工業(yè)以太網(wǎng)布線與故障排除經(jīng)驗

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工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比普通環(huán)境都要惡劣，至少在震動，濕氣，溫度上都要比普通環(huán)境惡劣，工業(yè)以太網(wǎng)需要更多專業(yè)的知識和實踐經(jīng)驗。如果你正在安裝或者使用一種工業(yè)以太網(wǎng)(工業(yè)以太網(wǎng)交換機)，那么關(guān)于布線、信號質(zhì)量、接地回路、交換機和通訊這五點內(nèi)容必須要了解否則容易出現(xiàn)故障，更使維護成本上升。

布線問題

和所有網(wǎng)絡(luò)一樣，電纜的優(yōu)劣直接影響工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)劣。而且除了高電磁干擾(EMI)，工業(yè)環(huán)境中還經(jīng)常有某種等級的溫度、粉塵、濕度以及其他在家庭和辦公環(huán)境中不常見的影響因素。

所以，如何選擇電纜?在辦公室內(nèi)，商業(yè)等級的電纜，例如5類電纜，比較適合于10MB的網(wǎng)絡(luò)，而5e類電纜適合于100MB網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)ANSI/TIA-1005標準所述，6類電纜或者更好的電纜可以用于工業(yè)環(huán)境中的主機或者設(shè)備連接。

6類電纜能夠在100米的范圍內(nèi)實現(xiàn)1GB網(wǎng)絡(luò)，55米范圍內(nèi)實現(xiàn)10GB網(wǎng)絡(luò)。6e類電纜可以在100米范圍內(nèi)實現(xiàn)10GB網(wǎng)絡(luò)。

相比于5類電纜和5e類電纜，6類電纜不易受串?dāng)_和外部EMI噪聲影響。工業(yè)以太網(wǎng)電纜的設(shè)計能夠抵御更加嚴酷的工業(yè)環(huán)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。最好的使用方法是，短距離布線時，使用預(yù)先做好的接插電纜，并在工廠內(nèi)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(yīng)用場合需要做屏蔽，但是如果屏蔽電纜安裝不當(dāng)，那么會適得其反。

當(dāng)超出保護套管時，屏蔽以太網(wǎng)電纜在EMI環(huán)境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽電纜的關(guān)鍵。一個接地參考點是關(guān)鍵中的關(guān)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)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(wǎng)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(yīng)該更大。如果以太網(wǎng)電纜在金屬溝槽或者套管內(nèi)走線，那么相鄰的溝槽或者套管必須連接在一起以實現(xiàn)電氣連續(xù)性。

大體來講，以太網(wǎng)電纜盡量遠離能夠產(chǎn)生EMI的設(shè)備，例如電機、電機控制設(shè)備、照明設(shè)備、帶電導(dǎo)體等。在面板上，以太網(wǎng)電纜與連接器間隔至少2英寸。當(dāng)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(yè)以太網(wǎng)環(huán)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(dāng)然它的價格也比非管理型的交換機要貴。

網(wǎng)絡(luò)上的每一臺設(shè)備都有一個獨一無二的標識符，就是我們所說的MAC地址，這是交換機比集線器具有更優(yōu)秀的識別能力的關(guān)鍵。

當(dāng)交換機剛剛上電的時候，它最初的表現(xiàn)和集線器沒有區(qū)別，將所有的通訊內(nèi)容都廣播出去，但隨著網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備將信息在交換機的不同端口上傳輸，交換機 開始監(jiān)控通訊內(nèi)容，識別出哪一個MAC地址與哪一個端口相關(guān)，然后在MAC地址表中做出標識。一旦交換機發(fā)現(xiàn)設(shè)備的MAC地址與某個特定的端口相連接，它 就會監(jiān)控指向那個MAC地址的信息，然后將這些信息僅僅發(fā)送給那個特定的地址。

工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)點的廣播通訊。

當(dāng)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?jīng)]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(wǎng)絡(luò)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(wù)器會周期性地在網(wǎng)絡(luò)上給出廣播通知。

窺探：不僅僅是監(jiān)聽

管理型交換機和非管理型交換機的一個主要的區(qū)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(wǎng)絡(luò)上的智能設(shè)備，采用面向連接的基于生產(chǎn)廠商/用戶模型的技術(shù)。這種情況下的連接僅僅是網(wǎng)絡(luò)上兩個或者多個節(jié)點之間的關(guān)系。

要想能夠接收組內(nèi)信息，設(shè)備必須加入組播通訊小組，組內(nèi)所有的成員都能夠接收到數(shù)據(jù)。如果僅僅是向小組發(fā)送數(shù)據(jù)，那么你無需成為小組成員。在生產(chǎn)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(shù)量的增加，通訊信息呈指數(shù)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(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)窺探功能。它是這樣工作的，當(dāng)IGMP窺探功能打開后，它會發(fā)出廣播通訊以判斷任何組播小組內(nèi)的 成員。使用這些信息，加上已經(jīng)建好的MAC地址表，管理型交換機就能夠?qū)⒔M播通訊僅僅發(fā)送給組播小組內(nèi)的成員。非管理型的交換機對組播數(shù)據(jù)和廣播數(shù)據(jù)的處 理方式一樣，都是將數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個節(jié)點。

如果網(wǎng)絡(luò)使用了生產(chǎn)廠商/用戶技術(shù)或者使用了組播通訊，那么管理型交換機是物有所值的不二之選。

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(shè)置以及端口鏡像功能。這些額 外能力能夠保證對網(wǎng)絡(luò)行為進行更加精確的控制，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(wǎng)絡(luò)上的某些節(jié)點，故障是無法避免的。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能出現(xiàn)問題時，首先就要檢查交換機，雖然對于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)性能問題來說，交換機很少是問題的核心。交換機是系統(tǒng)中最可能發(fā)生問題的節(jié)點，它的工作速率通常是其他網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)故障問題進行排查，但是大多數(shù)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，那么端口鏡像是唯一的途徑。

如果網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的小型簡單網(wǎng)絡(luò)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(jié)合使用，將一些遠程設(shè)備搭載在非管理型的交換機上，統(tǒng)一向管理型的交換機反饋。

對于那些節(jié)點數(shù)量很多的網(wǎng)絡(luò)，如果成本不是一個關(guān)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。