Vlan με βάση τα λιμάνια. Μέγιστη απόσταση*, m

Όταν ένας υπολογιστής στέλνει κίνηση στο δίκτυο, δεν γνωρίζει καν σε ποιο VLAN βρίσκεται. Ο διακόπτης το σκέφτεται αυτό. Η κίνηση που έρχεται σε μια θύρα ενός συγκεκριμένου VLAN δεν διαφέρει από την κίνηση ενός άλλου VLAN. Με άλλα λόγια, δεν περιέχει καμία πληροφορία για το αν η κίνηση ανήκει σε ένα συγκεκριμένο VLAN.

Ωστόσο, εάν η κίνηση από διαφορετικά VLAN μπορεί να έρχεται μέσω μιας θύρας, ο διακόπτης πρέπει να τη διακρίνει με κάποιο τρόπο.

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος για να τοποθετήσετε ένα τέτοιο σήμα τώρα περιγράφεται στο ανοιχτό πρότυπο IEEE 802.1Q.

IEEE 802.1Q- ένα ανοιχτό πρότυπο που περιγράφει τη διαδικασία για την προσθήκη ετικετών στην επισκεψιμότητα για τη μετάδοση πληροφοριών σχετικά με τη συμμετοχή VLAN.

Εφόσον το 802.1Q δεν αλλάζει τις κεφαλίδες του πλαισίου, συσκευές δικτύουπου δεν υποστηρίζουν αυτό το πρότυπο μπορούν να μεταδίδουν κίνηση χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η ιδιότητα μέλους VLAN.

Το 802.1Q τοποθετείται μέσα στο πλαίσιο ετικέτα, το οποίο μεταδίδει πληροφορίες σχετικά με το αν η κίνηση ανήκει στο VLAN.

Το μέγεθος της ετικέτας είναι 4 byte. Αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία:

Αναγνωριστικό πρωτοκόλλου ετικέτας (TPID)- Αναγνωριστικό πρωτοκόλλου προσθήκης ετικετών. Το μέγεθος του πεδίου είναι 16 bit. Υποδεικνύει ποιο πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για την προσθήκη ετικετών. Για το 802.1q η τιμή είναι 0x8100.

Πληροφορίες ελέγχου ετικετών (TCI)- ένα πεδίο που ενσωματώνει τα πεδία προτεραιότητας, κανονικής μορφής και αναγνωριστικού VLAN:

• Προτεραιότητα- μια προτεραιότητα. Το μέγεθος του πεδίου είναι 3 bit. Χρησιμοποιείται από το πρότυπο IEEE 802.1p για τον καθορισμό της προτεραιότητας της μεταδιδόμενης κίνησης.

  Κανονική ένδειξη μορφής (CFI)- Ένδειξη κανονικής μορφής. Το μέγεθος του πεδίου είναι 1 bit. Υποδεικνύει τη μορφή διεύθυνσης MAC. 0 - κανονικό (πλαίσιο Ethernet), 1 - μη κανονικό (πλαίσιο Token Ring, FDDI).

  Αναγνωριστικό VLAN (VID ) - Αναγνωριστικό VLAN - 12 bit Υποδεικνύει σε ποιο VLAN ανήκει το πλαίσιο. Το εύρος των πιθανών τιμών VID είναι από 0 έως 4094.

Όταν χρησιμοποιείτε το πρότυπο Ethernet II, το 802.1Q εισάγει μια ετικέτα πριν από το πεδίο Τύπος πρωτοκόλλου. Δεδομένου ότι το πλαίσιο έχει αλλάξει, το άθροισμα ελέγχου υπολογίζεται εκ νέου.

Στο πρότυπο 802.1Q υπάρχει μια ιδέα Εγγενές VLAN. Από προεπιλογή, αυτό είναι VLAN 1. Η επισκεψιμότητα που αποστέλλεται σε αυτό το VLAN δεν έχει ετικέτα.

Υπάρχει ένα παρόμοιο ιδιόκτητο πρωτόκολλο με το 802.1Q που αναπτύχθηκε από τη Cisco Systems - ISL.

Το άρθρο εξετάζει τις δυνατότητες του Ethernet σε σχέση με τη βιομηχανική χρήση. Το υλικό παρουσιάζει επίσης ειδικά πρωτόκολλα εφαρμογών που βασίζονται σε Ethernet.

LLC "AKOM", Chelyabinsk

Έχοντας κατακτήσει με επιτυχία τον κόσμο του αυτοματισμού γραφείου, το Ethernet και το TCP/IP ξεκίνησαν την επίθεσή τους στα κατανεμημένα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου. Η δελεαστική ιδέα μιας «απρόσκοπτης» σύνδεσης όλων των επιπέδων της κλασικής πυραμίδας αυτοματισμού χρησιμοποιείται ως το κύριο «όπλο»: από το επίπεδο αυτοματοποίησης των τεχνολογικών διαδικασιών έως το επίπεδο της διαχείρισης της επιχείρησης. Η υλοποίηση αυτής της ιδέας απαιτούσε σημαντικές προσαρμογές του Ethernet, ειδικά όσον αφορά την υποστήριξη σε πραγματικό χρόνο. Τα μη ντετερμινιστικά πρωτόκολλα επικοινωνίας όπως το HTTP και το FTP παρέχουν σίγουρα ευελιξία και ευκολία στη χρήση, αλλά για βιομηχανική χρήση, έπρεπε ακόμη να αναπτυχθούν ειδικά πρωτόκολλα εφαρμογών με βάση το Ethernet.

