所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設計時(shí)在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)的需要。隨著(zhù)以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)不斷出現的新標準和新協(xié)議，如：IEEE802.1ab（LLDP）、IEEE802.1Q（VLAN）、IEEE802.1p、IEEE802.3x、IEEE802.1w（RSTP）、IEEE1588（PTP）、DHCP選項82、GMRP、IGMP、RFC1769（SNTP）、SNMPV2c,V3、RMON等，工業(yè)以太網(wǎng)管理型交換機發(fā)生了很大的變化和長(cháng)足的發(fā)展，本文試圖通過(guò)新一代施耐德電氣的TCSESM系列管理型交換機，從八個(gè)方面揭示這種變化，為用戶(hù)更好地構建自己的工業(yè)以太網(wǎng)提供一些幫助。

管理功能

基于Web 的管理

TCSESM 支持Web 的管理，能夠提供：

■ 廣泛的診斷和配置功能，用于交換機的快速啟動(dòng);

■ 廣泛的網(wǎng)絡(luò )和設備信息。

從網(wǎng)絡(luò )的任何位置，通過(guò)標準的瀏覽器，諸如 Netscape Navigator / Communicator 或者微軟的 Internet Explorer，用戶(hù)可以使用用戶(hù)友好的、基于 Web 的接口，對TCSESM進(jìn)行很多管理的選擇?；?Web 接口可以讓用戶(hù)使

用圖形的方式，配置TCSESM交換機。

RMON

RMON是遠程監視（Remote MONitoring）的縮寫(xiě)，是一個(gè)標準的網(wǎng)絡(luò )管理 協(xié)議，它可以使網(wǎng)絡(luò )信息匯集到一個(gè)單一的工作站。盡管 SNMP 收集網(wǎng)絡(luò )來(lái)自管理信息庫（MIB）一個(gè)單一類(lèi)型數據，RMON 定義了附加的 MIB，提供更多更豐富的數據、當前的和歷史的、關(guān)于網(wǎng)絡(luò )使用的。這包括了發(fā)送的包、發(fā)送的字節、丟失的包、主機統計、兩兩地址間的會(huì )話(huà)、和發(fā)生的特定類(lèi)型事件。 為了使RMON 工作，網(wǎng)絡(luò )設備，諸如集線(xiàn)器和交換機，必須支持這個(gè)協(xié)議。

通過(guò) V.24 串口配置交換機可以使用超級終端對交換機進(jìn)行操作。

CLI （Command Line Interface）

很多老計算機用戶(hù)非常熟悉DOS界面，喜歡用鍵盤(pán)輸入DOS命令，而CLI的界面與這種界面非常類(lèi)似。

命令行允許用戶(hù)：

■ 通過(guò)本地或者遠程連接，使用設備功能;

■ 為IT設備進(jìn)行配置，給你提供了一個(gè)熟悉的環(huán)境;

■ 由于它的腳本能力，可對多個(gè)設備配置同樣的配置數據。

Telnet

Telnet被稱(chēng)為遠程登錄服務(wù)，是很多操作系統的內置應用程序，如Windows就支持Telnet。內置交換機的 Telnet 服務(wù)器允許用戶(hù)使用 CLI 通過(guò)以太網(wǎng)連接，配置交換機。

安全功能

基于IP和MAC地址的端口安全

目的是防止非授權的訪(fǎng)問(wèn)。TCSESM 允許用戶(hù)對每個(gè)端口進(jìn)行設置，防止未被授權的非法訪(fǎng)問(wèn)。根據你的選擇，交換機可以選擇連接設備的MAC 地址或者IP地址。并且可對每個(gè)端口進(jìn)行監視：

ESM 識別兩類(lèi)訪(fǎng)問(wèn)控制：

所有：沒(méi)有訪(fǎng)問(wèn)限制;

用戶(hù)：僅指定的用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)。

用戶(hù)用MAC或者IP地址定義這個(gè)用戶(hù)。

如果出現非授權的訪(fǎng)問(wèn)，會(huì )發(fā)生什么情況?

