【正文】 N配置 25 赫斯曼全網(wǎng)診斷軟件使用界面 31 掃描顯示界面 32 拓補功能界面 33 拓補搜索功能界面 34 拓補“網(wǎng)絡云”顯示 34 網(wǎng)絡異常拓補顯示 35 網(wǎng)絡異常恢復拓補顯示 35 交換機信息查詢界面 36 交換機端口信息查詢界面 37 鏈路流量查詢界面 37 鏈路流量報警 38 控制站故障/恢復拓補圖變化 39 交換機故障/恢復拓補圖變化 40表目錄 曼交換機簡單硬件測試 9 FA層網(wǎng)絡地址分配范圍表 11 CA層網(wǎng)絡地址分配范圍表 13 三交換機簡要架構VLAN配置表 21 三交換機簡要架構Ping測試 21 交換機各端口可通過VLAN表 23 不同區(qū)域間數(shù)據(jù)隔離測試記錄表 26 VLAN配置下各區(qū)域操作測試結(jié)果 28 交換機的CPU負荷的測試記錄 29 掃描時間測試記錄表 32 交換機診斷測試記錄表 38 網(wǎng)絡連接診斷測試記錄表 4114浙江大學碩士學位論文 第1章 緒論第1章 緒論計算機網(wǎng)絡，從20世紀50年代發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有60年左右的歷程。這樣的網(wǎng)絡，規(guī)模往往比較大。以太網(wǎng)具有高速低耗的特點，而且其支持所有常用的網(wǎng)絡協(xié)議，標準較易統(tǒng)一。 VLAN技術虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術，是一種在不受網(wǎng)絡物理位置限制情況下將網(wǎng)絡劃分成多個邏輯子網(wǎng)的技術。由于劃分后的VLAN，相互之間不能直接進行數(shù)據(jù)通信，而要依靠三層交換機的技術，通過交換機設備來進行通信，這就在某種程度上對各VLAN內(nèi)的數(shù)據(jù)起到了一定的保護作用，從而有效提高安全性[5]；。而隨著工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，項目節(jié)點的數(shù)量增加，工業(yè)網(wǎng)絡規(guī)模呈現(xiàn)出不斷擴大的趨勢。 發(fā)展與現(xiàn)狀 冗余網(wǎng)絡模式的發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)過程中，即使做到再精密的檢測管理，也不能保證設備的運行、數(shù)據(jù)的通信百分之百不出現(xiàn)故障或是異常。確保在主交換機因故障停止工作時，備份交換機可以取代其作為新的主交換機繼續(xù)工作；而當備份交換機失效或者變成主交換機時，另一個交換機將自動成為備份交換機[9]。控制網(wǎng)和信息網(wǎng)的集成，使得針對控制網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控功能成為可能。合理的VLAN劃分，不僅能提高網(wǎng)絡的性能及安全性，還利于管理人員對全網(wǎng)的管理操作。現(xiàn)在的網(wǎng)絡診斷模式通常以網(wǎng)絡原理、網(wǎng)絡配置和網(wǎng)絡運行的知識為基礎，從故障現(xiàn)象出發(fā)，通過一些網(wǎng)絡診斷工具來獲取診斷信息，從而確定網(wǎng)絡故障點，恢復網(wǎng)絡正常運行[17]。 VLAN的劃分工業(yè)現(xiàn)場，會有許多各種功能不同的設備儀表。這類軟件，雖各有利弊，但總體上都能達到對整個網(wǎng)絡有效的監(jiān)控管理。隨后分別介紹了相關的研究背景與研究內(nèi)容，國內(nèi)外針對該領域所取得的成果以及存在的問題。 整體架構及IP地址規(guī)劃工業(yè)項目中，主要分為現(xiàn)場和控制室兩塊。此外，在防火墻的保護下，企業(yè)生產(chǎn)信息網(wǎng)絡也可以接入該交換機，實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡化管理。