工業以太網的冗余功能
2021.07.05由于工業環境對工業控制網絡可靠性的要求很高，因此工業以太網的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余(RSTP)、環網冗余(RapidRing)到主干冗余(Trunking)，都有各自不同的優勢和特點，控制工程師可以根據自己的需求進行選擇。
集線器
很多人都用過這種簡易設備去連接各種基于以太網的設備，比如個人計算機、可編程控制器等，集線器受到來自某一端口的消息之后，就會將消息廣播到其他端口。
來自任何一個端口的消息都會被集線器傳遞到其他端口。在消息傳遞方面，集線器效率低，可能會出現消息的沖突。然而，集線器的使用時非常方便的，即插即用。集線器沒有華而不實的功能，也沒有冗余功能。
非管理型交換機
從集線器發展出一種叫做非管理型交換機的設備，它能實現消息從一個端口到另一個端口的路由功能，相對集線器更加智能化。非管理型交換機能自動探測每臺網絡設備的網絡速度。另外，它具有一種稱為“MAC地址表”的功能，能識別和記憶網絡中的設備。
也就是說，如果端口2收到一條帶有特定識別碼的消息，此后交換機會將所有具有那種特定識別碼的消息發送到端口2。這樣就可以避免消息沖突，提高傳輸性能，相對集線器上一次進步。然而，非管理型交換器不能實現任何形式的通信檢測和冗余配置功能。
管理型交換機
以太網連接設備發展的下一代產品是管理型交換機。前兩代產品而言，管理型交換機已經具備很多復雜的功能，造價也更昂貴，通常是一臺非管理型機器的3-4倍。管理型交換機可以通過基于網絡接口實現完全配置。它可以自動與網絡設備交互，也可以通過手動配置每個端口的網速和流量控制。
絕大多數管理型交換機通常也能提供一些高級功能，比如遠程監視和配置的SNMP(簡單網絡管理協議)，用于診斷端口映射和確保優先級消息通過等排列功能。利用管理型交換機可以組建冗余網絡;使用環形拓撲結構，管理交換機可以組成環形網絡。
管理型冗余交換機
高級管理型冗余交換機在穩定性、安全性等方面進行了榮譽系統設計上的優化。構建冗余網絡的主要方式有以下幾種，STP、RSTP;環網冗余RapidRing。
1. STP及RSTP
STP是一個鏈路層協議，提供路徑冗余和阻止網絡循環發生。他強令備用數據路徑為阻塞狀態。如果有一條路徑有故障，該拓撲結構能夠借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構。網絡中斷恢復時間為30-60s之間。RSTP作為STP的升級，將網絡中斷恢復時間縮短到1-2s。生成樹算法網絡結構靈活，但其恢復速度比較慢。
2. 環網冗余RapidRing
為了能夠滿足工業控制網絡實時性強的特點，RapidRing孕育而生。這死在以太網網絡中使用環網提供高速冗余的一種技術。這個技術可以使網絡在中斷后300ms內自動恢復。并可以通過交換機的出錯繼電連接、狀態顯示燈和SNMP設置等方法來提醒用戶出現的斷網現象。
RapidRing也支持兩個連在一起的環網，使網絡拓撲更為靈活多樣，兩個環通過雙通道連接，這些連接可以使冗余，避免單個線纜出錯帶帶來的問題。
3. 主干冗余Trunking
將不同交換機的多個端口設置為Trunking主干端口，并建立連接，則這些交換機之間可以形成一個高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網絡寬帶，增強了網絡吞吐量，還能提供冗余功能。
如果網絡中的骨干鏈接產生斷線等問題，那么網絡中的數據會通過剩下的鏈接進行傳遞，保證網絡的通訊正常。Trunking主干網絡采用總線型和星型網絡結構，理論通訊距離可以無限延長。該技術由于采用了硬件偵測和數據平衡方法，所以網絡中斷恢復時間進一步縮短，時間一般在10ms以下。
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