以太网原理和基础技术3
日期：2008-9-5 0:14:26 来源：本站整理
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工业通讯的设定
下列内容将介绍快速以太网标准的背景和如何工作，未来的工业网络将离不开快速以太网和交换技术：
快速以太网之所以得到成功的原因在上面的内容已经介绍，它跟10Mbps的以太网相比有很多相似之处，也正是在以太网一步一步拓展的基础上诞生的，而没有更多新生的，完全不一样的技术。成本和费用在100Mbps技术中也得到了理想的控制。
网络分段
网络之所以可以工作的重要因素在于构建网络段。一个网络可以被分为不同的网络段，各个网络段与交换机连接。如果需要的话，每个终端设备也可以直接与交换机相连。SIMATIC NET交换机（比如ESM—电气交换模块）可以将10Mbps的网络段与100Mbps的网络段连接为一体。
使用ESM对网络进行分段：
交换机可以连接不同速率的网络段，也可以同时处理多路数据包。
独立网络
ESM可以将每个节点单独连接起来，每个节点单独工作。
ESM的功能类似一个多路复用器：
100Mbps总线型拓扑链路
100Mbps技术的使用起初是为了在网络中建立快速链路。当然，现存的10Mbps终端设备和网络元件依然可以建立快速链路，它们没有什么大的区别。但如果需要的话，可以将这些设备直接接入到100Mbps的网络中。
SIMATIC NET提供了OSM（光电交换模块）和ESM（电气交换模块）。这意味着用户可以通过光纤或双绞线来配置高性能的100Mbps网络的链路。
OSM是一种网络元件，带有2个100Mbps光纤接口和6个10/100Mbps接口。工业双绞线（D型口）和双绞线（RJ45）也可与OSM一起使用。100Mbps链路通过光纤口配置而成。终端设备或现存的网络段（比如来自OLM的工业以太网）能够连接到10/100Mbps的接口上。数据传输速率可以根据所连接的各装置的容量而自动调节。
总线型拓扑结构中用100Mbps光纤构建的链路：
ESM是一种全电气化的网络元件，带有8个10/100Mbps接口。工业双绞线（D型口）和双绞线（RJ45）也可与ESM一起使用。10Mbps链路通过2个双绞线接口配置而成。终端设备或现存的网络段（比如来自OLM的工业以太网）能够连接到10/100Mbps的接口上。
总线型拓扑结构中用100Mbps双绞线构建的链路：
新式网络拓扑的设计
传统的网络结构比如总线型或星型，它们通讯的基本需求在工业环境下不能完全满足。拓扑结构必须保证网络的可靠性和安全性，不能让任何干扰影响到生产系统或控制系统。生产的中断直接带来巨大的成本支出。因此，我们需要有一种可以监测故障，保证通讯可靠性的冗余网络。SIMATIC NET网络元件中的光电交换模块（OSM）和电气交换模块（ESM）满足上述要求，并且提供了各种可能性来配置一个冗余网络拓扑结构。
带有交换机的环型冗余结构
SIMATIC NET的OSM和ESM在1999年2月投入市场，它们第一次使配置100Mbps带有冗余环的以太网成为可能。冗余环包含了多路复用技术的优点。环状结构可以用很低的成本，尽可能大的扩大网络的范围，只需要多加一根电缆，就可以扩展网络。此外，环型结构—与总线结构相比—在一定情况下可以管理两个同时发生的故障。用光纤构建的环型网络还具备光纤所特有的EMC特性。这种网络拓扑结构由于OSM和ESM的产生而变得非常容易实现。因此，ORM凭借能够快速配置冗余而具有很大需求，该功能在新的工业以太网交换机中几乎全部被采用。环型冗余管理器通过DIP开关可以在模块中激活。
由光纤构建的环型冗余结构的交换网络：
带有OSM和ESM的快速冗余
在工业网络中，生成树协议并不十分适合，因为生成树原则需要很长响应时间。因此一个SIMATIC NET交换机创造了一种新的配置过程，该过程可以产生非常快的冗余。 在OSM或ESM中的冗余通过RM或环被控制。它保证在由50个OSMs或ESMs组成的环结构中，由于故障而需要重新配置网络的时间小于0.3秒。
这种技术可以不用更换现有的各种应用软件。这是非常重要的一点，特别是在工业通讯中！在工业中，自动化任务的工作很少采用无线方式通讯，在不同的自动化系统中通常都是有线方式进行逻辑连接，这就要时刻对这些设备进行维护。
快速冗余技术保证这些逻辑连接不会被中断，通讯也不会瘫痪。
大型网络扩展
在两个OSM之间，如果使用多模光纤，最长距离可以达到3000m 。在包含50个OSM的环型冗余结构中，可以延长到150km 。
当使用新型OSM-LDs（LD代表long distance）和单模光纤时，两个模块间的距离甚至可以达到40km 。这就意味着包含50个OSM-LD的环型冗余结构，延展距离为2000km 。
环型结构的等级
在实际应用中，有时不需要整个网络的全部装置都参与工作，可能只需一部分元件执行命令。网络的结构可以按照需要而分成一个个子网。使用OSM，ESM和OLM这些工业以太网元件，就可以将网络分隔成不同结构的子网。
环型冗余或网段可以用OSM和ESM进行分隔。同样，在一个环型中的两个OSM或ESM通过后备接口可以进行冗余连接。在环型冗余连接中，一方为主动方，剩下的连接为后备方。两个模块为了交换状态信息也相互连接。如果在主动方出现故障，系统会在0.3秒内自动将网络连接切换至后备方连接。
环型结构的等级：
这种拓扑结构在主环型网络中，产生了子环型网。
互联协议TCP/IP
TCP/IP表示两种不同的协议。IP协议（Internet Protocol）是一种基于Internet的协议。IP协议实现的是数据包在Internet中不同网络间的传输。TCP协议（Transmission Control Protocol）基于IP协议，起协调数据传输的作用。Internet连接着各种网络，这些网络并非一定是以太网络。为了能够从各网络中提取出数据，IP协议成为通讯中的基础。因此，要具有下列特性：