用來記錄存儲數(shù)據(jù)的信息網(wǎng)，和控制器沒有直接連接，不需要進行冗余。這“縱向”的三層網(wǎng)絡，和A網(wǎng)、B網(wǎng)、C網(wǎng)“橫向”的三層網(wǎng)絡，組成了“三橫三縱”的設計模式，構建起了網(wǎng)絡的主要架構。因此，在交換機的選擇上，本文選用赫斯曼MACH100和MACH1000系列快速以太網(wǎng)工作組交換機。通過測試點測試項測試方法及要求實測數(shù)據(jù)和結(jié)果結(jié)論供電冗余功能測試供電冗余功能測試兩路冗余供電電源同時供電時，交換機應正常工作，實時數(shù)據(jù)通訊無異常；任意一路單獨工作的情況下，交換機應正常工作，實時數(shù)據(jù)通訊無異常；兩路供電電源進行冗余切換的時候，交換機應正常工作，實時數(shù)據(jù)通訊無異常；在測試過程中，觀察網(wǎng)絡是否有丟包。FA層的交換機，將直接級聯(lián)到上層CA層交換機，供上層設備進行遠程控制管理。FA層交換機設備的IP地址同樣也根據(jù)域編號來劃分。由于該層主要是對FA層進行操控的，所以在FA層設備較多時，該層的操作站也勢必增加。 CA層網(wǎng)絡地址分配范圍表區(qū)域PC設備地址交換機地址CA1A網(wǎng)~254B網(wǎng)~254C網(wǎng)~254CA2A網(wǎng)~254B網(wǎng)~254C網(wǎng)~254 TA層詳細網(wǎng)絡構建如圖所示，TA層是整個網(wǎng)絡架構的核心。 TA層詳細網(wǎng)絡架構在IP地址分配上。本章節(jié)主要通過圖表，將先后介紹赫斯曼交換機的VLAN技術方案，赫斯曼交換機VLAN的配置方法，以及設計中項目的整體VLAN劃分。所以赫斯曼VLAN技術方案成為了VLAN劃分的首選方案。區(qū)域1內(nèi)的計算機。 赫斯曼交換機登錄頁面3. 設置VLAN模式為共享VLAN模式：，選擇左邊欄目的配置選項“Switching”“VLAN”“Global”，在顯示的“VLAN Global”配置頁面中，選擇“Mode”為“Shared VLAN”,然后點擊“Set”按鈕臨時保存。點擊“Set”按鈕臨時保存。 ID 配置頁面均可發(fā)現(xiàn)，之前的配置均已經(jīng)存在。 項目VLAN劃分設計以第二章的網(wǎng)絡架構設計模式和三交換機簡要架構的VLAN配置模式為基礎，針對工業(yè)控制項目的特點。 石化項目網(wǎng)絡架構拓補圖根據(jù)上述分析，區(qū)域1內(nèi)，將只有VLAN11的數(shù)據(jù)，區(qū)域3和區(qū)域5同區(qū)域1。（相同顏色即表示屬于同一個VLAN）。 各區(qū)域數(shù)據(jù)隔斷和總工程師域數(shù)據(jù)集中管理測試對五個區(qū)域的交換機和核心交換機進行VAN配置，針對區(qū)域2和區(qū)域4內(nèi)部分跨區(qū)域數(shù)據(jù)先加以規(guī)避，以此來檢驗無跨域情況下各區(qū)域數(shù)據(jù)隔斷和總工程師域數(shù)據(jù)集中管理的基本功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。在FA3中，ping FA1存在的地址，沒法ping通。：在某個區(qū)域進行網(wǎng)絡故障，如環(huán)網(wǎng)、異常節(jié)點接入，觀察發(fā)生故障的區(qū)域有故障診斷、報警指示、運行異常，而其它區(qū)域不受影響。，操作站與GPS的21網(wǎng)同步，而此時區(qū)域內(nèi)的軟件時鐘同步服務器無法與GPS同步。