OSI - μοντέλο διασύνδεσης ανοιχτών συστημάτων

Το μοντέλο OSI (Open System Interconnection) περιγράφει σχηματικά και τυποποιεί τις μεταξύ τους συνδέσεις διάφορες συσκευέςστην αρχιτεκτονική δικτύου. Το μοντέλο OSI ορίζει επτά επίπεδα δικτύωσης συστήματος, τους δίνει τυπικά ονόματα και καθορίζει ποιες λειτουργίες πρέπει να εκτελεί κάθε επίπεδο και πώς θα επικοινωνεί με το ανώτερο επίπεδο.

Ρύζι. 1.Μοντέλο OSI (Open System Interconnection).

Προτού τα δεδομένα χρήστη από την Εφαρμογή 1 (Εικόνα 1.) μπορούν να σταλούν μέσω Ethernet, αυτά τα δεδομένα περνούν διαδοχικά μέσω ολόκληρης της στοίβας επικοινωνίας από το πάνω προς το χαμηλότερο επίπεδο. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται το τελικό πακέτο για μετάδοση (ενθυλάκωση) - όταν σχηματίζεται ένα πλαίσιο (πακέτο) σύμφωνα με τις απαιτήσεις του τρέχοντος επιπέδου, ένα πλαίσιο από περισσότερα υψηλό επίπεδο. Έτσι, τα δεδομένα που έχουν φτάσει στο χαμηλότερο επίπεδο (φυσικό μέσο μετάδοσης) μεταδίδονται στο δεύτερο σύστημα, όπου συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία διαδοχικής μετάδοσης των ληφθέντων δεδομένων στα ανώτερα επίπεδα προς τον προορισμό - Εφαρμογή 2.

Αυτή η διαδικασία είναι σαν ένας αγωγός που λειτουργεί καλά και απαιτεί μια σαφή περιγραφή των λογικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των επιπέδων.

Τραπέζι 1

Στο Ethernet, σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 802.1-3, υλοποιούνται τα επίπεδα 1 και 2 του μοντέλου OSI. Η υποστήριξη για το τρίτο, το επίπεδο δικτύου, παρέχεται από το πρωτόκολλο IP (Internet Protocol) που υπερτίθεται στο Ethernet και τα πρωτόκολλα μεταφοράς TCP και UDP αντιστοιχούν στο Επίπεδο 4. Τα επίπεδα 5-7 υλοποιούνται στα πρωτόκολλα εφαρμογής FTP, Telnet, SMTP, SNMP και στα συγκεκριμένα πρωτόκολλα που αναφέρονται παρακάτω για βιομηχανικούς αυτοματισμούς (Industrial Ethernet). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα Industrial Ethernet πρωτόκολλα σε ορισμένες εφαρμογές μπορούν να αντικαταστήσουν ή να συμπληρώσουν τα επίπεδα 3 και 4 (IP και TCP/UDP).

Το Layer 1 (Physical) περιγράφει τη μέθοδο μετάδοσης δεδομένων σειριακά, κομμάτι προς bit, σε ένα φυσικό μέσο. Σε σχέση με το πρότυπο IEEE 802.3, ένα τυπικό πλαίσιο Ethernet θα πρέπει να μοιάζει με αυτό:

Προοίμιο - προοίμιο, που χρησιμοποιείται για το συγχρονισμό της συσκευής λήψης και υποδεικνύει την αρχή ενός πλαισίου Ethernet.

Προορισμός - διεύθυνση παραλήπτη.

Πηγή - διεύθυνση αποστολέα.

Πεδίο τύπου - τύπος πρωτοκόλλου υψηλού επιπέδου (για παράδειγμα, TCP/IP).

Πεδίο δεδομένων - μεταδιδόμενα δεδομένα.

Έλεγχος - άθροισμα ελέγχου (CRC).

Το Επίπεδο 2 (Σύνδεσμος) βελτιώνει την αξιοπιστία της μετάδοσης δεδομένων μέσω του Φυσικού Επιπέδου συσκευάζοντας δεδομένα σε τυπικά πλαίσια με την προσθήκη πληροφοριών διεύθυνσης και άθροισμα ελέγχου (ανίχνευση σφαλμάτων). Η πρόσβαση στο φυσικό μέσο μετάδοσης, σύμφωνα με το IEEE 802.3, πραγματοποιείται μέσω του μηχανισμού CSMA/CD, ο οποίος οδηγεί σε αναπόφευκτες συγκρούσεις όταν πολλές συσκευές αρχίζουν να εκπέμπουν ταυτόχρονα. Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων σάς επιτρέπει να λύσετε αυτό το πρόβλημα παρέχοντας διανομή δικαιωμάτων πρόσβασης σε συσκευές δικτύου. Αυτό εφαρμόζεται σε διακόπτες Ethernet (τεχνολογία Switched Ethernet), στους οποίους, με βάση δεδομένα από το επίπεδο σύνδεσης, όλα τα εισερχόμενα δεδομένα ελέγχονται αυτόματα για ακεραιότητα και συμμόρφωση με το άθροισμα ελέγχου (CRC) και, εάν το αποτέλεσμα είναι θετικό, ανακατευθύνονται μόνο στη θύρα στην οποία είναι συνδεδεμένος ο δέκτης δεδομένων.

