2.9.1. Отличительные особенности
При использовании стандартного Ethernet время реакции сети часто превышает 100 мс. В локальных сегментах сети с малым количеством устройств оно снижается до 20 мс при использовании протокола TCP и до 10 мс - для UDP. Использование прямой MAC - адресации в локальных сегментах сети может уменьшить время реакции до 1 мс [Fourteen]. Однако это время в Ethernet является случайной величиной. Поэтому основным отличием промышленного Ethernet от офисного является наличие коммутаторов, которые превращают Ethernet в сеть с детерминированным поведением.
Для промышленных применений не годятся кабели и разъемы, используемые в офисных сетях. Поэтому ряд производителей представляют на рынке разъемы RJ-45 со степенью защиты IP67 от воздействий окружающей среды.
Надежность промышленного Ethernet обеспечивается резервированием кабельных линий и сетевых карт, а также специальным программным обеспечением для резервирования [Кисилев], см. также раздел "Аппаратное резервирование".
Для повышения степени защиты системы управления от несанкционированного доступа магистральную сеть Industrial Ethernet отделяют от офисной брандмауэром*.
Отличительными признаками промышленного Ethernet являются:
отсутствие коллизий и детерминированность поведения благодаря применению коммутаторов;
индустриальные климатические условия;
устойчивость к вибрациям;
отсутствие вентиляторов в оборудовании;
повышенные требования к электромагнитной совместимости;
компактность, крепление на ДИН-рейку;
удобное подключение кабелей;
диагностическая индикация на панели прибора;
электропитание от источника напряжения в диапазоне от 10 до 30 В;
возможность резервирования;
разъемы и оборудование со степенью защиты до IP67;
защита от электростатических зарядов, электромагнитных импульсов, от превышения напряжения питания;
полнодуплексная передача.
Недостатком Ethernet является значительный уровень "накладных расходов" в протоколах TCP/IP, которые рассчитаны на пересылку данных больших объемов. Если же устройство пересылает всего 8 байт, что типично для АСУ ТП, то полезная информация в протоколе составляет всего 11%, поскольку каждый пакет TCP/IP содержится 68 байт служебной информации. Однако это часто можно скомпенсировать большой пропускной способностью сети.
2.9.2. Физический уровень
-
Рис. 2.27. Структура физического и канального уровня Ethernet
Физический уровень состоит из среды передачи (оптический кабель или витая пара) и методов кодирования информации для каждой скорости передачи. На рис. 2.27 представлена структура канального и физического уровня Ethernet 100Base-T в соответствии со стандартом IEEE802.3. Здесь MDI - "Medium Dependent Interface" - интерфейс, зависящий от среды передачи данных; PMA - "Physical Medium Attachment" - дополнение физической среды передачи; PCS - "Physical Coding Sublayer" - подуровень физического кодирования; MII - "Media Independent Interface" - интерфейс между подуровнями, не зависящий от типа линии передачи.
MDI на рис. 2.27 - это устройство для соединения линии связи с трансивером. Подуровень PMA включает в себя трансивер, а также схему синхронизации принимаемых данных. Подуровень PCS обеспечивает схему кодирования, мультиплексирования и синхронизации потока символов, а также выравнивание спектра кодового сигнала, демультиплексирование и декодирование. Подуровень согласования обеспечивает согласование интерфейса MII с MAC - уровнем. Интерфейс MII, не зависящий от типа среды передачи, обеспечивает связь между уровнем MAC и подуровнем PHY.
Описанная структура 100Base- T с помощью MII может быть подключена к физическим уровням типа 100Base- T4 (использует 4 неэкранированные витые пары категории не ниже 3), 100Base-TX (использует 2 неэкранированные или экранированные витые пары категории не ниже 5), 100 Base-FX (использует два многомодовых оптических кабеля) и 100Base-T2 (использует две неэкранированные витые пары категории не ниже 3).
В структуре на рис. 2.27 может еще присутствовать необязательный блок автоматического выбора скорости передачи. Термин "100 Base-X" используется для общего обозначения 100Base-TX и 100 Base-FX.