ESM 具有三種可選擇的方式回答非法訪(fǎng)問(wèn)：

無(wú)：沒(méi)有響應;

陷阱：發(fā)送一個(gè)陷阱報文;

端口無(wú)效：發(fā)送一個(gè)陷阱報文并且使端口失效。

SNMP V3 （安全特性）

在缺省設置情況下，基于 Web 的接口和用戶(hù)接口的通信是通過(guò) SNMP 版本 3 （SNMP V1 仍可配置）。

SNMP 加密密碼;

密匙的復雜計算，強力攻擊非常困難;

如果期望，可以加密所有的 SNMP 包。

診斷功能

報警繼電器

TCSESM交換機提供一個(gè)報警繼電器接點(diǎn)，用于監視以太網(wǎng)交換機的狀態(tài)， 利用該接點(diǎn)可實(shí)現無(wú)管理軟件就能進(jìn)行遠程診斷。

報警接點(diǎn)指示了下面一種可能出現了錯誤：

■ 兩個(gè)電源中至少有一個(gè)電源失效;

■ 交換機中的一個(gè)永久性故障 （內部電源）;

■ 至少一個(gè)端口出現連接故障 （缺省為“不用”）。

注：交換機的連接狀態(tài)指示可以用Web頁(yè)面進(jìn)行配置。

當 TCSESM 處于備用模式時(shí) （從站）， 繼電器接點(diǎn)還可以指示：

■ 控制線(xiàn)的中斷;

■ 控制線(xiàn)的短路;

■ 合作伙伴的設備運行于備用模式。

當 TCSESM 處于正常模式 （從站），繼電器接點(diǎn)還可以指示：

■ 控制線(xiàn)的短路;

■ 合作伙伴的設備運行于正常模式。

當TCSESM 處于冗余管理器（RM）模式時(shí)，繼電器接點(diǎn)還可以指示：

■ 冗余環(huán)的丟失。

SNMP陷阱（Trap）

在 TCSESM交換機中，可以用Web頁(yè)面對故障的Trap進(jìn)行配置。

拓撲發(fā)現 IEEE802.1ab

IEEE 802.1ab 描述了鏈路層發(fā)現協(xié)議（Link Layer Discovery Protocol：LLDP）。LLDP 允許用戶(hù)自動(dòng)探測他們局域網(wǎng)的拓撲結構。支持 LLDP 的設備發(fā)送它自己的連接和管理信息到相鄰設備，同時(shí)也接收來(lái)自相鄰設備的連接和管理信息。假如設備都支持 LLDP 協(xié)議，在共享的局域網(wǎng)中可建立一個(gè)管理信息摘要和對象定義，用來(lái)存儲具有LLDP功能相鄰設備的連接信息。

連接信息包含最重要的元素是一個(gè)連接終點(diǎn)準確和唯一的標識（ID）：MSAP （MAC 服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)）。 它由設備的MAC地址和對這個(gè)設備唯一的一個(gè)端口標識組成。

連接和管理信息的內容有：

■ 裝置 ID （它的 MAC 地址）;

■ 端口 ID （它的端口 MAC 地址）;

■ 端口的描述;

■ 系統名稱(chēng);

■ 系統描述;

■ 當前有效系統能力;

■ 管理地址接口的ID;

■ 端口的VLAN-ID;

■ 端口自動(dòng)協(xié)商的狀態(tài);

■ 端口的介質(zhì)，半/全雙工設置和傳輸速度設置;

■ 在這個(gè)端

口有效的冗余協(xié)議 （生成樹(shù)STP，快速生成樹(shù)RSTP，HIPER 環(huán)，環(huán)耦合，雙重引導） 的信息;

■ 關(guān)于端口的VLAN 信息 （VLAN ID 和 VLAN 名稱(chēng)）。

這些信息可以使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理站調出獲得。使用這些信息，網(wǎng)絡(luò )管理站能夠顯示網(wǎng)絡(luò )的拓撲圖形。

TCSESM交換機在管理信息庫 （MIB） 的 lldp-MIB 和私有的salldp-MIB項中顯示 LLDP 信息。

端口鏡像

端口鏡像就是把數據傳輸的一個(gè)輸入端口—源端口，拷貝到另一個(gè)端口—目標端口。 因此，可以通過(guò)連接到目標端口的管理工具（計算機）對傳輸情況進(jìn)行監視和分析。

日志文件

日志信息包含所有必要的系統信息，含有時(shí)間戳?？梢杂涗浂噙_ 2,000 個(gè)事件，并且這些信息是防復位的。日志信息可以通過(guò)Web 接口把它恢復成一個(gè) HTML 文件。

冗余功能

如果用戶(hù)要在他們的網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現高可用性，那么答案就是在他們的網(wǎng)絡(luò )基礎設施中建立“冗余”。使用一個(gè)單環(huán)結構，或者更好的一個(gè)耦合環(huán)結構 ，能夠保護網(wǎng)絡(luò )本身，防止網(wǎng)段的丟失。

