工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)的特點(diǎn)

工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性?及高智能的魅力，吸引著越來(lái)越多的制造業(yè)廠商，控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)常常采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)完成?工業(yè)控制任務(wù)。在核電、電力以及交通等很多工業(yè)控制?領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合下，設(shè)備所處的環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，用戶對(duì)以太網(wǎng)的可靠性要求也越來(lái)越高?。為了保證不會(huì)?因通信服務(wù)器失效、網(wǎng)絡(luò)斷線或交換機(jī)故障而導(dǎo)致整個(gè)?通信系統(tǒng)癱瘓，現(xiàn)在普遍通過(guò)以太網(wǎng)冗余技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)?絡(luò)容錯(cuò)的能力。

冗余系統(tǒng)用于減少停機(jī)時(shí)間，系統(tǒng)中重要的自動(dòng)化組件（例如CPU、網(wǎng)絡(luò)和CP等）都有備份。在雙絞線電纜連接成的冗余環(huán)中（見圖8-4），SCALANCE X400交換機(jī)作為冗余管理器。如果網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)組件（例如電纜）發(fā)生故障，冗余管理器將使備用（冗余）的連接路徑自動(dòng)接管通信任務(wù)，連接不會(huì)中斷。

由于工業(yè)環(huán)境對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應(yīng)運(yùn)而生。從快速生成樹冗余（RSTP）、環(huán)網(wǎng)冗余（RapidRing）到主干冗余（Trunking），都有各自不同的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，控制工程師們可以根據(jù)自己的要求進(jìn)行選擇。為了更好地幫助大家了解和學(xué)習(xí)工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術(shù)的特點(diǎn)。

高級(jí)的管理型冗余交換機(jī)提供了一些特殊的功能，特別是針對(duì)有穩(wěn)定性、安全性方面嚴(yán)格要求的冗余系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)上的優(yōu)化。構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)的主要方式主要有以下幾種，STP、RSTP；環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing

1.STP及RSTP

STP（Spanning Tree Protocol，生成樹算法，IEEE 802.1D），是一個(gè)鏈路層協(xié)議，提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡(luò)循環(huán)發(fā)生。它強(qiáng)令備用數(shù)據(jù)路徑為阻塞（blocked）狀態(tài)。如果一條路徑有故障，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間為30~60s之間。RSTP（快速生成樹算法，IEEE 802.1w）作為STP的升級(jí)，將網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間，縮短到1~2s。生成樹算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，但也存在恢復(fù)速度慢的缺點(diǎn)。

2.環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing

為了能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，RapidRing孕育而生。這是在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術(shù)。這個(gè)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在中斷后300ms之內(nèi)自行恢復(fù)。并可以通過(guò)交換機(jī)的出錯(cuò)繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設(shè)置等方法來(lái)提醒用戶出現(xiàn)的斷網(wǎng)現(xiàn)象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現(xiàn)斷開。

RapidRing也支持兩個(gè)連接在一起的環(huán)網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)拓樸更為靈活多樣。兩個(gè)環(huán)通過(guò)雙通道連接，這些連接可以是冗余的，避免單個(gè)線纜出錯(cuò)帶來(lái)的問(wèn)題。

3.主干冗余Trunking

將不同交換機(jī)的多個(gè)端口設(shè)置為Trunking主干端口，并建立連接，則這些交換機(jī)之間可以形成一個(gè)高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡(luò)帶寬，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且還還提供了另外一個(gè)功能，即冗余功能。

如果網(wǎng)絡(luò)中的骨干鏈接產(chǎn)生斷線等問(wèn)題，那么網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)剩下的鏈接進(jìn)行傳遞，保證網(wǎng)絡(luò)的通訊正常。Trunking主干網(wǎng)絡(luò)采用總線型和星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，理論通訊距離可以無(wú)限延長(zhǎng)。該技術(shù)由于采用了硬件偵測(cè)及數(shù)據(jù)平衡的方法，所以使網(wǎng)絡(luò)中斷恢復(fù)時(shí)間達(dá)到了新的高度，一般恢復(fù)時(shí)間在10ms以下。