工业以太网交换机技术的详细介绍 - 广州工业自动化展

广州国际工业自动化技术及装备展览会即将于2021年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。邀您关注广州工业自动化展今日新资讯：

       工业交换机，应用于工业控制领域的以太网交换机设备，使用的是透明而统专一的TCP／IP协议，本身与商属业网络在数据链路层、网络层、协议层等方面并无本质区别。

       工业以太网交换机产品大概总结及简介：

       （1）交换机直通转发技术：（Cut－through）

       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：（Store－and－Forward）

       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：（Latency）

       交换机延时是指从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。

       （3） 管理功能：（Management）

       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：（Single－ versus Multi－MAC）

       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：（Extendal Monitoring）

       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交换机上监视网络状况。

       （6） 扩展树：（Spanning Tree）

       由于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：（Full Duplex）

       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。具有全双工功能的交换机具有以下优点：

       1、高吞吐量（Throughput）：两倍于单工模式通信吞吐量。

       2、避免碰撞（Collision Avoidance）：没有发送／接收碰撞。

       3、突破长度限制（Improved Distance Limitation）：由于没有碰撞，所以不受CSMA／CD链路长度的限制。通信链路的长度限制只与物理介质有关。

       现在支持全双工通信的协议有：快速以太网、千兆以太网和ATM。

       虚拟局域网（VLAN）

       交换技术的发展，也加快了新的交换技术（VLAN）的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址（MAC地址）组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能。

       在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的集线器上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的 VLAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据用户工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。

       VLAN可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100 M以太网、等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等。

       VLAN的管理需要比较复杂的专门软件，它通过对用户、MAC地址、交换机端口号、VLAN号等管理对象的综合管理，来满足整个网络的VLAN划分、监视等功能，以及其他扩展管理功能。现在比较通用的VLAN的划分方法是基于MAC地址。但也有一些厂商的交换机提供更多的VLAN划分方法：MAC地址、协议地址、交换机端口、网络应用类型和用户权限等等。

       用户在选择交换机的同时，应当仔细考察选购的交换机的VLAN功能，根据自己企业的实际需要，选择满足要求而且管理方便的交换机。同时，应当特别注意现在不同厂商的交换机的VLAN之间大多数是不兼容的。

文章来源：OFweek光通讯网

2021广州国际工业自动化技术及装备展览会即将于2021年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。SIAF展会是专业的工业自动化技术展览会，它涵盖了一系列从零部件到整套设备和集成自动化解决方案。本届展会主题： 工业机器人及机器视觉、感应技术、工业测量及仪器仪表、连接技术、智能仓储、物流集成解决方案、电气系统、工业互联网；广州工业自动化展会更多资讯，详情请登陆官网 https://spsg.gymf.com.cn

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