HIPER-環(huán)

單環(huán)： TCSESM 能使你建立一個(gè)骨干環(huán)結構。這個(gè)環(huán)使用 HIPER-環(huán)端口 （6 和 7） 構建。如果一段網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)，一個(gè)擁有50個(gè)交換機的環(huán)結構，會(huì )在0.5秒內，轉變成一個(gè)線(xiàn)型的網(wǎng)絡(luò )結構。

耦合環(huán)： 內置TCSESM中的控制智能使得HIPER環(huán)和網(wǎng)絡(luò )段冗余耦合?？梢越M成多種冗余配置結構。

生成樹(shù)（STP，IEEE802.1d）和快速生成樹(shù)（RSTP，IEEE802.1w）

當網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越大時(shí)，有很多原因需要安裝多個(gè)網(wǎng)橋，使得設備間有多條通路。這樣可以：

■ 在子網(wǎng)內減少網(wǎng)絡(luò )負載;

■ 建立冗余連接;

■ 克服距離的限制。

在子網(wǎng)之間，使用多個(gè)網(wǎng)橋，帶有多個(gè)連接，會(huì )導致相當多的問(wèn)題。如果網(wǎng)橋配置不正確，甚至可能造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò )失效。而生成樹(shù)STP算法描述了防止這個(gè)問(wèn)題的方法。

注：在時(shí)間關(guān)鍵性應用中，使用快速生成樹(shù) （RSTP）協(xié)議，在原路徑斷開(kāi)的情況下，重新配置時(shí)間在1秒內即可完成。而生成樹(shù)需要一分種到幾分鐘，它可以用于IT行業(yè)，是一個(gè)較早協(xié)議。

雙輸入電源

有兩個(gè)非耦合的電源輸入端，提供兩個(gè)獨立的電源輸入。

流量?jì)?yōu)化

這些特性的目的是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中增加帶寬，提高通信量?，F在的100 兆Modbus TCP 已經(jīng)比其他許多的專(zhuān)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò )快很多，但進(jìn)行了一些流量?jì)?yōu)化功能后，以及帶有稱(chēng)為“濾波”和交換機內在的屬性（沖突域網(wǎng)絡(luò )分段），用戶(hù)可以更好享用100 兆的優(yōu)勢。
　　優(yōu)先級

報文（幀）優(yōu)先：

TCSESM 支持四等（1&2：低，0&3：中，4&5：高，6&7：管理）優(yōu)先排隊（通信類(lèi)型遵從IEEE802.1p）。接收數據包的分類(lèi)由交換機數據包優(yōu)先級分類(lèi)的功能來(lái)完成。 當數據通信負載很重時(shí)，這個(gè)功能防止高優(yōu)先級數據被低優(yōu)先級數據干擾。當存儲器或者傳輸通道超載時(shí)，低優(yōu)先級的數據被放棄。

端口優(yōu)先：

附加的優(yōu)先級信息還可以加到交換機中，不需要特殊的終端設備軟件就可以處理這個(gè)優(yōu)先級功能。

不帶優(yōu)先級信息的包 （無(wú) VLAN 或者優(yōu)先級標簽） 將按端口優(yōu)先級傳送。對每個(gè)端口，包的優(yōu)先級別可以分別定義：0 = 低優(yōu)先級，7 = 高優(yōu)先級。

VLAN標簽

VLAN

標簽由2 個(gè)字節組成。它插入在以太網(wǎng)幀（IEEE 802.1Q）的源地址區和類(lèi)型區之間。對于帶有VLAN標簽的數據包，TCSESM 交換機會(huì )分析VLAN 標簽的3位優(yōu)先級區。

流量控制

流量控制是一種機制，扮演負載保護的角色。在負載量比較大的時(shí)候，它會(huì )截去一部分流量。

快速老化

如果有任何一個(gè)端口的連接斷開(kāi)，這個(gè)端口所存儲（學(xué)習）的全部地址將消失。如果連接設備從一個(gè)端口轉移到另一個(gè)端口，這個(gè)功能是非常有用的。移動(dòng)的設備可立即通達，因此你不會(huì )遇見(jiàn)因為長(cháng)老化時(shí)間而造成的超時(shí)問(wèn)題。