Το Επίπεδο 3 (Δίκτυο) παρέχει την ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ διαφορετικών δικτύων χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο IP (όπως εφαρμόζεται στο Ethernet) ως εργαλείο. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από το επίπεδο μεταφοράς ενσωματώνονται σε ένα πλαίσιο επιπέδου δικτύου με κεφαλίδες IP και μεταβιβάζονται στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων για τμηματοποίηση και περαιτέρω μετάδοση. Η τρέχουσα έκδοση 4 πρωτοκόλλου Διαδικτύου (IPv4) χρησιμοποιεί εύρος διευθύνσεων έως και 32 bit και η έκδοση IPv6 επεκτείνει το χώρο διευθύνσεων στα 128 bit.

Το Επίπεδο 4 (Μεταφορά) διασφαλίζει τη μετάδοση δεδομένων με καθορισμένο επίπεδο αξιοπιστίας. Η υποστήριξη για αυτό το επίπεδο υλοποιείται στα πρωτόκολλα TCP και UDP. Το TCP (Transmission Control Protocol) είναι ένα προηγμένο πρωτόκολλο με μέσα για τη δημιουργία, την επιβεβαίωση και τον τερματισμό μιας σύνδεσης, με μέσα για τον εντοπισμό και τη διόρθωση σφαλμάτων. Η υψηλή αξιοπιστία της μετάδοσης δεδομένων επιτυγχάνεται με το κόστος πρόσθετων χρονικών καθυστερήσεων και αύξησης του όγκου των μεταδιδόμενων πληροφοριών. Το UDP (User Datagram Protocol) δημιουργήθηκε σε αντίθεση με το TCP και χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου ο πρωταρχικός παράγοντας είναι η ταχύτητα παρά η αξιοπιστία της μετάδοσης δεδομένων.

Τα επίπεδα 5 - 7 είναι υπεύθυνα για την τελική ερμηνεία των μεταδιδόμενων δεδομένων χρήστη. Παραδείγματα από τον κόσμο του αυτοματισμού γραφείου περιλαμβάνουν τα πρωτόκολλα FTP και HTTP. Τα πρωτόκολλα που ταξινομούνται ως Industrial Ethernet χρησιμοποιούν επίσης αυτά τα επίπεδα, αλλά διαφορετικοί τρόποι, γεγονός που τα καθιστά ασυμβίβαστα. Έτσι, τα πρωτόκολλα Modbus/TCP, EtherNet/IP, CIPsync, JetSync βρίσκονται ακριβώς πάνω από το επίπεδο 4 του μοντέλου OSI και τα πρωτόκολλα ETHERNET Powerlink, PROFInet, SERCOS επεκτείνονται και αντικαθιστούν εν μέρει τα επίπεδα 3 και 4.

Ethernet/IP

Το EtherNet/IP βασίζεται στα πρωτόκολλα Ethernet TCP και UDP IP και επεκτείνει τη στοίβα επικοινωνίας για χρήση στον βιομηχανικό αυτοματισμό (Εικ. 2.). Το δεύτερο μέρος του ονόματος "IP" σημαίνει "Βιομηχανικό Πρωτόκολλο". Το πρωτόκολλο Ethernet/IP (Industrial Ethernet Protocol) αναπτύχθηκε από τον όμιλο ODVA με την ενεργή συμμετοχή της Rockwell Automation στα τέλη του 2000 με βάση το πρωτόκολλο επικοινωνίας CIP (Common Interface Protocol), το οποίο χρησιμοποιείται επίσης στα δίκτυα ControlNet και DeviceNet. Η προδιαγραφή EtherNet/IP είναι δημόσια διαθέσιμη και δωρεάν. Εκτός από τις τυπικές λειτουργίες των πρωτοκόλλων HTTP, FTP, SMTP και SNMP, το EtherNet/IP επιτρέπει τη μεταφορά κρίσιμων για το χρόνο δεδομένων μεταξύ της συσκευής ελέγχου και των συσκευών I/O. Η αξιοπιστία της μετάδοσης μη κρίσιμων δεδομένων (διαμόρφωση, φόρτωση/εκφόρτωση προγραμμάτων) διασφαλίζεται από τη στοίβα TCP και η κρίσιμη χρονικά παράδοση δεδομένων κυκλικού ελέγχου θα πραγματοποιηθεί μέσω της στοίβας UDP. Για να απλοποιηθεί η ρύθμιση του δικτύου EtherNet/IP, οι περισσότερες τυπικές συσκευές αυτοματισμού διαθέτουν προκαθορισμένα αρχεία ρυθμίσεων(EDS).

Το CIPsync είναι μια επέκταση του πρωτοκόλλου επικοινωνίας CIP και εφαρμόζει μηχανισμούς συγχρονισμού χρόνου σε κατανεμημένα συστήματα που βασίζονται στο πρότυπο IEEE 1588.

PROFINET

Η πρώτη έκδοση του PROFINET χρησιμοποιούσε Ethernet για μη κρίσιμης σημασίας επικοινωνία μεταξύ συσκευών κορυφαίο επίπεδοκαι συσκευές επιπέδου πεδίου Profibus-DP. Η αλληλεπίδραση με το Profibus-DP πραγματοποιήθηκε πολύ απλά χρησιμοποιώντας το PROXY ενσωματωμένο στη στοίβα.

