Технология коммутируемых сетей является своеобразным мостом для перехода от Ethernet к Fast Ethernet:
В зависимости от количества встроенных интерфейсов один коммутатор может быть использован для временного соединения нескольких пар подсетей.
Механизм фильтрации данных с использованием MAC адресов терминалов Ethernet позволяет сохранять локальные потоки данных локальными. Через коммутаторы передаются только те данные терминалов, которые адресованы в другие подсети.
Существенное увеличение количества подключаемых терминалов по сравнению с обычными сетями Ethernet.
Ограничение количества передаваемых ошибок из обслуживаемой подсети.
Несмотря на более высокую степень сложности, технология коммутируемых сетей обладает целым рядом преимуществ по сравнению с технологией использования повторителей:
Возможность формирования подсетей и сетевых сегментов.
Увеличение пропускной способности и увеличение производительности сети.
Простые правила конфигурирования сети.
Применение топологий, включающих до 50 OSM и увеличение протяженности сети до 150км без существенного увеличения задержки распространения сигналов.
Неограниченное расширение сети за счет подключения новых доменов/подсетей.
Простое расширение существующих сетей.
Производительность сети дляr 5 сетевых станций
Full Duplex
Дуплексный режим (Full duplex – FDX) – это режим работы, при котором терминалы способны одновременно передавать и принимать данные. Когда используется дуплексный режим, выявленные в терминалах коллизии автоматически деактивируются. Особенностью FDX режима является использование отдельных каналов для приема и передачи данных, например, оптоволоконных и промышленных витых пар, а также сетевых компонентов, способных сохранять пакеты данных.
До тех пор, пока коллизии не обнаружены, компоненты FDX соединений способны одновременно передавать и принимать данные с нормальной скоростью. За счет этого пропускная способность возрастает вдвое по отношению к номинальной скорости передачи данных в сети: 20Мбит/с в Ethernet и 200Мбит/с в Fast Ethernet. Еще одним преимуществом FDX является возможность увеличения протяженности сети. Применение принципа деактивации коллизий позволяет увеличить расстояние между двумя сетевыми компонентами и превысить размеры одного домена.
Дуплексный режим позволяет использовать предельные протяженности линий связи для приемника и передатчика. Наибольшие преимущества это дает при использовании оптоволоконных линий связи. Для стеклянных оптоволоконных кабелей с длиной волны 62.5/128мкн стандарт 100BaseFX устанавливает максимальную протяженность канала связи, равную 2000м. Применение мощных передатчиков и чувствительных приемников, а также оптических коммутирующих модулей связи OSM позволяет увеличить расстояние передачи до 3000м с оптоволоконным кабелем 62.5/125мкн, и до 18км с оптоволоконным кабелем 10/125мкн.
Авто определение/авто настройка
Авто определение – это функция сетевых узлов (терминалов или сетевых устройств), позволяющая производить автоматическое определение скорости передачи данных в сети (10 или 100Мбит/с) и автоматическую настройку на эту скорость передачи.
Авто настройка – это конфигурируемый протокол для Fast Ethernet. Он позволяет сетевым узлам определять скорость и режим передачи до того, как будет послан первый пакет данных:
Скорость передачи 10 или 100Мбит/с.
Дуплексный или полудуплексный режим передачи.
Для передачи данных на определенной скорости функция авто настройки может быть деактивирована. Основным преимуществом функции авто настройки является возможность организации обмена данными со всеми компонентами Ethernet, в том числе и не поддерживающими эту функцию (например, OLM).
Скоростное включение резерва в SIMATIC NET
Быстрое реконфигурирование сети после отказа является одним из важнейших показателей промышленной сети. В противном случае подобные нарушения могут вызывать потерю управления и аварийный останов системы. Для обеспечения минимального времени реакции SIMATIC NET использует специально разработанный процесс управления резервированием. С его помощью реконфигурация сетевой инфраструктуры выполняется за доли секунды. В оптическом кольце, объединяющем 50 коммутаторов (OSM/ESM) реконфигурирование сети после возникновения отказа (обрыв кабеля или отказ коммутатора) производится менее чем за 0.3с.
Изменение конфигурации не затрагивает не связанные с этими изменениями терминалы, логические соединения не закрываются. Управление процессом не прекращается. Дополнительно к поддержке сетевой избыточности оптического 100Мбит/с кольца OSM/ESM обеспечивают поддержку резервированного подключения дополнительных оптических колец и сегментов сети. Через пару OSM/ESM к сети могут подключаться оптические кольца Industrial Ethernet с оптическими модулями связи OLM и сегменты с любой другой структурой.
Конфигурация с высокоскоростным резервированием в оптическом кольце
Конфигурация с высокоскоростным резервированием в электрическом кольце
Конфигурация с высокоскоростным резервированием в смешанном кольце
Резервирование с поддержкой древовидных структур
Алгоритм охвата древовидных структур описан в стандарте IEEE 802.1d. Он предназначен для обслуживания переплетенных структур Ethernet, состоящих из произвольных схем включения мостов и коммутаторов. Для предотвращения циркуляции пакетов данных по всей сети отдельные ответвления, подключенные к кольцу, преобразуются в разомкнутую древовидную структуру. Эта структура используется для обмена данными между мостами/коммутаторами.
Поскольку этот протокол должен поддерживать любую древовидную структуру, его техническая реализация отличается достаточно высокой сложностью. Реконфигурирование сети по алгоритму охвата древовидных структур может занимать от 30 до 60с. В этот период передача данных по сети невозможна.
В системах автоматизации время реакции на отказ в сети не должно превышать 0.5с, поэтому в SIMATIC NET реализован другой алгоритм резервирования.
Коммутируемые сети
Коммутируемые промышленные сети могут иметь магистральную или кольцевую (оптическую или электрическую) топологии. Для построения этих конфигураций применяются электрические и оптические коммутаторы OSM и ESM. Связь между модулями выполняется по оптическим кабелям. Терминалы и сегменты сети подключаются через промышленные или обычные витые пары. Коммутируемые сети можно расширять без ограничений. При расстояниях до 150км необходимо предпринимать все меры для обеспечения допустимых задержек распространения сигналов.
Использование коммутаторов SCALANCE X в системе PCS 7