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工业交换机技术简单小结

日期: 2022-09-19
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工业交换机也称作工业以太网交换机,即应用于工业互联网、工业数字智能化控制领域的以太网通信设备,由于采用的标准TCP/IP网络,其开放性好、应用广泛以及高性能高可靠性,以太网通信技术已经成为工业控制领域的主要通信标准。


工业交换机技术简单小结:


(1)工业交换机直通转发技术和交换机存储转发技术:

交换机一旦解读到数据包目的地址,就开始向目的端口发送数据包。通常,交换机在接收到数据包的前6个字节时,就已经知道目的地址,从而可以决定向哪个端口转发这个数据包。直通转发技术的优点是转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率。其缺点是交换机在没有完全接收并检查数据包的正确性之前就已经开始了数据转发。这样,在通讯质量不高的环境下,交换机会转发所有的完整数据包和错误数据包,这实际上是给整个交换网络带来了许多垃圾通讯包,交换机会被误解为发生了广播风暴。总之,直通转发技术适用与网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境。


交换机存储转发技术:

存储转发技术要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发。这样一来,交换机可以在转发之前检查数据包完整性和正确性。其优点是:没有残缺数据包转发,减少了潜在的不必要数据转发。其缺点是:转发速率比直接转发技术慢。所以,存储转发技术比较适应与普通链路质量的网络环境。


(2) 延时:

交换机延时是指从工业交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。有许多因素会影响延时大小,比如转发技术等等。采用直通转发技术的交换机有固定的延时。因为直通式交换机不管数据包的整体大小,而只根据目的地址来决定转发方向。所以,它的延时是固定的,取决于交换机解读数据包前6个字节中目的地址的解读速率。采用存储转发技术的交换机由于必须要接收完了完整的数据包才开始转发数据包,所以它的延时与数据包大小有关。数据包大,则延时大;数据包小,则延时小。

工业交换机

(3) 管理功能:

工业交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机,以及用户对交换机的可视程度如何。通常,交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMP MIB I / MIB II统计管理功能。而复杂一些的交换机会增加通过内置RMON组(mini-RMON)来支持RMON主动监视功能。有的交换机还允许外接RMON探监视可选端口的网络状况。


(4) 单/多MAC地址类型:

单MAC交换机的每个端口只有一个MAC硬件地址。多MAC交换机的每个端口捆绑有多个MAC硬件地址。单MAC交换机主要设计用于连接最终用户、网络共享资源或非桥接路由器。它们不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段。多MAC交换机在每个端口有足够存储体记忆多个硬件地址。多MAC交换机的每个端口可以看作是一个集线器,而多MAC交换机可以看作是集线器的集线器。每个厂商的交换机的存储体Buffer的容量大小各不相同。这个Buffer容量的大小限制了这个交换机所能够提供的交换地址容量。一旦超过了这个地址容量,有的交换机将丢弃其它地址数据包,有的交换机则将数据包复制到各个端口不作交换。


(5) 外接监视支持:

一些交换机厂商提供“监视端口”(monitoring port),允许外接网络分析仪直接连接到工业交换机上监视网络状况。


(6) 扩展树:

由于工业交换机实际上是多端口的透明桥接设备,所以交换机也有桥接设备的固有问题—“拓扑环”问题(Topology Loops)。当某个网段的数据包通过某个桥接设备传输到另一个网段,而返回的数据包通过另一个桥接设备返回源地址。这个现象就叫“拓扑环”。一般,交换机采用扩展树协议算法让网络中的每一个桥接设备相互知道,自动防止拓扑环现象。交换机通过将检测到的“拓扑环”中的某个端口断开,达到消除“拓扑环”的目的,维持网络中的拓扑树的完整性。在网络设计中,“拓扑环”常被推荐用于关键数据链路的冗余备份链路选择。所以,带有扩展树协议支持的交换机可以用于连接网络中关键资源的交换冗余。


(7) 全双工和半双工:

全双工端口可以同时发送和接收数据,但这要交换机和所连接的设备都支持全双工工作方式。半双工数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输,但是不能同时传输。


上述介绍很笼统、很容易理解,但这只是冰山一角,其实交换机还有很多专业知识技术,比如vlan技术等,随着通信网络技术的发展,光纤光网络、5G技术、工业物联网的发展,对工业交换机要求也越来越高,由于其具有性能高、相对简单、易于实现、组网灵活等特点,工业交换机也必将快速普及并应用到各行各业中。

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