EtherNet/IP工业以太网协议白皮书

2013-8-11 09:45| 编辑:电工学习网| 查看: 35457| 评论: 0

以太网交换技术的发展

    B. 以太网交换技术的发展
    近年来，转发式集线器技术和以太网网桥技术已经被新的高速交换技术所取代，交换机任意两个端口之间的数据交换延迟已经降低到百万分之几秒。通过专用的硬件设备来实现高速交换，使得交换机具有非常高的背板通讯带宽。通常情况下，交换机背板通讯速率大于该设备所有以太网端口通讯速率之和，因此能够支持所有端口全速运行而不会发生冲突。此外，某些交换机还能够对数据帧进行临时缓冲，用来解决短时期内对同一输出端口的争夺。
     交换机被称为交换式集线器，属于第二层（数据链路层）的数据交换，也称为简单交换。实际上，交换机就是一台多端口的网桥。交换机上的每个端口都有自己的冲突域，当设备通过交换机连接后，相互之间不会发生数据冲突。此外，交换机上的每个端口可以配置为半双工模式（传统以太网），或者全双工模式。全双工模式下，交换机与连接到某一端口的设备之间，能够在每个数据传输方向上提供10Mbps的连接速率，总共为20Mbps。对于快速以太网来说，全双工模式能够为每个传输方向提供100Mbps的连接速率，总共为200Mbps。与传统的网桥类似，交换机内部要建立并维护一个以太网地址与端口的映射表。当交换机从某一端口接收到数据包之后，能够立即将该数据包“交换”到相对应的输出端口，而这一过程通常能够在百万分之几秒内完成。
     更先进的交换机支持虚拟局域网功能（VLAN），用户能够对交换机进行配置，将若干个端口划分为一个组，从该组某一端口接收到的数据包只能发送给组内的其它端口。另外，VLAN的划分通常可以在一台交换机上实现交叠，某个端口可以隶属于多个VLAN。这一功能为用户提供了极大的灵活性，可以将交换机上相互分割的端口配置为多个相互交叠的冲突区域。
     与转发式集线器相比，交换机能够支持更大的数据吞吐量，不会像转发式集线器那样，在网络负荷增加时出现数据冲突，造成严重的传输延迟。因此，在那些负荷较重、传输延迟明显的网络中，最好使用交换机代替转发式集线器。虽然交换机现在的价格比转发式集线器贵，但是随着技术的发展，它的价格会迅速下降。到时候，交换机将取代转发式集线器，成为网络连接的首选设备，而它的用途也不仅仅局限于控制领域。
     当然，交换机某些性能上的限制可能会对一些特殊的应用项目造成影响，必须对这些问题加以足够的重视。例如，来自多个端口的数据包需要发送到同一端口，在这种情况下，交换机内部可能会出现数据拥塞。通常的处理办法是简单地丢弃某些数据包，或者告诉发送设备出现了冲突，待拥塞清除之后再发送数据。具体采用哪种方法处理数据拥塞，由交换机生产厂商做出选择。另外一个问题在于，交换机可能会在数据流中插入时间不等的延迟，这对于普通的办公应用来说没有任何影响，但是对于某些工业自动化控制系统，可能会造成严重的后果。
    虽然交换机对每个端口的冲突区域进行了隔离，但是它并没有对广播区域进行隔离。当然，如果交换机支持虚拟局域网功能，也可以通过设置VLAN来隔离广播区域。在以太网中，从任一端口接收到的广播报文将被发送给所有端口上的设备。这就意味着存在一个问题，如果某个设备出现故障，或者没有配置好，它可能会过多地向网络发送广播报文，从而导致整个以太网传输性能下降。有些交换机生产厂商采用了相应的方法，去抑止这种过多的广播报文。由于以太网广播报文也采用TCP/IP协议用于地址解析。因此，广播报文在以太网上的处理方式与其它基于TCP/IP协议的报文是平等的。所以这些方法缺少通用性。尽管如此，只要网络配置得当、操作正常，广播报文只会占整个网络数据量的很小比例。 #p#分页标题#e#
    另外，交换机和转发式集线器都属于有源设备，其内部有着复杂的数字电路，需要外部供电（通常为交流电）才能工作。一旦交换机或者集线器出现故障，将导致所有与之相连接的设备，包括其它交换机或者集线器，都不能正常通讯。在修好或者替换交换机、集线器之前，与之相连接的设备不能与车间的其它网络进行通讯。此外，大多数以太网介质和配件都是针对办公室或者轻工业的应用环境而设计的，并没有按照恶劣工业环境下控制设备的标准进行设计和测试（包括允许的温度范围、工业级CE认证、抗冲击和抗振动性能等）。对于以太网在新领域，尤其是工业现场的应用，这些问题都应该加以考虑。

1 2 345 / 5 页下一页

上一篇：rs485/422中继器和rs485/422集线器在功能上有什么区别下一篇：工业以太网的组成收藏