工業以太網布線與故障保養

　　摘要：工業現場的環境比普通環境都要惡劣，至少在震動，濕氣，溫度上都要比普通環境惡劣，工業以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以太網（工業以太網交換機），那么關于布線、信號質量、接地回路、交換機和通訊這五點內容必須要了解否則容易出現故障，更使維護成本上升。
　　
　　布線問題
　　
　　和所有網絡一樣，電纜的優劣直接影響工業以太網的優劣。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、濕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，比較適合于10MB的網絡，而5e類電纜適合于100MB網絡。根據ANSI/TIA-1005標準所述，6類電纜或者更好的電纜可以用于工業環境中的主機或者設備連接。
　　
　　6類電纜能夠在100米的范圍內實現1GB網絡，55米范圍內實現10GB網絡。6e類電纜可以在100米范圍內實現10GB網絡。
　　
　　相比于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。工業以太網電纜的設計能夠抵御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接口和插座也能夠達到6類等級。的使用方法是，短距離布線時，使用預先做好的接插電纜，并在工廠內安裝連接器。長距離布線時使用插座。
　　
　　電纜、屏蔽、接地回路
　　
　　一些應用場合需要做屏蔽，但是如果屏蔽電纜安裝不當，那么會適得其反。
　　
　　當超出保護套管時，屏蔽以太網電纜在EMI環境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽電纜的關鍵。一個接地參考點是關鍵中的關鍵。多個接地連接會形成接地回路，不同接地連接處電勢的不同會在電纜中引入噪聲。
　　
　　接地回路會給你的網絡帶來巨大的破壞，為了解決這個問題，只在電纜的一端使用接地RJ45接口，另一端使用絕緣的RJ45接口以消除接地回路的可能性。
　　
　　如果以太網電纜與電源電纜交叉布線，那么交叉角度頗有講究。將并列的以太網電纜和電源電纜相隔至少8到12英寸，如果電壓較高或者并列距離較長，那么這個間隔距離應該更大。如果以太網電纜在金屬溝槽或者套管內走線，那么相鄰的溝槽或者套管必須連接在一起以實現電氣連續性。
　　
　　大體來講，以太網電纜盡量遠離能夠產生EMI的設備，例如電機、電機控制設備、照明設備、帶電導體等。在面板上，以太網電纜與連接器間隔至少2英寸。當電纜遠離EMI干擾源時，遵循推薦的電纜彎曲半徑。
　　
　　交換機VS集線器
　　
　　簡單地說，工業以太網環境中不要使用集線器。集線器只不過是一個多端口的中繼器。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。
　　
　　網絡上的每一臺設備都有一個*的標識符，就是我們所說的MAC地址，這是交換機比集線器具有更的識別能力的關鍵。
　　
　　當交換機剛剛上電的時候，它zui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，但隨著網絡上的設備將信息在交換機的不同端口上傳輸，交換機開始監控通訊內容，識別出哪一個MAC地址與哪一個端口相關，然后在MAC地址表中做出標識。一旦交換機發現設備的MAC地址與某個特定的端口相連接，它就會監控指向那個MAC地址的信息，然后將這些信息僅僅發送給那個特定的地址。
　　
　　工業以太網網絡有三種通訊類型。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地址表建立完成之后，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么不同。一般來說，在100MB的帶寬下，將廣播頻度控制在每秒鐘100個廣播。對于任何網絡來說，都會或多或少地存在廣播通訊。一個例子就是打印服務器會周期性地在網絡上給出廣播通知。
　　
　　窺探：不僅僅是監聽
　　
　　管理型交換機和非管理型交換機的一個主要的區別就在于它們對待組播通訊的處理方式。組播通訊通常來自于搭載在工廠過程網絡上的智能設備，采用面向連接的基于生產廠商/用戶模型的技術。這種情況下的連接僅僅是網絡上兩個或者多個節點之間的關系。
　　
　　要想能夠接收組內信息，設備必須加入組播通訊小組，組內所有的成員都能夠接收到數據。如果僅僅是向小組發送數據，那么你無需成為小組成員。在生產廠商/用戶模型中，組播通訊的主要問題就是隨著小組成員數量的增加，通訊信息呈指數地增長。此時，就需要使用管理型的交換機了。
　　
　　管理型交換機能夠打開互聯網組管理協議（IGMP）窺探功能。它是這樣工作的，當IGMP窺探功能打開后，它會發出廣播通訊以判斷任何組播小組內的成員。使用這些信息，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發送給組播小組內的成員。非管理型的交換機對組播數據和廣播數據的處理方式一樣，都是將數據發送給每一個節點。
　　
　　如果網絡使用了生產廠商/用戶技術或者使用了組播通訊，那么管理型交換機是物有所值的*。
　　
　　鏡像端口、故障排查
　　
　　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志功能，能夠控制每個端口的速度，具有冗余設置以及端*像功能。這些額外能力能夠保證對網絡行為進行更加的控制，而且在故障排查的時候能起到非常寶貴的作用。我們知道，對于網絡上的某些節點，故障是無法避免的。
　　
　　當網絡性能出現問題時，首先就要檢查交換機，雖然對于大多數網絡性能問題來說，交換機很少是問題的核心。交換機是系統中zui可能發生問題的節點，它的工作速率通常是其他網絡部件工作速率的10到50倍。
　　
　　雖然總有一種很好的軟件能夠幫助你對網絡故障問題進行排查，但是大多數這種軟件僅僅能看到廣播通訊和組播通訊。這實際上很合理，因為很多性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。如果你出于某種原因需要檢查單播通訊，那么端*像是*的途徑。
　　
　　如果網絡上沒有組播通訊的話，那么使用非管理型的交換機也沒什么問題。在只搭載了很少設備的小型簡單網絡上，很多人使用非管理型的交換機。
　　
　　有時候也可以將這兩種類型的交換機結合使用，將一些遠程設備搭載在非管理型的交換機上，統一向管理型的交換機反饋。
　　
　　對于那些節點數量很多的網絡，如果成本不是一個關鍵因素，那么還是選擇管理型的交換機吧，事后想來這確實是一個明智的選擇。