·能够获得所有网络的地址
·能够在整个网络范围内传送数据包
寻址
为了清楚的分辨出Internet中的所有参与者，IP协议定义了一种寻址方式，这种方式的优先级高于以太网的MAC寻址方式，被称为IP地址。它包含了32个位，这些位由点号被分配成4个相互独立的字节（比如 139.6.138.20）。大部分的IP地址都是开放的。这些地址从中央机构发布至互联网的参与者或大型企业中。除了开放的地址，还有一部分地址是私人的，并不公开发放。
私人IP地址10.0.0 .1 - 10.255.255.254
172.16.0.1 - 172.31.255.254
plcjs.技.术_网
工业通讯的设定
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
下列内容将介绍快速以太网标准的背景和如何工作，未来的工业网络将离不开快速以太网和交换技术：
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快速以太网之所以得到成功的原因在上面的内容已经介绍，它跟10Mbps的以太网相比有很多相似之处，也正是在以太网一步一步拓展的基础上诞生的，而没有更多新生的，完全不一样的技术。成本和费用在100Mbps技术中也得到了理想的控制。
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网络分段
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网络之所以可以工作的重要因素在于构建网络段。一个网络可以被分为不同的网络段，各个网络段与交换机连接。如果需要的话，每个终端设备也可以直接与交换机相连。SIMATIC NET交换机（比如ESM—电气交换模块）可以将10Mbps的网络段与100Mbps的网络段连接为一体。
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使用ESM对网络进行分段：
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交换机可以连接不同速率的网络段，也可以同时处理多路数据包。
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独立网络
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ESM可以将每个节点单独连接起来，每个节点单独工作。
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ESM的功能类似一个多路复用器：
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100Mbps总线型拓扑链路
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100Mbps技术的使用起初是为了在网络中建立快速链路。当然，现存的10Mbps终端设备和网络元件依然可以建立快速链路，它们没有什么大的区别。但如果需要的话，可以将这些设备直接接入到100Mbps的网络中。
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SIMATIC NET提供了OSM（光电交换模块）和ESM（电气交换模块）。这意味着用户可以通过光纤或双绞线来配置高性能的100Mbps网络的链路。
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OSM是一种网络元件，带有2个100Mbps光纤接口和6个10/100Mbps接口。工业双绞线（D型口）和双绞线（RJ45）也可与OSM一起使用。100Mbps链路通过光纤口配置而成。终端设备或现存的网络段（比如来自OLM的工业以太网）能够连接到10/100Mbps的接口上。数据传输速率可以根据所连接的各装置的容量而自动调节。
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总线型拓扑结构中用100Mbps光纤构建的链路：
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ESM是一种全电气化的网络元件，带有8个10/100Mbps接口。工业双绞线（D型口）和双绞线（RJ45）也可与ESM一起使用。10Mbps链路通过2个双绞线接口配置而成。终端设备或现存的网络段（比如来自OLM的工业以太网）能够连接到10/100Mbps的接口上。
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总线型拓扑结构中用100Mbps双绞线构建的链路：
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新式网络拓扑的设计
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传统的网络结构比如总线型或星型，它们通讯的基本需求在工业环境下不能完全满足。拓扑结构必须保证网络的可靠性和安全性，不能让任何干扰影响到生产系统或控制系统。生产的中断直接带来巨大的成本支出。因此，我们需要有一种可以监测故障，保证通讯可靠性的冗余网络。SIMATIC NET网络元件中的光电交换模块（OSM）和电气交换模块（ESM）满足上述要求，并且提供了各种可能性来配置一个冗余网络拓扑结构。
