工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)的特點

工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實效、高擴展性?及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)廠商，控制系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)常常采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完成?工業(yè)控制任務(wù)。在核電、電力以及交通等很多工業(yè)控制?領(lǐng)域的實際應(yīng)用場合下，設(shè)備所處的環(huán)境相當復雜，用戶對以太網(wǎng)的可靠性要求也越來越高?。為了保證不會?因通信服務(wù)器失效、網(wǎng)絡(luò)斷線或交換機故障而導致整個?通信系統(tǒng)癱瘓，現(xiàn)在普遍通過以太網(wǎng)冗余技術(shù)來提高網(wǎng)?絡(luò)容錯的能力。

冗余系統(tǒng)用于減少停機時間，系統(tǒng)中重要的自動化組件（例如CPU、網(wǎng)絡(luò)和CP等）都有備份。在雙絞線電纜連接成的冗余環(huán)中（見圖8-4），SCALANCE X400交換機作為冗余管理器。如果網(wǎng)絡(luò)中的某個組件（例如電纜）發(fā)生故障，冗余管理器將使備用（冗余）的連接路徑自動接管通信任務(wù)，連接不會中斷。

由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應(yīng)運而生。從快速生成樹冗余（RSTP）、環(huán)網(wǎng)冗余（RapidRing）到主干冗余（Trunking），都有各自不同的優(yōu)勢和特點，控制工程師們可以根據(jù)自己的要求進行選擇。為了更好地幫助大家了解和學習工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)的特點。

高級的管理型冗余交換機提供了一些特殊的功能，特別是針對有穩(wěn)定性、安全性方面嚴格要求的冗余系統(tǒng)進行了設(shè)計上的優(yōu)化。構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)的主要方式主要有以下幾種，STP、RSTP；環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing

1.STP及RSTP

STP（Spanning Tree Protocol，生成樹算法，IEEE 802.1D），是一個鏈路層協(xié)議，提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡(luò)循環(huán)發(fā)生。它強令備用數(shù)據(jù)路徑為阻塞（blocked）狀態(tài)。如果一條路徑有故障，該拓撲結(jié)構(gòu)能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中斷恢復時間為30~60s之間。RSTP（快速生成樹算法，IEEE 802.1w）作為STP的升級，將網(wǎng)絡(luò)中斷恢復時間，縮短到1~2s。生成樹算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，但也存在恢復速度慢的缺點。

2.環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing

為了能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實時性強的特點，RapidRing孕育而生。這是在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術(shù)。這個技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在中斷后300ms之內(nèi)自行恢復。并可以通過交換機的出錯繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設(shè)置等方法來提醒用戶出現(xiàn)的斷網(wǎng)現(xiàn)象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現(xiàn)斷開。

RapidRing也支持兩個連接在一起的環(huán)網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)拓樸更為靈活多樣。兩個環(huán)通過雙通道連接，這些連接可以是冗余的，避免單個線纜出錯帶來的問題。

3.主干冗余Trunking

將不同交換機的多個端口設(shè)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(wǎng)絡(luò)帶寬，增強了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且還還提供了另外一個功能，即冗余功能。

如果網(wǎng)絡(luò)中的骨干鏈接產(chǎn)生斷線等問題，那么網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)會通過剩下的鏈接進行傳遞，保證網(wǎng)絡(luò)的通訊正常。Trunking主干網(wǎng)絡(luò)采用總線型和星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，理論通訊距離可以無限延長。該技術(shù)由于采用了硬件偵測及數(shù)據(jù)平衡的方法，所以使網(wǎng)絡(luò)中斷恢復時間達到了新的高度，一般恢復時間在10ms以下。