與早已被人們熟識的辦公和家用乙太網不同,工業乙太網需要更多專業的知識和實踐經驗。如果你正在安裝或者使用一種工業乙太網,那麼關於佈線、訊號質量、接地迴路、交換機和通訊這五點內容必須要了解。
和所有網路一樣,電纜的優劣直接影響工業乙太網的優劣。而且除了高電磁干擾(EMI),工業環境中還經常有某種等級的溫度、粉塵、溼度以及其他在家庭和辦公環境中不常見的影響因素。
所以,如何選擇電纜?在辦公室內,商業等級的電纜,例如5類電纜,比較適合於10MB的網路,而5e類電纜適合於100MB網路。根據ANSI/TIA-1005標準所述,6類電纜或者更好的電纜可以用於工業環境中的主機或者裝置連線。6類電纜能夠在100米的範圍內實現1GB網路,55米範圍內實現10GB網路。6e類電纜可以在100米範圍內實現10GB網路。
相比於5類電纜和5e類電纜,6類電纜不易受串擾和外部EMI噪聲影響。工業乙太網電纜的設計能夠抵禦更加嚴酷的工業環境對電纜的物理侵蝕。在安裝6類電纜時,確保RJ45介面和插座也能夠達到6類等級。最好的使用方法是,短距離佈線時,使用預先做好的接插電纜,並在工廠內安裝聯結器。長距離佈線時使用插座。
一些應用場合需要做遮蔽,但是如果遮蔽電纜安裝不當,那麼會適得其反。
當超出保護套管時,遮蔽乙太網電纜在EMI環境中的效能更好。良好的接地是使用遮蔽電纜的關鍵。一個接地參考點是關鍵中的關鍵。多個接地連線會形成接地迴路,不同接地連線處電勢的不同會在電纜中引入噪聲。
接地迴路會給你的網路帶來巨大的破壞,為了解決這個問題,只在電纜的一端使用接地RJ45介面,另一端使用絕緣的RJ45介面以消除接地迴路的可能性。
如果乙太網電纜與電源電纜交叉佈線,那麼交叉角度頗有講究。將並列的乙太網電纜和電源電纜相隔至少8到12英寸,如果電壓較高或者並列距離較長,那麼這個間隔距離應該更大。如果乙太網電纜在金屬溝槽或者套管內走線,那麼相鄰的溝槽或者套管必須連線在一起以實現電氣連續性。
大體來講,乙太網電纜儘量遠離能夠產生EMI的裝置,例如電機、電機控制裝置、照明裝置、帶電導體等。在皮膚上,乙太網電纜與聯結器間隔至少2英寸。當電纜遠離EMI干擾源時,遵循推薦的電纜彎曲半徑。
簡單地說,工業乙太網環境中不要使用集線器。集線器只不過是一個多埠的中繼器。如果集線器被排除在外的話,剩下的選擇就只有管理型交換機和非管理型交換機了。管理型的交換機更好,當然它的價格也比非管理型的交換機要貴。
網路上的每一臺裝置都有一個獨一無二的識別符號,就是我們所說的MAC地址,這是交換機比集線器具有更優秀的識別能力的關鍵。當交換機剛剛上電的時候,它最初的表現和集線器沒有區別,將所有的通訊內容都廣播出去,但隨著網路上的裝置將資訊在交換機的不同埠上傳輸,交換機開始監控通訊內容,識別出哪一個MAC地址與哪一個埠相關,然後在MAC地址表中做出標識。
一旦交換機發現裝置的MAC地址與某個特定的埠相連線,它就會監控指向那個MAC地址的資訊,然後將這些資訊僅僅傳送給那個特定的地址。
工業乙太網網路有三種通訊型別。點對點的單播通訊、一對多的組播通訊和一點到所有節點的廣播通訊。
當交換機的MAC地址表建立完成之後,管理型交換機和非管理型交換機對單播通訊和廣播通訊的處理方式沒有什麼不同。一般來說,在100MB的頻寬下,將廣播頻度控制在每秒鐘100個廣播。對於任何網路來說,都會或多或少地存在廣播通訊。一個例子就是列印伺服器會週期性地在網路上給出廣播通知。
管理型交換機和非管理型交換機的一個主要的區別就在於它們對待組播通訊的處理方式。組播通訊通常來自於搭載在工廠過程網路上的智慧裝置,採用面向連線的基於生產廠商/使用者模型的技術。這種情況下的連線僅僅是網路上兩個或者多個節點之間的關係。
要想能夠接收組內資訊,裝置必須加入組播通訊小組,組內所有的成員都能夠接收到資料。如果僅僅是向小組傳送資料,那麼你無需成為小組成員。在生產廠商/使用者模型中,組播通訊的主要問題就是隨著小組成員數量的增加,通訊資訊呈指數地增長。此時,就需要使用管理型的交換機了。
管理型交換機能夠開啟網際網路組管理協議(IGMP)窺探功能。它是這樣工作的,當IGMP窺探功能開啟後,它會發出廣播通訊以判斷任何組播小組內的成員。使用這些資訊,加上已經建好的MAC地址表,管理型交換機就能夠將組播通訊僅僅傳送給組播小組內的成員。非管理型的交換機對組播資料和廣播資料的處理方式一樣,都是將資料傳送給每一個節點。
如果網路使用了生產廠商/使用者技術或者使用了組播通訊,那麼管理型交換機是物有所值的不二之選。
考慮使用管理型交換機還有很多其他原因,這種等級的交換機通常都提供故障日誌功能,能夠控制每個埠的速度,具有冗餘設定以及埠映象功能。這些額外能力能夠保證對網路行為進行更加精確的控制,而且在故障排查的時候能起到非常寶貴的作用。我們知道,對於網路上的某些節點,故障是無法避免的。
當網路效能出現問題時,首先就要檢查交換機,雖然對於大多數網路效能問題來說,交換機很少是問題的核心。交換機是系統中最可能發生問題的節點,它的工作速率通常是其他網路部件工作速率的10到50倍。
雖然總有一種很好的軟體能夠幫助你對網路故障問題進行排查,但是大多數這種軟體僅僅能看到廣播通訊和組播通訊。這實際上很合理,因為很多效能問題通常都源自不受限的組播通訊或者過多的廣播通訊。如果你出於某種原因需要檢查單播通訊,那麼埠映象是唯一的途徑。
如果網路上沒有組播通訊的話,那麼使用非管理型的交換機也沒什麼問題。在只搭載了很少裝置的小型簡單網路上,很多人使用非管理型的交換機。
有時候也可以將這兩種型別的交換機結合使用,將一些遠端裝置搭載在非管理型的交換機上,統一向管理型的交換機反饋。對於那些節點數量很多的網路,如果成本不是一個關鍵因素,那麼還是選擇管理型的交換機吧,事後想來這確實是一個明智的選擇。