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带有交换机的环型冗余结构
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SIMATIC NET的OSM和ESM在1999年2月投入市场，它们第一次使配置100Mbps带有冗余环的以太网成为可能。冗余环包含了多路复用技术的优点。环状结构可以用很低的成本，尽可能大的扩大网络的范围，只需要多加一根电缆，就可以扩展网络。此外，环型结构—与总线结构相比—在一定情况下可以管理两个同时发生的故障。用光纤构建的环型网络还具备光纤所特有的EMC特性。这种网络拓扑结构由于OSM和ESM的产生而变得非常容易实现。因此，ORM凭借能够快速配置冗余而具有很大需求，该功能在新的工业以太网交换机中几乎全部被采用。环型冗余管理器通过DIP开关可以在模块中激活。
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由光纤构建的环型冗余结构的交换网络：
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带有OSM和ESM的快速冗余
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在工业网络中，生成树协议并不十分适合，因为生成树原则需要很长响应时间。因此一个SIMATIC NET交换机创造了一种新的配置过程，该过程可以产生非常快的冗余。 在OSM或ESM中的冗余通过RM或环被控制。它保证在由50个OSMs或ESMs组成的环结构中，由于故障而需要重新配置网络的时间小于0.3秒。
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这种技术可以不用更换现有的各种应用软件。这是非常重要的一点，特别是在工业通讯中！在工业中，自动化任务的工作很少采用无线方式通讯，在不同的自动化系统中通常都是有线方式进行逻辑连接，这就要时刻对这些设备进行维护。
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快速冗余技术保证这些逻辑连接不会被中断，通讯也不会瘫痪。
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在两个OSM之间，如果使用多模光纤，最长距离可以达到
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环型结构的等级
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在实际应用中，有时不需要整个网络的全部装置都参与工作，可能只需一部分元件执行命令。网络的结构可以按照需要而分成一个个子网。使用OSM，ESM和OLM这些工业以太网元件，就可以将网络分隔成不同结构的子网。
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环型冗余或网段可以用OSM和ESM进行分隔。同样，在一个环型中的两个OSM或ESM通过后备接口可以进行冗余连接。在环型冗余连接中，一方为主动方，剩下的连接为后备方。两个模块为了交换状态信息也相互连接。如果在主动方出现故障，系统会在0.3秒内自动将网络连接切换至后备方连接。
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环型结构的等级：
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这种拓扑结构在主环型网络中，产生了子环型网。
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互联协议TCP/IP
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TCP/IP表示两种不同的协议。IP协议（Internet Protocol）是一种基于Internet的协议。IP协议实现的是数据包在Internet中不同网络间的传输。TCP协议（Transmission Control Protocol）基于IP协议，起协调数据传输的作用。Internet连接着各种网络，这些网络并非一定是以太网络。为了能够从各网络中提取出数据，IP协议成为通讯中的基础。因此，要具有下列特性：
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·能够获得所有网络的地址
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·能够在整个网络范围内传送数据包
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寻址
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为了清楚的分辨出Internet中的所有参与者，IP协议定义了一种寻址方式，这种方式的优先级高于以太网的MAC寻址方式，被称为IP地址。它包含了32个位，这些位由点号被分配成4个相互独立的字节（比如 139.6.138.20）。大部分的IP地址都是开放的。这些地址从中央机构发布至互联网的参与者或大型企业中。除了开放的地址，还有一部分地址是私人的，并不公开发放。
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私人IP地址
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