Η δεύτερη έκδοση του PROFINET παρέχει δύο μηχανισμούς επικοινωνίας μέσω Ethernet: Το TCP/IP χρησιμοποιείται για τη μετάδοση μη κρίσιμων για τον χρόνο δεδομένων και πραγματικός χρόνοςπαρέχεται στο δεύτερο κανάλι με ειδικό πρωτόκολλο. Αυτό το πρωτόκολλο σε πραγματικό χρόνο «πηδά» μέσα από τα επίπεδα 3 και 4, μετατρέποντας το μήκος των μεταδιδόμενων δεδομένων για την επίτευξη ντετερμινισμού. Επιπλέον, για τη βελτιστοποίηση της επικοινωνίας, σε όλες τις μεταδόσεις δεδομένων στο PROFINET εκχωρούνται προτεραιότητες σύμφωνα με το IEEE 802.1p. Για επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο, τα δεδομένα πρέπει να έχουν την υψηλότερη (έβδομη) προτεραιότητα.

Το PROFINET V3 (IRT) χρησιμοποιεί υλικό για να δημιουργήσει ένα γρήγορο κανάλι με ακόμα μεγαλύτερη απόδοση. Διασφαλίζεται η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις IRT (Isochronous Real-Time) του προτύπου IEEE-1588. Το PROFINET V3 χρησιμοποιείται κυρίως σε συστήματα ελέγχου κίνησης που χρησιμοποιούν ειδικούς διακόπτες Ethernet/PROFINET V3.

Ρύζι. 2.Δομή Ethernet/IP σε επίπεδα μοντέλου OSI

Ρύζι. 3.Δομή PROFINET σε επίπεδα μοντέλου OSI

Ρύζι. 4.Δομή Ethernet PowerLink σε επίπεδα μοντέλων OSI

ETHERNET Powerlink

Στο ETHERNET Powerlink, οι στοίβες TCP/IP και UDP/IP (Επίπεδα 3 και 4) επεκτείνονται από τη στοίβα Powerlink. Με βάση τις στοίβες TCP, UDP και Powerlink, πραγματοποιείται τόσο η ασύγχρονη μεταφορά δεδομένων που δεν είναι κρίσιμα για το χρόνο όσο και η γρήγορη ισόχρονη μεταφορά κυκλικών δεδομένων.

Η στοίβα Powerlink διαχειρίζεται πλήρως την κίνηση δεδομένων στο δίκτυο για λειτουργία σε πραγματικό χρόνο. Για αυτό, χρησιμοποιείται η τεχνολογία SCNM (Slot Communication Network Management), η οποία ορίζει ένα χρονικό διάστημα και αυστηρά δικαιώματα για τη μετάδοση δεδομένων για κάθε σταθμό του δικτύου. Σε κάθε τέτοιο χρονικό διάστημα, μόνο ένας σταθμός έχει πλήρης πρόσβασηστο δίκτυο, το οποίο σας επιτρέπει να απαλλαγείτε από συγκρούσεις και να εξασφαλίσετε ντετερμινισμό στην εργασία. Εκτός από αυτές τις μεμονωμένες χρονοθυρίδες για ισόχρονη μεταφορά δεδομένων, το SCNM παρέχει κοινές χρονοθυρίδες για ασύγχρονη μεταφορά δεδομένων.

Σε συνεργασία με την ομάδα CiA (CAN in Automation), η επέκταση Powerlink v.2 έχει αναπτυχθεί χρησιμοποιώντας προφίλ συσκευών CANopen.

Το Powerlink v.3 περιλαμβάνει μηχανισμούς συγχρονισμού χρόνου που βασίζονται στο πρότυπο IEEE 1588.

Modbus/TCP - IDA

Η νεοσυσταθείσα ομάδα Modbus-IDA προτείνει μια αρχιτεκτονική IDA για κατανεμημένα συστήματα ελέγχου που χρησιμοποιούν το Modbus ως δομή μηνυμάτων. Το Modbus-TCP είναι μια συμβίωση του τυπικού πρωτοκόλλου Modbus και του πρωτοκόλλου Ethernet-TCP/IP ως μέσο μετάδοσης δεδομένων. Το αποτέλεσμα είναι ένα απλό, δομημένο, ανοιχτό πρωτόκολλο μετάδοσης για δίκτυα Master-Slave. Και τα τρία πρωτόκολλα από την οικογένεια Modbus (Modbus RTU, Modbus Plus και Modbus-TCP) χρησιμοποιούν το ίδιο πρωτόκολλο εφαρμογής, το οποίο διασφαλίζει τη συμβατότητά τους σε επίπεδο επεξεργασίας δεδομένων χρήστη.

Το IDA δεν είναι μόνο πρωτόκολλα που βασίζονται σε Modbus, είναι μια ολόκληρη αρχιτεκτονική που συνδυάζει μεθόδους κατασκευής διάφορα συστήματααυτοματοποίηση με κατανεμημένη νοημοσύνη και που περιγράφει τόσο τη δομή του συστήματος ελέγχου στο σύνολό του όσο και τις διεπαφές των συσκευών και λογισμικόσυγκεκριμένα. Αυτό εξασφαλίζει κάθετη και οριζόντια ενοποίηση όλων των επιπέδων αυτοματισμού με εκτεταμένη χρήση τεχνολογιών web.

