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工业冗余环网与民用三层网络比较
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1、引言
 有鉴于目前工业设计院和工业系统集成单位,在为工业客户设计实施现场工业以太网方案时,仍然采用三层网络结构。所以本文就工业冗余环网与民用三层网络做了个比较。
 
 2、工业化设计的冗余环网
 
 交换机数据转发延迟小,存储转发(Store and Forward)是网络领域使用得最为广泛的技术之一,以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来,先检查数据包是否正确,并过滤掉冲突包错误。确定包正确后,取出目的地址,通过查找表找到想要发送的输出端口地址,然后将该包发送出去。交换机数据存储转发由硬件实现,数据转发延迟为1~2ms
 
 交换机带宽高, 100M。
 
 提供冗余链路,网络故障恢复时间<300ms。在工业冗余环网网络环境里,交换机不会立即开始转发功能,主交换机(Local)由手动指定,选择主链路和备份链路建立一个指定路径,由Supreme-Ring协议自动指定。一个工业冗余环网网络里面只能有一个主交换机(Local)。主交换机(Local)会定期发送配置信息,这种配置信息将会被所有的从交换机(Remote)发送。一旦网络结构发生变化,网络状态将会重新配置。
 
 当指定主交换机(Local)之后,在转发数据包之前,所有端口都以阻塞方式启动。运用Supreme-Ring算法,主交换机(Local)选择最低COST值的端口作为主链路,另一条COST值高的端口作为备份链路。备份链路不转发数据,只接收和处理HELLO包,处于热备(Hot Standby)状态。从交换机(Remote)没有主链路和备份链路的区别。Supreme-Ring协议是一种简洁高效的冗余协议,能够保证环网在链路故障时,在300ms之内恢复网络通信。
 
 Supreme-Ring的状态:
 运行Supreme-Ring协议的交换机上的端口,总是处于下面四个状态中的一个:
 阻塞:所有端口以阻塞状态启动以防止回路,处于阻塞状态的端口不转发数据帧但可接受HELLO包。
 热备:不转发数据帧,但学习MAC地址表,在主链路故障时,在300ms之内,立刻进入转发状态。
 转发:可以传送和接受数据数据帧。 
 禁用:通常由于端口故障或交换机配置错误引起。
 
 工业冗余环网网络简洁高效。
 
 3、三层设计的网络
 
 路由器数据转发延迟大,当一个数据包进入路由器,首先查看二层帧,进行CRC校验,进入缓冲区,查看路由表,从缓冲区取出数据包目的IP地址与路由表进行匹配与运算,重新封装二层帧头,此时的二层帧头的源MAC地址已经变为路由器出口的MAC地址,从路由器出口转发。路由器改写二层帧源MAC地址和数据转发由软件实现,不同的路由器数据转发延迟差别较大,通常经过一个路由器的延迟不少于50ms。
 
 普通路由器带宽低,只有10M。
 
 能够提供冗余链路,网络收敛时间长。四种最常见路由协议是RIP、IGRP、OSPF和EIGRP。在上述几种域内路由算法中,RIP和IGRP的收敛时间相对较长,都是分钟数量级的;OSPF要短一些,数十秒内可以收敛;EIGRP最短,网络拓扑发生变化之后,几秒钟即可达到收敛状态。
 收敛是路由算法选择时所遇到的一个重要问题。收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化,并且相应地做出改变所需要的时间。这一时间越短,网络变化对全网的扰动就越小。收敛时间过长会导致路由循环的出现。 
 
 三层设计的网络复杂繁琐。
 
 4、结束语
 三层设计的网络虽然可扩展性高,并且在民用领域是事实上的标准,但是由于数据转发延迟大、带宽低、网络收敛时间长、配置与实施复杂繁琐等缺点,并不适用于工业现场环境。工业化设计的冗余环网简洁高效是专为工业现场环境设计,带宽高,低于<300ms的网络故障恢复时间,满足工业现场要求。


 

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