組播 （全局數據，發(fā)布與訂閱）

典型的以太網(wǎng)報文是以單播 （一個(gè)接收者）和廣播 （每個(gè)接收者都能接收）的形式發(fā)送。而這些新的交換機能夠支持以組播（多播Multicast）的方式發(fā)送報文，僅在一個(gè)組內的接收者才能接收組播報文。組播使得網(wǎng)絡(luò )帶寬更多的得以使用，并且它也是全局數據（Global Data） 服務(wù)的基礎。

全局數據：

使用：

■ 多點(diǎn)至多點(diǎn)確定性的數據通信;

■ 分布式應用的數據同步;

■ 信息的組內共享。

收益：

■ 確定性和可靠性的信息;

■ 優(yōu)化的通信負載，網(wǎng)絡(luò )帶寬的高效利用;

■ 不需對通信進(jìn)行編程。實(shí)時(shí)軟件實(shí)現尋址;

■ 一個(gè)節點(diǎn)離開(kāi)或者加入網(wǎng)絡(luò )時(shí)，自動(dòng)發(fā)現和重新配置 （即插即用）。

注：這個(gè)特性基于組播注冊協(xié)議（GMRP），不是所有的工業(yè)交換機都支持，所以當你控制系統要使用全局數據時(shí)，別忘了這一點(diǎn)。

過(guò)濾功能

廣播限制

為了在重負載的廣播通信時(shí)保證數據交換的可靠性，交換機需要對廣播報文進(jìn)行限制。用戶(hù)可以對交換機的每個(gè)端口輸入一個(gè)數量值，這就對廣播的最大數量進(jìn)行了設置，這個(gè)值就是從這個(gè)端口在一秒里最大發(fā)送的廣播數量。

組播

GARP 組播注冊協(xié)議（GARP Multicast Registration Protocol ：GMRP）是通用屬性注冊協(xié)議（Generic Attribute Registration Protocol ：GARP）的一種應用，目的是提供一種限制的組播發(fā)送功能。GMRP 和 GARP 都是由 IEEE 802.1P 定義的工業(yè)標準協(xié)議。

GMRP 允許交換機和終端機向連接到相同局域網(wǎng)段的交換機動(dòng)態(tài)注冊組成員信息，并且這些信息可以被傳播到支持擴展過(guò)濾服務(wù)的局域網(wǎng)中的所有交換機系統。

GMRP 的操作基于 GARP 所提供的服務(wù)。GMRP 軟件運行在交換機和主機上。當有某臺主機想加入一個(gè) IP 組播組時(shí)，它需要發(fā)送一個(gè)GMRP加入 （join） 信息。一旦收到 GMRP join 信息，交換機就會(huì )將收到該信息的端口加入到適當的組播組。此外交換機會(huì )周期性發(fā)送 GMRP 查詢(xún)，如果主機想留在組播組中，它就會(huì )響應 GMRP 查詢(xún)，在該情況下，交換機沒(méi)有任何操作;如果主機不想留在組播組中，它既可以發(fā)送一個(gè)離開(kāi)（leave）信息也可以不響應周期性 GMRP 查詢(xún)。一旦交換機在計時(shí)器設定期間收到主機離開(kāi)信息或沒(méi)有收到響應信息，它便從組播組中刪除該主機。

IGMP—偵聽(tīng)

互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（Internet Group Management Protocol ：IGMP）描述了在路由器和終端設備之間第3層組播信息的分發(fā)。IGMP 偵聽(tīng)幫助翻譯第3層的IGMP組播信息，因此它能夠在2層的交換機中使用。

VLAN

一個(gè)虛擬局域網(wǎng) （VLAN） 使得在一個(gè)網(wǎng)段或者多個(gè)網(wǎng)段的參與者組成一個(gè)用戶(hù)組，如果他們在相同的局域網(wǎng)，他們之間就可以進(jìn)行通信。VLAN 是基于邏輯的 （而不是物理的）連接，在網(wǎng)絡(luò )設計中它的使用是非常靈活的。VLAN 的最大的優(yōu)勢是可以基于功能而不是基于物理位置或者介質(zhì)的參與者組成一個(gè)用戶(hù)組。

因為廣播/組播數據包在一個(gè)虛擬局域網(wǎng)中是以專(zhuān)有的方式傳送，所有對其他數據網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有影響。