Η μεταφορά δεδομένων σε πραγματικό χρόνο διασφαλίζεται με τη χρήση της στοίβας IDA, η οποία αποτελεί πρόσθετο στο TCP/UDP και βασίζεται στο πρωτόκολλο Modbus. Η μετάδοση δεδομένων που δεν είναι κρίσιμα για το χρόνο και η υποστήριξη για τεχνολογίες Ιστού πραγματοποιείται μέσω της στοίβας TCP/IP. Παρέχεται δυνατότητα τηλεχειριστήριοσυσκευές και συστήματα (διαγνωστικά, παραμετροποίηση, λήψη προγραμμάτων κ.λπ.) χρησιμοποιώντας τυπικά πρωτόκολλα HTTP, FTP και SNMP.

EtherCAT

Το EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) είναι μια ιδέα αυτοματισμού που βασίζεται σε Ethernet που αναπτύχθηκε από τη γερμανική εταιρεία Beckhoff. Η κύρια διαφορά αυτής της τεχνολογίας είναι η επεξεργασία των πλαισίων Ethernet "εν πτήσει": κάθε μονάδα στο δίκτυο, ταυτόχρονα με τη λήψη των δεδομένων που απευθύνονται σε αυτήν, μεταδίδει το πλαίσιο στην επόμενη ενότητα. Κατά τη μετάδοση, τα δεδομένα εξόδου εισάγονται παρομοίως στο αναμεταδομένο πλαίσιο. Έτσι, κάθε μονάδα στο δίκτυο παρέχει μια καθυστέρηση λίγων μόνο νανοδευτερόλεπτων, παρέχοντας στο σύστημα στο σύνολό του υποστήριξη σε πραγματικό χρόνο. Τα μη κρίσιμα δεδομένα μεταδίδονται σε χρονικά διαστήματα μεταξύ των μεταδόσεων δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.

Το EtherCAT εφαρμόζει μηχανισμούς συγχρονισμού που βασίζονται στο πρότυπο IEEE 1588 Η χαμηλή καθυστέρηση στη μεταφορά δεδομένων επιτρέπει στο EtherCAT να χρησιμοποιείται σε συστήματα ελέγχου κίνησης.

ΣΕΡΚΟΣ-ΙΙΙ

Το SERCOS (Serial Real-Time Communication System) είναι μια ψηφιακή διεπαφή βελτιστοποιημένη για επικοινωνία μεταξύ του ελεγκτή και των VFD (μετατροπείς συχνότητας) και χρησιμοποιεί έναν δακτύλιο οπτικών ινών. Αναπτύχθηκε στην αρχική του μορφή από έναν όμιλο εταιρειών στα τέλη της δεκαετίας του '80 του περασμένου αιώνα. Η λειτουργία σε πραγματικό χρόνο επιτυγχάνεται με τη χρήση του μηχανισμού TDMA (Time Division Multiplex Access) - Time Division Multiplex Access. SERCOS-III είναι τελευταία έκδοσηαυτή η διεπαφή και βασίζεται σε Ethernet.

Foundation Fieldbus HSE

Κατά την ανάπτυξη του προτύπου Foundation Fieldbus, προσπάθησαν να βασιστούν εξ ολοκλήρου στο μοντέλο OSI, αλλά, τελικά, για λόγους ποιότητας λειτουργίας, το μοντέλο άλλαξε: Το επίπεδο 2 αντικαταστάθηκε από ένα ιδιόκτητο επίπεδο συντονισμού δεδομένων, τα επίπεδα 3-6 εξαιρέθηκαν και αναπτύχθηκε ένα όγδοο επίπεδο, που ονομάζεται User . Το επίπεδο χρήστη περιλαμβάνει μπλοκ λειτουργιών, τα οποία είναι τυποποιημένα πακέτα λειτουργιών ελέγχου (για παράδειγμα, ένα αναλογικό μπλοκ σήμα εισόδου, έλεγχος PID, κ.λπ.). Αυτά τα λειτουργικά μπλοκ πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις μιας μεγάλης σειράς διαφορετικού εξοπλισμού από διαφορετικούς κατασκευαστές και όχι συγκεκριμένου τύπου συσκευής. Για να μεταφέρουν τις μοναδικές τους ιδιότητες και δεδομένα στο σύστημα, οι συνδεδεμένες συσκευές χρησιμοποιούν μια "περιγραφή συσκευής" λογισμικού (Device Description - DD). Αυτό καθιστά εύκολη την προσθήκη νέων συσκευών στο σύστημα σε βάση plug-and-play.

Το δεύτερο διακριτικό χαρακτηριστικό της τεχνολογίας Foundation Fieldbus είναι η παροχή peer-to-peer επικοινωνίας μεταξύ συσκευών πεδίου. Με την επικοινωνία peer-to-peer, κάθε συσκευή που είναι συνδεδεμένη σε ένα δίαυλο μπορεί να επικοινωνεί απευθείας με άλλες συσκευές σε αυτόν τον δίαυλο (δηλαδή, χωρίς την ανάγκη σηματοδότησης μέσω συστήματος ελέγχου).

Το 2000 αναπτύχθηκε η παραλλαγή Fieldbus HSE (High-Speed ​​Ethernet): Βασισμένη σε Ethernet, ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων 100 Mbaud, υποστήριξη σε πραγματικό χρόνο, συμβατή με όλο τον εμπορικό εξοπλισμό Ethernet, χρήση. Πρωτόκολλα Διαδικτύου(FTP, HTTP, SMPT, SNMP και UDP), η δυνατότητα επικοινωνίας με το δίκτυο FF H1 χωρίς πρόσβαση στο κεντρικό σύστημα.

