六、 集線器和交換機(jī)

中繼型集線器(集線器) 集線器是構(gòu)成以太網(wǎng)拓?fù)涞幕�本設(shè)備，為多端口設(shè)備，有四、八、十二口等，可級(jí)聯(lián)構(gòu)成分散星型拓?fù)�。集線器均符合 IEEE802.3 中繼單元要求。這些要求包括前導(dǎo)碼生成、對(duì)稱和幅度補(bǔ)償。 中繼器必須對(duì)信號(hào)再定時(shí)，這樣收發(fā)器和電纜引起的信號(hào)抖動(dòng)不會(huì)在多網(wǎng)段傳播時(shí)累積。這 些設(shè)備能偵測(cè)出不完整的數(shù)據(jù)包和沖突，并產(chǎn)生一個(gè)阻塞信號(hào)相作用。它們還會(huì)自動(dòng)隔離有 問題的端口以維持網(wǎng)絡(luò)正常工作。

接口轉(zhuǎn)接器 另一系列產(chǎn)品是接口轉(zhuǎn)接器www.cechina.cn，有時(shí)稱為收發(fā)器。它們將一種媒介轉(zhuǎn)為另一種媒介。最重要的轉(zhuǎn)換是雙絞線至光纖的轉(zhuǎn)換。由于很多集線器沒有光纖端口，接口轉(zhuǎn)接器就是用來(lái)支持 網(wǎng)絡(luò)中光纖的應(yīng)用的。這些設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中是透明。端口不存儲(chǔ)幀也不檢測(cè)碰撞，只是將一種 媒介轉(zhuǎn)為另一端兼容的信號(hào)。

交換型集線器(交換機(jī)) 交換型集線器可以取代中繼型集線器并改善網(wǎng)絡(luò)的性能。與物理層設(shè)備-中繼型集線器不同，交換型集線器實(shí)際上是連接兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)橋，也就是說碰撞域在每個(gè)交換機(jī)端口進(jìn)行了終結(jié)。所以，增加了交換機(jī)就擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)地理上的范圍，級(jí)聯(lián)交換機(jī)可以大規(guī)模地實(shí) 現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展交換機(jī)比中繼型集線器復(fù)雜。雙絞線端口自動(dòng)與附屬端口進(jìn)行速率協(xié)商(10Mbps 還是100Mbps)。流量控制功能也通過協(xié)商進(jìn)行。全雙工網(wǎng)段采用 PAUSE 方案，半雙工網(wǎng)段通常 采用 backpressure 方案。交換機(jī)讀取一個(gè)完整的幀并察看其源地址后就能查出所連以太網(wǎng)設(shè)備 的端口位置。交換機(jī)隨即產(chǎn)生一張端口地址表格并維護(hù)表的內(nèi)容。從這時(shí)起，網(wǎng)絡(luò)通信僅限 于與本次傳送有關(guān)的端口。由于同步的傳送無(wú)需任何操作即可在這些端口上實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的吞 吐量提高了。表的內(nèi)容會(huì)根據(jù)連接信息的變化自動(dòng)刷新。

如果某個(gè)端口收到的信息需廣播發(fā)送、群組發(fā)送或發(fā)送地址不詳，交換機(jī)會(huì)自動(dòng)把信息發(fā)至所有端口。 與中繼型集線器不同，這兒有多個(gè)碰撞域存在，每個(gè)碰撞域必須遵守上述的規(guī)則。

中繼集線器可以與交換機(jī)端口相連。如果網(wǎng)絡(luò)中都是交換機(jī)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，則雙絞線網(wǎng)段保持 100 米，但級(jí)聯(lián)沒有限制。在使用光纖前必須先注明是半、全雙工。中繼型集線器與交換型集線器的對(duì)比 顯然，交換機(jī)的性能比集線器提高一些，但集線器的優(yōu)點(diǎn)是，容易理解，在任何一個(gè)端口都可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀觀測(cè)數(shù)據(jù)通訊。交換機(jī)則必須在某個(gè)端口實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送方能測(cè)量。 作為網(wǎng)橋，交換機(jī)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)整個(gè)數(shù)據(jù)幀并引起了數(shù)據(jù)的延遲。集線器接收網(wǎng)絡(luò)信號(hào)沒有數(shù) 據(jù)延遲。交換機(jī)級(jí)聯(lián)還增加延時(shí)，因此，集線器和交換機(jī)在工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)中各有各的應(yīng)用場(chǎng)合。

七、 半雙工、全雙工

半雙工意味著同一媒體的發(fā)送和接收是異步進(jìn)行的。全雙工則相反，有單獨(dú)的發(fā)送和接 收通路。全雙工鏈路是擴(kuò)展快速以太網(wǎng)(100Mbps)的關(guān)鍵。全雙工的鏈接網(wǎng)段不能超過兩個(gè) 設(shè)備，可以是網(wǎng)卡或交換機(jī)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?yàn)榧�線器是碰撞域的一部分CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，它會(huì)加強(qiáng)其它端口接收的碰撞。只有兩塊網(wǎng)卡時(shí)可以實(shí) 施全雙工通訊，多于兩塊網(wǎng)卡時(shí)的全雙工方式，必須考慮交換機(jī)。

10BASE-T、10BASE-FL 有單獨(dú)的發(fā)送和接收通路，根據(jù)網(wǎng)卡或交換機(jī)端口的復(fù)雜性， 可以執(zhí)行全雙工。如果這些接口配置在半雙工方式下，接收、發(fā)送的同步偵測(cè)會(huì)觸發(fā)碰撞的 偵測(cè)。同樣的接口設(shè)置成全雙工，由于全雙工并不遵從共享型 CSMA/CD 規(guī)則，碰撞檢測(cè)會(huì) 被禁止。

