工業以太網在自動化產業基礎設施應用范圍廣泛，是電力通信和電網信息化不可或缺的網絡平臺，而工業以太網交換機在其中更是扮演了重要的角色，現在讓大家了解一下工業以太網的結構和專業術語。

　　一、拓撲結構

　　拓撲是網絡中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采用總線型拓撲。但在工業以太網中，由于普遍使用集線器或交換機，拓撲結構為星型或分散星型。

　　二、接線

　　工業以太網使用的電纜有屏蔽雙絞線(STP)、非屏蔽雙絞線(UTP)、多模或單模光纜。10Mbps的速率對雙絞線沒有過高的要求，而在100Mbps速率下，推薦使用五類或超五類線。

　　光纖鏈接時需要一對，常用的多模光纖波長為62.5/125μm或50/125μm。與多模光纖的內芯相比，單模光纖的內芯很細，只有10μm左右。通常，10Mbps使用多模光纖，100Mbps下，單模、多模光纖都適用。

　　三、接頭和連接

　　雙絞線接頭中RJ-45較常見，共兩對線，一對用于發送，另一對用于接收。在媒介相關接口(MDI)的定義中，這四個信號分別標識為RD+，RD-，TD+，TD-。

　　一條通信鏈路由DTE(數據終端設備，如工作站)和DCE(數據通訊設備，如中繼器或交換機)組成。集線器端口標識為MDI-X端口表明DTE和DCE可以使用直通電纜相連。假如是兩個DTE或兩個DCE相連，可以采用電纜交叉的方法或直接利用集線器提供的上連端口(電纜不要交叉)。

光纖接頭有兩種，ST接頭用于10Mbps或100Mbps;SC接頭專用于100Mbps。單模纖通常使用SC接頭。DTE與DCE之間的連接只需依照端口的TX、RX標識即可。

　　四、工業以太網與普通商用以太網產品

　　什么是工業以太網?技術上，它與IEEE802.3兼容，但設計和包裝兼顧工業和商業應用的要求。工業現場的設計者希望采用市場上可以找到的以太網芯片和媒介，兼顧考慮工業現場的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動。第二看是否能方便地安裝在工業現場控制柜內。第三是電源要求。許多控制柜內提供的電源都是低壓交流或直流。墻裝式電源裝置有時不能適應。電磁兼容性(EMC)的要求隨工業環境對EMI(工業抗干擾)和ESD(工業抗震)要求的不同而變化。現場的安全標準與辦公室的完全不同。有時需要的是惡劣環境的額定值。工廠里采用的可能是工業控制柜標準而樓宇系統采用的往往是煙霧標準。顯然低價的商用以太網集線器和交換機無法達到這些要求。

　　五、速度和距離

　　對工業以太網來說，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采用雙絞線的以太網網絡中，與距離有關的概念有兩個，即網段(Segment)和網絡范圍(NetworkDiameter)。前者指連接兩個設備(集線器、交換機或主機)的距離，后者指網絡中兩個最遠端設備之間的距離。不管是10Mbps或100Mbps的網絡，網段的最遠距離不能超過100米。考慮網絡延伸，最有用的規則就是5-4-3規則(僅僅針對10Mbps中繼器)。規則的內容如下：一個網絡最多有五個網段，四個中繼器，不多于三個的混合網段。混合網段指的是同軸總線網段(已淘汰)。

六、集線器和交換機

　　中繼型集線器(集線器)集線器是構成以太網拓撲的基本設備，為多端口設備，有四、八、十二口等，可級聯構成分散星型拓撲。集線器均符合IEEE802.3中繼單元要求。這些要求包括前導碼生成、對稱和幅度補償。中繼器必須對信號再定時，這樣收發器和電纜引起的信號抖動不會在多網段傳播時累積。這些設備能偵測出不完整的數據包和沖突，并產生一個阻塞信號相作用。它們還會自動隔離有問題的端口以維持網絡正常工作。

七、半雙工、全雙工

　　半雙工意味著同一媒體的發送和接收是異步進行的。全雙工則相反，有單獨的發送和接收通路。全雙工鏈路是擴展快速以太網(100Mbps)的關鍵。全雙工的鏈接網段不能超過兩個設備，可以是網卡或交換機端口。注意：不是中繼型集線器端口，集線器沒有全雙工模式。這是因為集線器是碰撞域的一部分CONTROLENGINEERINGChina版權所有，它會加強其它端口接收的碰撞。只有兩塊網卡時可以實施全雙工通訊，多于兩塊網卡時的全雙工方式，必須考慮交換機。

八、自動協商

　　隨著快速以太網使用廣泛、與傳統以太網相似的接線規則，IEEE802.3u建議自動配置快速以太網,使得傳統以太網端口能與其它快速以太網端口工作。該配置協議基于NationalSemiconductor’sNWay標準。雙絞線鏈路自動進行速度匹配，以利于數據通訊的進行。

九、傳輸協議

　　最初設計并沒有涉及一個可靠的端到端的信息傳送。網絡互聯(兩個網絡互相通訊)的義務在第三層-網絡層。傳輸和互聯成為協議棧的一部分，TCP/IP和SPX/IPX是常用的兩個協議。這兩個協議并不能互相操作，所以以太網節點須使用兼容的協議。由于TCP/IP在互聯網的應用，它成為主要協議，在工業網絡也如此。實際上，TCP/IP是一組RFC定義的協議(requestforcomments)，有很多年了。除了以太網，TCP/IP還和別的數據鏈路技術工作，它位于物理層/數據鏈路層之上。傳輸層上，有兩個重要的協議：TCP和UDP。前者對接收的信息進行確認。兩者都很有用。在協議棧的上層，有多個有用的應用層協議在工業以太網專題">工業以太網使用。對于用戶來說，編址是個重要的話題。IP協議負責可能位于不同網絡中站點間數據包的路由。每個站點有唯一的32位地址(分別表示網絡地址、主機地址)。地址以點分十進制四字節表示。128.8.120.5是個有效的地址但無法確定何為主機、何為網絡。地址分為五類，地址分為A~E類。通過觀察第一字節即可進行分類。

十、應用層協議

　　確定所用的接頭、電纜，采用集線器還是交換機，分配了IP，就可以在站點間通訊了。現在需要考慮OSI高層的兼容性。這兒推薦的工業自動化協議有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和Modbus/TCP。這還不包括傳統互聯網應用-FTP、SNMP、SMTP和TELNET。用戶手中的設備可能并不支持這些協議，所以需要理解自身系統的兼容性。