SafeEthernet

Ανάπτυξη της γερμανικής εταιρείας HIMA με βάση Ethernet με υποστήριξη πρωτοκόλλων Internet. Σύμφωνα με το προφίλ της εταιρείας και όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτό το πρωτόκολλοβελτιστοποιημένη για χρήση σε συστήματα ασφαλείας.

IEEE 802.1Q- ένα ανοιχτό πρότυπο που περιγράφει τη διαδικασία για την προσθήκη ετικετών στην κυκλοφορία για τη μετάδοση πληροφοριών σχετικά με τη συνδρομή VLAN.

Εφόσον το 802.1Q δεν αλλάζει τις κεφαλίδες πλαισίου, οι συσκευές δικτύου που δεν υποστηρίζουν αυτό το πρότυπο μπορούν να μεταδίδουν κίνηση χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τη συνδρομή του σε VLAN.

Το 802.1Q τοποθετείται μέσα στο πλαίσιο ετικέτα, το οποίο μεταδίδει πληροφορίες σχετικά με το αν η κίνηση ανήκει στο VLAN.

Το μέγεθος της ετικέτας είναι 4 byte. Αποτελείται από τα ακόλουθα πεδία:

• Αναγνωριστικό πρωτοκόλλου ετικέτας (TPID)- Αναγνωριστικό πρωτοκόλλου προσθήκης ετικετών. Το μέγεθος του πεδίου είναι 16 bit. Υποδεικνύει ποιο πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για την προσθήκη ετικετών. Για το 802.1q η τιμή είναι 0x8100.
• Πληροφορίες ελέγχου ετικετών (TCI)- ένα πεδίο που περικλείει τα πεδία προτεραιότητας, κανονικής μορφής και αναγνωριστικού VLAN:
  • Προτεραιότητα- μια προτεραιότητα. Το μέγεθος του πεδίου είναι 3 bit. Χρησιμοποιείται από το πρότυπο IEEE 802.1p για τον καθορισμό της προτεραιότητας της μεταδιδόμενης κίνησης.
  • Κανονική ένδειξη μορφής (CFI)- Ένδειξη κανονικής μορφής. Το μέγεθος του πεδίου είναι 1 bit. Υποδεικνύει τη μορφή διεύθυνσης MAC. 0 - κανονικό (πλαίσιο Ethernet), 1 - μη κανονικό (πλαίσιο Token Ring, FDDI).
  • Αναγνωριστικό VLAN (VID)- Αναγνωριστικό VLAN - 12 bit Υποδεικνύει σε ποιο VLAN ανήκει το πλαίσιο. Το εύρος των πιθανών τιμών VID είναι από 0 έως 4094.

Όταν χρησιμοποιείτε το πρότυπο Ethernet II, το 802.1Q εισάγει μια ετικέτα πριν από το πεδίο Τύπος πρωτοκόλλου. Δεδομένου ότι το πλαίσιο έχει αλλάξει, το άθροισμα ελέγχου υπολογίζεται εκ νέου.

Στο πρότυπο 802.1Q υπάρχει μια έννοια Native VLAN. Από προεπιλογή, αυτό είναι VLAN 1. Η επισκεψιμότητα που αποστέλλεται σε αυτό το VLAN δεν έχει ετικέτα.

Υπάρχει ένα παρόμοιο ιδιόκτητο πρωτόκολλο με το 802.1Q που αναπτύχθηκε από τη Cisco Systems - ISL.

Όταν χρησιμοποιείτε VLAN που βασίζονται σε θύρα, κάθε θύρα εκχωρείται σε ένα συγκεκριμένο VLAN, ανεξάρτητα από το ποιος χρήστης ή υπολογιστής είναι συνδεδεμένος σε αυτήν τη θύρα. Αυτό σημαίνει ότι όλοι οι χρήστες που είναι συνδεδεμένοι σε αυτήν τη θύρα θα είναι μέλη του ίδιου VLAN.

Η διαμόρφωση της θύρας είναι στατική και μπορεί να αλλάξει μόνο χειροκίνητα.

VLAN που βασίζεται σε θύρα.

Vlan με βάση διευθύνσεις mac.

Η επόμενη μέθοδος για τη δημιουργία εικονικών δικτύων χρησιμοποιεί ομαδοποίηση διευθύνσεων MAC. Εάν υπάρχει μεγάλος αριθμός κόμβων στο δίκτυο, αυτή η μέθοδος απαιτεί μεγάλο αριθμό χειροκίνητων λειτουργιών από τον διαχειριστή.

VLAN βασισμένο σε διευθύνσεις MAC.

Vlan που βασίζεται σε ετικέτες – Πρότυπο 802.1q.

