工业以太网十大须知

图3 交换机允许多个碰撞域的存在

中继集线器可以与交换机端口相连。如果网络中都是交换机，则双绞线网段保持100米，但级联没有限制。在使用光纤前必须先注明是半、全双工。

中继型集线器与交换型集线器的对比

显然，交换机的性能比集线器提高一些，但集线器的优点是，容易理解，在任何一个端口都可以通过网络分析仪观测数据通讯。交换机则必须在某个端口实现广播发送方能测量。作为网桥，交换机存储、转发整个数据帧并引起了数据的延迟。集线器接收网络信号没有数据延迟。交换机级联还增加延时，因此，集线器和交换机在工业以太网中各有各的应用场合。

七、半双工、全双工

半双工意味着同一媒体的发送和接收是异步进行的。全双工则相反，有单独的发送和接收通路。全双工链路是扩展快速以太网（100Mbps）的关键。全双工的链接网段不能超过两个设备，可以是网卡或交换机端口。注意：不是中继型集线器端口，集线器没有全双工模式。这是因为集线器是碰撞域的一部分，它会加强其它端口接收的碰撞。只有两块网卡时可以实施全双工通讯，多于两块网卡时的全双工方式，必须考虑交换机。

10BASE-T、10BASE-FL有单独的发送和接收通路，根据网卡或交换机端口的复杂性，可以执行全双工。如果这些接口配置在半双工方式下，接收、发送的同步侦测会触发碰撞的侦测。同样的接口设置成全双工，由于全双工并不遵从共享型CSMA/CD规则，碰撞检测会被禁止。

全双工链接的配置要正确。当站点配置在全双工方式下，站点或交换型集线器的端口以忽略CSMA/CD协议的方式发送帧。如果另一端设置在半双工方式下，它会侦测出碰撞并引发其它问题出现，如CRC出错，网络的速度下降，快速以太网的优势消失。

如前所述，由于碰撞的原因，100Mbps下的网络范围有所缩小。对于双绞线网段和交换端口来说，网段的最长距离是100米（在碰撞域范围内）。问题是在光纤端口上，对于多模光纤来说，网段的长度是2公里；对于单模光纤来说，是15公里。半双工方式下，受碰撞域限制，网段距离为412米。因此，只有在全双工模式下（CSMA/CA被忽略），光纤网段的延伸才能达到极限。

快速以太网方式下，推荐使用交换机技术。快速以太网下的光纤端口，建议使用全双工。

八、自动协商

随着快速以太网使用广泛、与传统以太网相似的接线规则，IEEE802.3u建议自动配置快速以太网,使得传统以太网端口能与其它快速以太网端口工作。该配置协议基于National Semiconductor’s NWay标准。双绞线链路自动进行速度匹配，以利于数据通讯的进行。该方案适用于双绞线链接。光纤的情况有所不同。尽管光纤在以太网的发展历史中有非常重要的地位。但两个光纤设备的速度无法进行自动协商，这是因为10BASE-FL设备工作在850nm，100BASE-FX工作在1300nm。两者无法互操作。但是，对于自动协商协议而言，两个光纤设备间的自协商是可行的（如果通讯没有问题的话）。意识到这一点，新推出的100BASE-SX标准可以使850nm光纤在10Mbps或100Mbps下工作。100Mbps下网段的距离为300米。因此，安装时请注意。光纤的速率通常是固定的，不实行协商。自动协商协议在双绞线链路是成功的。自动协商的优点在于它使用户无需进行手工设置，完全由设备自身决定各自的技术水准。级别高低如下：

其中最低的级别是10BASE-T（半双工、共享以太网），最高为1000BASE-T全双工。这是一个完整的优先级别方案，但不表示某块网卡可以处理所有这些技术。实际上，有一些技术在商业上并没有实施，但它们都与IEEE802.3标准一致。每个端口检查各自的技术性能并确定最终的速率（较低的速率）。例如：如果网卡支持10BASE-T而交换机端口能力在10BASE-T或10BASE-TX，那么最终选择的是10BASE-T。如果一块网卡是10BASE-T，而另一块100BASE-TX，两者因为不兼容而无法通讯。

九、传输协议

图4 以太网定义在OSI模型的下两层

最初设计并没有涉及一个可靠的端到端的信息传送。网络互联（两个网络互相通讯）的义务在第三层－网络层。传输和互联成为协议栈的一部分，TCP/IP 和SPX/IPX是常用的两个协议。这两个协议并不能互相操作，所以以太网节点须使用兼容的协议。由于TCP/IP在互联网的应用，它成为主要协议，在工业网络也如此。实际上，TCP/IP是一组RFC定义的协议（request for comments），有很多年了。除了以太网，TCP/IP还和别的数据链路技术工作，它位于物理层/数据链路层之上。传输层上，有两个重要的协议：TCP和UDP。前者对接收的信息进行确认。两者都很有用。在协议栈的上层，有多个有用的应用层协议在工业以太网使用。对于用户来说，编址是个重要的话题。IP协议负责可能位于不同网络中站点间数据包的路由。每个站点有唯一的32位地址（分别表示网络地址、主机地址）。地址以点分十进制四字节表示。128.8.120.5是个有效的地址但无法确定何为主机、何为网络。地址分为五类，地址分为A~E类。通过观察第一字节即可进行分类。

IP的分配并不简单，通常由网管分配。一旦分配好，就必须应用在网络中的各个站上。IP地址分静态和动态分配两种。动态分配由服务器进行。静态分配由配置进行。下列地址为私人地址，在路由器上不能分配。因此，它们在互联网上没有应用。

10.0.0.0～10.255.255.255
172.16.0.0～172.31.255.255
192.168.0.0～192.168.255.255

IP地址和以太网MAC地址是不同的，不能混淆。MAC地址由设备生产商分配，所以是全球唯一的。IP地址是安装时分配并根据需要进行重分配。

十、应用层协议

确定所用的接头、电缆，采用集线器还是交换机，分配了IP，就可以在站点间通讯了。现在需要考虑OSI高层的兼容性。这儿推荐的工业自动化协议有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和Modbus/TCP。这还不包括传统互联网应用－FTP、SNMP、SMTP和TELNET。用户手中的设备可能并不支持这些协议，所以需要理解自身系统的兼容性。