時(shí)間同步

IEEE 1558 （PTP）軟件客戶(hù)機：

當你需要對網(wǎng)絡(luò )系統進(jìn)行時(shí)間同步時(shí)，TCSESM 交換機允許用戶(hù)使用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議 （Simple Network Time Protocol：SNTP） 或者精確時(shí)間協(xié)議 （Precise Time Protocol：PTP）來(lái)實(shí)現。兩種協(xié)議提供了不同精度的時(shí)間。

如果你僅需要毫秒級的精度，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議 （SNTP） 就能夠提供一種經(jīng)濟的解決方案。

這種協(xié)議應用的領(lǐng)域有：

■ 日志記錄;

■ 生產(chǎn)數據的時(shí)間戳;

■ 生產(chǎn)控制。

精確時(shí)間協(xié)議 （PTP），被描述為 IEEE 1588 標準，可達到微妙級的精度。 如果通過(guò)局域網(wǎng)，需要執行時(shí)間關(guān)鍵性應用，就要使用精確時(shí)間管理系統。

精確時(shí)間協(xié)議的IEEE 1588 標準描述了基于參考時(shí)鐘原理的實(shí)現過(guò)程。這意味著(zhù)：一個(gè)局域網(wǎng)上的時(shí)鐘會(huì )根據最精確的時(shí)鐘參考（或者主時(shí)鐘）進(jìn)行同步。這個(gè)過(guò)程容許時(shí)鐘在微秒級的精度下同步。同步報文不對網(wǎng)絡(luò )負載產(chǎn)生影響。PTP 使用多播通信。

IEEE 1588參考時(shí)鐘按它們的精度分類(lèi)。一種在網(wǎng)絡(luò )上測量有效時(shí)鐘精度的算法決定了最精確的時(shí)間做為主時(shí)鐘。

簡(jiǎn)單易用

■ 支持DHCP/BOOTP （配置交換機 IP 參數）;

■ 失效設備替換（Faulty Device Replacement：FDR）;

■ 存儲器備份適配器（TCSEAM0100）;

■ DHCP 選項 82：終端設備的自動(dòng) IP 地址定位，基于每個(gè)端口的 DHCP 接 力代理。

■ 以太網(wǎng)交換機配置器軟件（交換機IP參數設置）：這是一個(gè)對交換機提供IP地址的最容易的方法。為了使用這個(gè)工具，需要在配置PC上安裝這個(gè)小軟件。為了配置一個(gè)或者多個(gè)設備，僅有的事情就是要連上網(wǎng)。應用軟件會(huì )對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行掃描，并且顯示網(wǎng)絡(luò )中的所有所有站 （支持以太網(wǎng)交換機配置器），帶有它們的參數。 用戶(hù)能夠容易對每個(gè)站提供所期望的 IP參數。

■ 自動(dòng)協(xié)商（銅纜端口）：交換機的銅纜口支持速度和雙工模式的自動(dòng)協(xié)商10 或者100 兆，全雙工或者半雙工。

■ 自動(dòng)MDI/MDI-X （銅纜端口）：自動(dòng)協(xié)商功能有效 （缺?。?。

交換機的所有銅纜口支持建立與終端設備建立通信時(shí)，發(fā)送和接收線(xiàn)對的自動(dòng)切換功能（自動(dòng)MDI/MDIX）。因此，交換機與中間設備或終端設備的連接是透明的，不用區別是直線(xiàn)電纜還是交叉電纜。

■ 光纖端口

這些端口允許用戶(hù)建立總線(xiàn)型、星型和環(huán)型的結構，提供抗干擾和長(cháng)距離的網(wǎng)絡(luò )。

多模光纖： 使用這種類(lèi)型光纖的TCSESM，用戶(hù)可以把交換機放置在2公里的間隔，根據光纖的衰減和其他安裝條件，還可以達到更遠的距離。

單模光纖：使用這種類(lèi)型的TCSESM，用戶(hù)可以把交換機分開(kāi)15公里，根據光纖的衰減和其他安裝條件，還可以達到更遠的距離。

從以上我們可以看到，以往以太網(wǎng)相對來(lái)說(shuō)困擾我們的兩個(gè)主要問(wèn)題：延時(shí)問(wèn)題—通過(guò)報文優(yōu)先級（IEEE802.1p）、端口優(yōu)先級、VLAN標簽（IEEE802.1q）、流量控制、組播發(fā)送GMRP和廣播限制等方法;安全問(wèn)題—通過(guò)設備與IP或MAC地址的捆綁、SNMPV3、VLAN等方法，得到了很大的緩解。