Οι δύο πρώτες προσεγγίσεις βασίζονται μόνο στην προσθήκη πρόσθετων πληροφοριών στους πίνακες διευθύνσεων της γέφυρας και δεν χρησιμοποιούν τη δυνατότητα ενσωμάτωσης πληροφοριών σχετικά με τη συμμετοχή του πλαισίου. εικονικό δίκτυοστο μεταδιδόμενο πλαίσιο. Μέθοδος οργάνωσης VLAN βάσει ετικετών – ετικέτες, χρήσεις επιπλέον πεδίαπλαίσιο για αποθήκευση πληροφοριών σχετικά με την ιδιοκτησία του πλαισίου καθώς μετακινείται μεταξύ των μεταγωγέων δικτύου. Μια ετικέτα 4 byte προστίθεται στο πλαίσιο Ethernet:

Η προστιθέμενη ετικέτα πλαισίου περιλαμβάνει ένα πεδίο TPID (Αναγνωριστικό πρωτοκόλλου ετικετών) δύο byte και ένα πεδίο TCI (Πληροφορίες ελέγχου ετικετών) δύο byte. Τα πρώτα 2 byte με σταθερή τιμή 0x8100 καθορίζουν ότι το πλαίσιο περιέχει μια ετικέτα πρωτοκόλλου 802.1q/802.1p. Το πεδίο TCI αποτελείται από τα πεδία Προτεραιότητα, CFI και VID. Το πεδίο Προτεραιότητα 3-bit καθορίζει οκτώ πιθανά επίπεδα προτεραιότητας καρέ. Το πεδίο VID 12-bit (VLAN ID) είναι το εικονικό αναγνωριστικό δικτύου. Αυτά τα 12 bit σάς επιτρέπουν να ορίσετε 4096 διαφορετικά εικονικά δίκτυα, αλλά τα ID 0 και 4095 δεσμεύονται για ειδική χρήση, επομένως μπορούν να οριστούν συνολικά 4094 εικονικά δίκτυα στο πρότυπο 802.1Q. Το πεδίο CFI (Canonical Format Indicator), μήκους 1 bit, είναι δεσμευμένο για την ένδειξη πλαισίων άλλων τύπων δικτύων (Token Ring, FDDI για πλαίσια Ethernet).

Αφού ληφθεί ένα πλαίσιο από τη θύρα εισόδου του μεταγωγέα, η απόφαση για την περαιτέρω επεξεργασία του λαμβάνεται με βάση τους κανόνες της θύρας εισόδου (Κανόνες εισόδου). Είναι δυνατές οι ακόλουθες επιλογές:

λήψη μόνο καρέ με ετικέτα.

λαμβάνει μόνο καρέ τύπου Untagged.

Από προεπιλογή, όλοι οι διακόπτες δέχονται και τους δύο τύπους πλαισίων.

Μετά την επεξεργασία του πλαισίου, λαμβάνεται απόφαση να μεταδοθεί στη θύρα εξόδου με βάση προκαθορισμένους κανόνες για την προώθηση καρέ. Ο κανόνας για την προώθηση πλαισίων εντός ενός μεταγωγέα είναι ότι μπορούν να προωθηθούν μόνο μεταξύ θυρών που σχετίζονται με το ίδιο εικονικό δίκτυο.

1000Base Ethernet

Το 1000Base Ethernet ή το Gigabit Ethernet, όπως το Fast Ethernet, χρησιμοποιεί την ίδια μορφή πλαισίου, μέθοδο πρόσβασης CSMA/CD, τοπολογία αστεριών και υποστρώμα ελέγχου σύνδεσης (LLC) όπως το IEEE 802.3 και το 10Base-T Ethernet. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των τεχνολογιών έγκειται και πάλι στην υλοποίηση του φυσικού στρώματος του EMVOS - την υλοποίηση συσκευών PHY. Οι εξελίξεις του καναλιού οπτικών ινών IEEE 802.3 και ANSI X3T11 χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση πομποδέκτη PHY συνδεδεμένο με οπτική ίνα. Το 1998, δημοσιεύθηκαν το πρότυπο 802.3z για οπτικές ίνες και 802.3ab για καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους.

Εάν οι διαφορές μεταξύ Ethernet και Fast Ethernet είναι ελάχιστες και δεν επηρεάζουν το επίπεδο MAC, τότε κατά την ανάπτυξη του προτύπου Gigabit Ethernet 1000Base-T, οι προγραμματιστές έπρεπε όχι μόνο να κάνουν αλλαγές στο φυσικό επίπεδο, αλλά και να επηρεάσουν το υποστρώμα MAC.

Το φυσικό επίπεδο Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί διάφορες διεπαφές, συμπεριλαμβανομένης της παραδοσιακής συνεστραμμένο ζευγάριΚατηγορία 5, καθώς και ίνα πολλαπλών και μονότροπων. Ορίζονται συνολικά 4 διαφορετικοί τύποι φυσικών διεπαφών, οι οποίοι αντικατοπτρίζονται στις τυπικές προδιαγραφές 802.3z (1000Base-X) και 802.3ab (1000Base-T).

Οι υποστηριζόμενες αποστάσεις για τα πρότυπα 1000Base-X φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Τα χαρακτηριστικά των οπτικών πομποδεκτών μπορεί να είναι σημαντικά υψηλότερα από αυτά που υποδεικνύονται στον πίνακα. Για παράδειγμα, η NBase παράγει διακόπτες με θύρες Gigabit Ethernet που παρέχουν μετάδοση σε αποστάσεις έως και 40 km μέσω ίνας απλής λειτουργίας χωρίς ρελέ (χρησιμοποιώντας λέιζερ DFB στενού φάσματος που λειτουργούν σε μήκος κύματος 1550 nm).

