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工業以太網的結構和專業術語
工業以太網是基于IEEE802.3(Ethernet)的強大的區域和單元網絡。利用工業以太網，SIMATICNET提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。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(FastEthernet，符合 IEEE802.3u的標準)也已成功運行多年。工業以太網是電力通信和電網信息化不可或缺的網絡平臺，而工業以太網交換機在其中更是扮演了重要的角色，現在北京天拓四方技術工程師讓大家了解一下工業以太網的結構和專業術語。
一、拓撲結構
拓撲是網絡中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采用總線型拓撲。但在工業以太網中，由于普遍使用集線器或交換機，拓撲結構為星型或分散星型。
二、接線
工業以太網專題">工業以太網使用的電纜有屏蔽雙絞線(STP)、非屏蔽雙絞線(UTP)、多?；騿文９饫|。10Mbps的速率對雙絞線沒有過高的要求，而在100Mbps速率下，推薦使用五類或超五類線。
光纖鏈接時需要一對，常用的多模光纖波長為62.5/125μm或50/125μm。與多模光纖的內芯相比，單模光纖的內芯很細，只有10μm左右。通常，10Mbps使用多模光纖，100Mbps下，單模、多模光纖都適用。
三、接頭和連接
雙絞線接頭中RJ-45較常見，共兩對線，一對用于發送，另一對用于接收。在媒介相關接口(MDI)的定義中，這四個信號分別標識為RD+，RD-，TD+，TD-。
一條通信鏈路由DTE(數據終端設備，如工作站)和DCE(數據通訊設備，如中繼器或交換機)組成。集線器端口標識為MDI-X端口表明DTE 和DCE可以使用直通電纜相連。假如是兩個DTE或兩個DCE相連，可以采用電纜交叉的方法或直接利用集線器提供的上連端口(電纜不要交叉)。
光纖接頭有兩種，ST接頭用于10Mbps或100Mbps;SC接頭專用于100Mbps。單模纖通常使用SC接頭。DTE與DCE之間的連接只需依照端口的TX、RX標識即可。
四、工業以太網與普通商用以太網產品
什么是工業以太網?技術上，它與IEEE802.3兼容，但設計和包裝兼顧工業和商業應用的要求。工業現場的設計者希望采用市場上可以找到的以太網芯片和媒介，兼顧考慮工業現場的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動。第二看是否能方便地安裝在工業現場控制柜內。第三是電源要求。許多控制柜內提供的電源都是低壓交流或直流。墻裝式電源裝置有時不能適應。電磁兼容性(EMC)的要求隨工業環境對EMI(工業抗干擾)和ESD(工業抗震)要求的不同而變化。現場的安全標準與辦公室的完全不同。有時需要的是惡劣環境的額定值。工廠里采用的可能是工業控制柜標準而樓宇系統采用的往往是煙霧標準。顯然低價的商用以太網集線器和交換機無法達到這些要求。
五、速度和距離
討論共享型以太網的距離，不能忽略碰撞域(CollisionDomain)的概念。
共享型以太網或半雙工以太網的媒體訪問是由載波偵聽多路訪問/碰撞檢測(CSMA/CD)確定的。在半雙工的通訊方式下，發送和接收不能同時進行，否則數據會發生碰撞。站點發送前，首先要看是否有空閑的信道。發送時，站點還會在一段時間內收聽，確保在這一時間內沒有其它站點在進行同步傳送，最終本站發送成功。反之，發生碰撞，源站點發送阻塞信號加強碰撞。競爭站點延遲后(延遲時間由算法確定，是隨機的)重試。在這種機制下 CONTROLENGINEERINGChina版權所有，所有站點和所有集線器都必須在同一碰撞域內。
對工業以太網來說，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采用雙絞線的以太網網絡中，與距離有關的概念有兩個，即網段 (Segment)和網絡范圍(NetworkDiameter)。前者指連接兩個設備(集線器、交換機或主機)的距離，后者指網絡中兩個最遠端設備之間的距離。不管是10Mbps或100Mbps的網絡，網段的最遠距離不能超過100米?？紤]網絡延伸，最有用的規則就是5-4-3規則(僅僅針對 10Mbps中繼器)。規則的內容如下：一個網絡最多有五個網段，四個中繼器，不多于三個的混合網段?；旌暇W段指的是同軸總線網段(已淘汰)。
由于雙絞線網段的最遠距離是100米，最大網絡(網絡范圍)就是500米。光纖網段的最遠距離可達2公里，但IEEE802.3標準規定，使用光纖，級聯數最多不能超過3個，且網絡末端需使用雙絞線，中間的兩個為光纖網段并保證每個網段不超過1公里。這樣，整個光纖網段長度限制在2公里。5-4-3規則對 100Mbps是不適用的。建議使用100Mbps交換機。
六、集線器和交換機
中繼型集線器(集線器)集線器是構成以太網拓撲的基本設備，為多端口設備，有四、八、十二口等，可級聯構成分散星型拓撲。集線器均符合 IEEE802.3中繼單元要求。這些要求包括前導碼生成、對稱和幅度補償。中繼器必須對信號再定時，這樣收發器和電纜引起的信號抖動不會在多網段傳播時累積。這些設備能偵測出不完整的數據包和沖突，并產生一個阻塞信號相作用。它們還會自動隔離有問題的端口以維持網絡正常工作。
接口轉接器另一系列產品是接口轉接器，有時稱為收發器。它們將一種媒介轉為另一種媒介。最重要的轉換是雙絞線至光纖的轉換。由于很多集線器沒有光纖端口，接口轉接器就是用來支持網絡中光纖的應用的。這些設備在網絡中是透明。端口不存儲幀也不檢測碰撞，只是將一種媒介轉為另一端兼容的信號。
交換型集線器(交換機)交換型集線器可以取代中繼型集線器并改善網絡的性能。與物理層設備-中繼型集線器不同，交換型集線器實際上是連接兩個數據鏈路的網橋，也就是說碰撞域在每個交換機端口進行了終結。所以，增加了交換機就擴展了網絡地理上的范圍，級聯交換機可以大規模地實現網絡擴展交換機比中繼型集線器復雜。雙絞線端口自動與附屬端口進行速率協商(10Mbps還是100Mbps)。流量控制功能也通過協商進行。全雙工網段采用PAUSE方案，半雙工網段通常采用backpressure方案。交換機讀取一個完整的幀并察看其源地址后就能查出所連以太網設備的端口位置。交換機隨即產生一張端口地址表格并維護表的內容。從這時起，網絡通信僅限于與本次傳送有關的端口。由于同步的傳送無需任何操作即可在這些端口上實現，網絡的吞吐量提高了。表的內容會根據連接信息的變化自動刷新。
如果某個端口收到的信息需廣播發送、群組發送或發送地址不詳，交換機會自動把信息發至所有端口。與中繼型集線器不同，這兒有多個碰撞域存在，每個碰撞域必須遵守上述的規則。
中繼集線器可以與交換機端口相連。如果網絡中都是交換機CONTROLENGINEERINGChina版權所有，則雙絞線網段保持100米，但級聯沒有限制。在使用光纖前必須先注明是半、全雙工。中繼型集線器與交換型集線器的對比顯然，交換機的性能比集線器提高一些，但集線器的優點是，容易理解，在任何一個端口都可以通過網絡分析儀觀測數據通訊。交換機則必須在某個端口實現廣播發送方能測量。作為網橋，交換機存儲、轉發整個數據幀并引起了數據的延遲。集線器接收網絡信號沒有數據延遲。交換機級聯還增加延時，因此，集線器和交換機在工業以太網中各有各的應用場合。