： VLAN配置下各區(qū)域操作測試結(jié)果區(qū)域測試節(jié)點所在交換機組態(tài)管理實時數(shù)據(jù)讀寫歷史數(shù)據(jù)查詢實時診斷全局組態(tài)同步組態(tài)下載、調(diào)試組態(tài)發(fā)布監(jiān)控畫面、面板趨勢、過程報警、系統(tǒng)報警、操作記錄、故障診斷系統(tǒng)報警、過程報警、故障診斷時鐘同步　程序、位號、流程圖的多人組態(tài)組態(tài)下載、程序連接調(diào)試、位號聯(lián)機調(diào)試、下載記錄1SWHFA1√√√√√√√SWHCA1√√√√√√√核心交換機√√√√√√√2SWHFA21√√√√√√√SWHFA22√√√√√√√SWHCA2√√√√√√√核心交換機√√√√√√√3SWHFA3√√√√√√√SWHCA3√√√√√√√核心交換機√√√√√√√4SWHFA4√√√√√√√SWHCA4√√√√√√√核心交換機√√√√√√√5SWHFA5√√√√√√√SWHFA2（屬于FAR5的端口）√√√√√√√SWHFA4（屬于FAR5的端口）√√√√√√√SWHCCR5√√√√√√√核心交換機√√√√√√√測試證明，在本文提出的基于赫斯曼交換機的VLAN配置下，同一個區(qū)域組態(tài)工程中的組態(tài)管理、監(jiān)控系統(tǒng)、時鐘同步等功能運行正常；不同區(qū)域工程之間的系統(tǒng)運行互不影響，且不支持相互訪問；總工程師域可以對所有區(qū)域工程進行組態(tài)、監(jiān)控等操作，全局時鐘同步也運行正常。然后，通過一個簡單模型進一步分析工業(yè)項目中一端口多VLAN和Cross VLAN的配置方式。一旦有異常，都能通過全網(wǎng)診斷軟件得知，并分析出可能的異常情況，從而及時派人排除故障。該軟件安裝快捷使用簡便，用戶可以像瀏覽文件夾結(jié)構那樣瀏覽網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡設備列表。 掃描顯示界面掃描過程會占用一定的內(nèi)存，若掃描時間過長，所占用網(wǎng)絡監(jiān)控站設備的內(nèi)存時間也勢必增加，這是設計中所不希望的。雖然此方法，若有不在掃描范圍內(nèi)的IP地址設備接入到網(wǎng)絡中時，通過診斷軟件無法做到實時診斷，但相比龐大的IP地址造成網(wǎng)絡監(jiān)控站負荷過重，要可靠許多。這種情況，在軟件使用過程中經(jīng)常在第一次生成正確的拓撲后再次點擊修正拓撲時可能會出現(xiàn)，不過經(jīng)一次或多次修正后便能恢復，自動正確顯示網(wǎng)絡拓撲。 交換機信息查詢界面在選擇中拓補圖中的交換機設備后，在該交換機的子菜單中，還可以查看到各端口的使用情況以及過載負載情況。其次，兩者的報警是瞬時流量報警，默認30秒輪詢時間，檢測該端口或鏈路上的網(wǎng)絡流量負荷是否超限。操作站故障/恢復拓補圖變化和控制站相似。通過一系列針對赫斯曼全網(wǎng)診斷軟件的使用情況及測試情況，我們可以發(fā)現(xiàn)，該軟件能較為全面的監(jiān)控診斷工業(yè)以太網(wǎng)絡及各交換機設備情況。不過最為關鍵，也是關乎到全網(wǎng)診斷軟件在工業(yè)控制網(wǎng)絡發(fā)展前景的一點，就是是否能在對以太網(wǎng)絡進行診斷的同時，針對DCS控制器設備根據(jù)項目實際情況加以診斷。今后，在網(wǎng)絡監(jiān)控站，不僅能通過網(wǎng)路拓撲圖查看到交換機信息、鏈路信息，更可以點擊控制器設備，查看控制器的使用情況。該方案包含了以太網(wǎng)框架的構建，VLAN的劃分以及全網(wǎng)診斷軟件使用分析三個主要內(nèi)容。最后統(tǒng)一對“三橫三縱”的以太網(wǎng)絡架構規(guī)劃IP地址。而操作管理人員，通過該網(wǎng)絡，也能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)項目的數(shù)字化管理。簡單的說，全網(wǎng)診斷軟件只能識別出這是一個帶IP地址的設備，究竟其是什么設備，全網(wǎng)診斷軟件無法獲取相關信息也就無從知曉。這種報警就有誤報警的傾向，在實際項目應用中，這種情況是需要加以規(guī)避的。診斷軟件始終無法掃描/識別新增或后檢測到的沖突設備設備名稱沖突交換機、控制器、電腦等設備的名稱沖突無可修改拓撲圖中交換機、控制器、電腦的名稱//某節(jié)點子網(wǎng)掩碼錯誤，設備及其相連鏈路顯示紅色；恢復后待確認顯示綠色/拓撲圖，事件報警/，無///鏈路連接異常網(wǎng)線的連接端口變化（端口A換成端口B）相應線路及設備顯示紅色；新端口連接上正常通信后設備成待確認狀態(tài)顯示綠色，端口對應鏈路仍為紅色，重新接入原端口后恢復待確認狀態(tài)顯示綠色。