELLO包通信，在主交換機上動態(tài)選擇主鏈路和備份鏈路。但是因為從中心橋到任何網段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除。 在工業(yè)冗余環(huán)網網絡環(huán)境里,交換機不會立即開始轉發(fā)功能,主交換機(Local)由手動指定,選擇主鏈路和備份鏈路建立一個指定路徑,由SupremeRing協(xié)議自動指定。一個工業(yè)冗余環(huán)網網絡里面只能有一個主交換機(Local)。主交換機(Local)會定期發(fā)送配置信息，這種配置信息將會被所有的從交換機（Remote）發(fā)送。一旦網絡結構發(fā)生變化，網絡狀態(tài)將會重新配置。 當指定主交換機(Local)之后，在轉發(fā)數據包之前，所有端口都以阻塞方式啟動。運用SupremeRing算法，主交換機(Local)選擇最低COST值的端口作為主鏈路，另一條COST值高的端口作為備份鏈路。備份鏈路不轉發(fā)數據，只接收和處理HELLO包，處于熱備（Hot Standby）狀態(tài)。從交換機（Remote）沒有主鏈路和備份鏈路的區(qū)別。SupremeRing協(xié)議是一種簡潔高效的冗余協(xié)議，能夠保證環(huán)網在鏈路故障時，在300ms之內恢復網絡通信。SupremeRing的狀態(tài)： 運行SupremeRing協(xié)議的交換機上的端口，總是處于下面四個狀態(tài)中的一個：阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉發(fā)數據幀但可接受HELLO包。熱備：不轉發(fā)數據幀，但學習MAC地址表，在主鏈路故障時，在300ms之內，立刻進入轉發(fā)狀態(tài)。轉發(fā)：可以傳送和接受數據數據幀。 禁用：通常由于端口故障或交換機配置錯誤引起。結束語：工業(yè)網絡環(huán)境需要快速反應冗余機制，生成樹協(xié)議的15秒恢復時間，不能滿足工業(yè)環(huán)境要求。只有采用SupremeRing協(xié)議才是工業(yè)網絡環(huán)境的最佳冗余機制。IEEE 功能強大、可靠的網絡需要有效地傳輸流量，提供冗余和故障快速恢復功能。在第二層網絡中，路由協(xié)議不可用，生成樹協(xié)議通過從網格化物理拓撲結構而構建一個無環(huán)路邏輯轉發(fā)拓撲結構，提供了冗余連接，消除了數據流量環(huán)路的威脅。原始生成樹協(xié)議 IEEE 通常在 50 秒內就可以恢復一個鏈接故障 [ 融合時?= （ 2xForward_Delay ） +Max_Age] 。當設計此協(xié)議時，這種停機還是可接受的，但是當前的關鍵任務應