Διεπαφή 1000Base-T

Το 1000Base-T είναι μια τυπική διεπαφή για μετάδοση Gigabit Ethernet μέσω μη θωρακισμένων καλωδίων συνεστραμμένου ζεύγους κατηγορίας 5e και άνω σε αποστάσεις έως και 100 μέτρων. Και τα τέσσερα ζεύγη καλωδίων χαλκού χρησιμοποιούνται για μετάδοση, η ταχύτητα μετάδοσης σε ένα ζεύγος είναι 250 Mbit/s.

Υποστρώμα MAC

Το υποστρώμα MAC Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί την ίδια μέθοδο πρόσβασης μέσων CSMA/CD όπως και οι προκάτοχοί του Ethernet και Fast Ethernet. Οι κύριοι περιορισμοί στο μέγιστο μήκος ενός τμήματος (ή τομέα σύγκρουσης) καθορίζονται από αυτό το πρωτόκολλο.

Ένα από τα προβλήματα στην υλοποίηση της ταχύτητας 1 Gbit/s ήταν η διασφάλιση μιας αποδεκτής διαμέτρου δικτύου κατά τη λειτουργία μισό duplexτρόπο λειτουργίας. Όπως γνωρίζετε, το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου στα δίκτυα Ethernet και Fast Ethernet είναι 64 byte. Με ρυθμό μεταφοράς 1 Gbit/s και μέγεθος καρέ 64 byte, για αξιόπιστη ανίχνευση σύγκρουσης είναι απαραίτητο η απόσταση μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων υπολογιστών να μην υπερβαίνει τα 25 μέτρα. Ας θυμηθούμε ότι η επιτυχής ανίχνευση σύγκρουσης είναι δυνατή εάν ο χρόνος μετάδοσης ενός πλαισίου ελάχιστου μήκους είναι μεγαλύτερος από το διπλάσιο του χρόνου διάδοσης του σήματος μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων κόμβων του δικτύου. Επομένως, για να εξασφαλιστεί μέγιστη διάμετρος δικτύου 200 m (δύο καλώδια 100 m και ένας διακόπτης), το ελάχιστο μήκος πλαισίου στο πρότυπο Gigabit Ethernet αυξήθηκε στα 512 byte. Για να αυξηθεί το μήκος του πλαισίου στην απαιτούμενη τιμή, ο προσαρμογέας δικτύου επεκτείνει το πεδίο δεδομένων σε μήκος 448 byte με μια λεγόμενη επέκταση φορέα. Ένα πεδίο επέκτασης είναι ένα πεδίο γεμάτο με απαγορευμένους χαρακτήρες που δεν μπορούν να εκληφθούν ως κωδικοί δεδομένων. Σε αυτήν την περίπτωση, το πεδίο αθροίσματος ελέγχου υπολογίζεται μόνο για το αρχικό πλαίσιο και δεν ισχύει για το πεδίο επέκτασης. Όταν λαμβάνεται ένα πλαίσιο, το πεδίο επέκτασης απορρίπτεται. Επομένως, το επίπεδο LLC δεν γνωρίζει καν για την παρουσία του πεδίου επέκτασης. Εάν το μέγεθος του πλαισίου είναι ίσο ή μεγαλύτερο από 512 byte, τότε δεν υπάρχει πεδίο επέκτασης μέσου.

Πλαίσιο Gigabit Ethernet με πεδίο επέκτασης πολυμέσων

Κύριος σκοπός της τεχνολογίας WiFi(Wireless Fidelity - "ακρίβεια ασύρματης σύνδεσης") - ασύρματη επέκταση Δίκτυα Ethernet. Χρησιμοποιείται επίσης όπου είναι ανεπιθύμητη ή αδύνατη η χρήση ενσύρματων δικτύων, δείτε την αρχή της ενότητας "Ασύρματα LAN". Για παράδειγμα, για τη μετάδοση πληροφοριών από κινούμενα μέρη μηχανισμών. εάν δεν μπορείτε να τρυπήσετε σε τοίχους. σε μια μεγάλη αποθήκη όπου πρέπει να έχετε έναν υπολογιστή μαζί σας.

Σχεδιασμένο Wi-Fi κοινοπραξίαΤο Wi-Fi βασίζεται στη σειρά προτύπων IEEE 802.11 (1997) [ANSI] και παρέχει ταχύτητες μετάδοσης από 1...2 έως 54 Mbit/s. Η κοινοπραξία Wi-Fi αναπτύσσει προδιαγραφές εφαρμογών για να ζωντανέψει το πρότυπο Wi-Fi, δοκιμάζει και πιστοποιεί προϊόντα άλλων εταιρειών για συμμόρφωση με το πρότυπο, διοργανώνει εκθέσεις και παρέχει στους προγραμματιστές εξοπλισμού Wi-Fi τις απαραίτητες πληροφορίες.

Παρά το γεγονός ότι το πρότυπο IEEE 802.11 επικυρώθηκε το 1997, τα δίκτυα Wi-Fi έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα μόνο σε τα τελευταία χρόνια, όταν οι τιμές για τον εξοπλισμό σειριακών δικτύων μειώθηκαν σημαντικά. Στον βιομηχανικό αυτοματισμό, από τα πολλά πρότυπα της σειράς 802.11, χρησιμοποιούνται μόνο δύο: 802.11b με ταχύτητες μετάδοσης έως και 11 Mbit/s και 802.11g (έως 54 Mbit/s).