網(wǎng)絡拓撲圖中能正確顯示并區(qū)分故障后、故障恢復后、故障恢復狀態(tài)確認后的狀態(tài)，并有相關事件報警。這兩個指標默認設置的報警和嚴重警告的門限值為10%和20%。鍵入用戶名：admin 和密碼:private。在測試過程中，“網(wǎng)絡云”情況。這也就為減少掃描時間提供了基礎。掃描上來的設備，默認顯示其IP地址，當然也可以手動對其進行命名，以便管理。對于不支持LLDP協(xié)議的終端設備，在拓撲上可以顯示，但無法獲得顯示設備詳細信息。全網(wǎng)診斷軟件將被安裝在連接核心交換機的一至兩臺電腦上，被稱為網(wǎng)絡監(jiān)控站。其中MACH10420TXFR交換機的CPU負荷較高，配置VLAN前后的CPU負荷都超過50%，但數(shù)據(jù)交換功能不受影響。加入?yún)^(qū)域2和區(qū)域4內(nèi)跨域的數(shù)據(jù)，進行詳細的通訊測試。，時鐘同步服務器接入21網(wǎng)和23網(wǎng)，此時，各區(qū)域時鐘同步功能正常。：進行組態(tài)下載，組態(tài)發(fā)布等操作，觀察每個區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)運行是否正常，觀察各個區(qū)域之間操作、運行相互獨立、互不影響。 不同區(qū)域間數(shù)據(jù)隔離測試記錄表操作域抓包節(jié)點數(shù)據(jù)包測試結(jié)果FA3沒有發(fā)現(xiàn)FA1的數(shù)據(jù)包。 TA層交換機VLAN配置 項目VLAN測試由于在該設計中，不同裝置的操作節(jié)點、控制站連接在同一個交換機上，采用VLAN方案實現(xiàn)裝置間的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)隔離和總工程師域?qū)Χ嗵籽b置的集中管理。 交換機各端口可通過VLAN表區(qū)域?qū)哟纹胀ǘ丝诩壜?lián)口（均屬VLAN1）區(qū)域1FA層VLAN11VLAN11CA層VLAN11VLAN11區(qū)域2FA層VLAN12或VLAN15VLAN12和VLAN15CA層VLAN12VLAN12和VLAN15區(qū)域3FA層VLAN13VLAN13CA層VLAN13VLAN13區(qū)域4FA層VLAN14或VLAN15VLAN14和VLAN15CA層VLAN14VLAN14和VLAN15區(qū)域5FA層VLAN15VLAN15CA層VLAN15VLAN15總工程室TA層VLAN11~VLAN15根據(jù)CA層級聯(lián)口決定最終，根據(jù)實際端口的連接情況，按照本文提出的設計方案，給出了示例中石化項目完整的赫斯曼VLAN配置參數(shù)。這些設備的數(shù)據(jù)信息將不屬于物理位置上所屬區(qū)域的VLAN，而全屬于區(qū)域5的VLAN15。該VLAN劃分模式，能實現(xiàn)工業(yè)控制項目中對網(wǎng)絡廣播域的基本要求，同時也利于對網(wǎng)絡的實際監(jiān)控管理。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，若此操作不進行，之前的配置臨時保存有效，但交換機一旦斷電重啟后，臨時保存的配置會全部丟失。如圖所示，該端口數(shù)據(jù)全部流向VLAN12，屬于VLAN1，該端口數(shù)據(jù)全部將打上標簽，進入上一級網(wǎng)絡。2. 通過赫斯曼公司提供的HiDiscovery軟件，或者在IE瀏覽器輸入交換機IP地址的方式，進入登陸頁面。所以，總工程師室所在域就屬于Cross VLAN，配置為VLAN1（VLAN1為交換機默認的網(wǎng)管VLAN，為配合赫斯曼全網(wǎng)診斷軟件的使用，故配置為VLAN1）。其中VLAN1即為Cross VLAN，VLANVLAN3為獨立的兩個VLAN，屬于Cross VLAN的主機A可與其他兩個VLAN的主