全雙工鏈接的配置要正確。當(dāng)站點(diǎn)配置在全雙工方式下，站點(diǎn)或交換型集線器的端口以 忽略 CSMA/CD 協(xié)議的方式發(fā)送幀。如果另一端設(shè)置在半雙工方式下，它會(huì)偵測(cè)出碰撞并引 發(fā)其它問題出現(xiàn)，如 CRC出錯(cuò)，網(wǎng)絡(luò)的速度下降，快速以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)消失。

如前所述，由于碰撞的原因，100Mbps 下的網(wǎng)絡(luò)范圍有所縮小。對(duì)于雙絞線網(wǎng)段和交換 端口來(lái)說，網(wǎng)段的最長(zhǎng)距離是 100 米(在碰撞域范圍內(nèi))。問題是在光纖端口上，對(duì)于多模光纖來(lái)說，網(wǎng)段的長(zhǎng)度是 2公里;對(duì)于單模光纖來(lái)說，是 15公里。半雙工方式下，受碰撞域限 制，網(wǎng)段距離為 412米。因此，只有在全雙工模式下(CSMA/CA被忽略)，光纖網(wǎng)段的延伸 才能達(dá)到極限�？焖僖蕴�網(wǎng)方式下，推薦使用交換機(jī)技術(shù)�？焖僖蕴�網(wǎng)下的光纖端口，建議使用全雙工。

八、 自動(dòng)協(xié)商

隨著快速以太網(wǎng)使用廣泛、與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相似的接線規(guī)則，IEEE802.3u建議自動(dòng)配置快 速以太網(wǎng),使得傳統(tǒng)以太網(wǎng)端口能與其它快速以太網(wǎng)端口工作。該配置協(xié)議基于 National Semiconductor’s NWay 標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線鏈路自動(dòng)進(jìn)行速度匹配，以利于數(shù)據(jù)通訊的進(jìn)行。該方 案適用于雙絞線鏈接。光纖的情況有所不同。盡管光纖在以太網(wǎng)的發(fā)展歷史中有非常重要的 地位。但兩個(gè)光纖設(shè)備的速度無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)協(xié)商，這是因?yàn)?10BASE-FL 設(shè)備工作在 850nm，100BASE-FX 工作在 1300nm。兩者無(wú)法互操作。但是，對(duì)于自動(dòng)協(xié)商協(xié)議而言，兩個(gè)光纖設(shè) 備間的自協(xié)商是可行的(如果通訊沒有問題的話)。意識(shí)到這一點(diǎn)，新推出的 100BASE-SX 標(biāo) 準(zhǔn)可以使 850nm光纖在 10Mbps 或 100Mbps 下工作。100Mbps 下網(wǎng)段的距離為 300米。因此， 安裝時(shí)請(qǐng)注意。光纖的速率通常是固定的，不實(shí)行協(xié)商。自動(dòng)協(xié)商協(xié)議在雙絞線鏈路是成功 的。自動(dòng)協(xié)商的優(yōu)點(diǎn)在于它使用戶無(wú)需進(jìn)行手工設(shè)置，完全由設(shè)備自身決定各自的技術(shù)水準(zhǔn)。 級(jí)別由高到低如下：

1000BASE-T 全雙工 最高

1000BASE-T

100BASE-T2 全雙工

100BASE-TX 全雙工

100BASE-T2

100BASE-T4

100BASE-TX

10BASE-T 全雙工

10BASE-T 最低

其中最低的級(jí)別是 10BASE-T(半雙工、共享以太網(wǎng))，最高為 1000BASE-T 全雙工。這 是一個(gè)完整的優(yōu)先級(jí)別方案，但不表示某塊網(wǎng)卡可以處理所有這些技術(shù)。實(shí)際上，有一些技 術(shù)在商業(yè)上并沒有實(shí)施，但它們都與 IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)一致。每個(gè)端口檢查各自的技術(shù)性能并 確定最終的速率(較低的速率)。例如：如果網(wǎng)卡支持 10BASE-T 而交換機(jī)端口能力在10BASE-T或 10BASE-TX，那么最終選擇的是 10BASE-T。如果一塊網(wǎng)卡是 10BASE-T，而另 一塊 100BASE-TX，兩者因?yàn)椴患嫒荻鵁o(wú)法通訊。

九、 傳輸協(xié)議

最初設(shè)計(jì)并沒有涉及一個(gè)可靠的端到端的信息傳送。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互相通訊)的 義務(wù)在第三層-網(wǎng)絡(luò)層。傳輸和互聯(lián)成為協(xié)議棧的一部分，TCP/IP 和 SPX/IPX 是常用的兩個(gè) 協(xié)議。這兩個(gè)協(xié)議并不能互相操作，所以以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)須使用兼容的協(xié)議。由于 TCP/IP 在互聯(lián) 網(wǎng)的應(yīng)用，它成為主要協(xié)議，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也如此。實(shí)際上，TCP/IP 是一組 RFC 定義的協(xié)議(request for comments)，有很多年了。除了以太網(wǎng)，TCP/IP 還和別的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)工作，它 位于物理層/數(shù)據(jù)鏈路層之上。傳輸層上，有兩個(gè)重要的協(xié)議：TCP 和 UDP。前者對(duì)接收的信 息進(jìn)行確認(rèn)。兩者都很有用。在協(xié)議棧的上層，有多個(gè)有用的應(yīng)用層協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)使用。 對(duì)于用戶來(lái)說，編址是個(gè)重要的話題。IP 協(xié)議負(fù)責(zé)可能位于不同網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)間數(shù)據(jù)包的路由。 每個(gè)站點(diǎn)有唯一的 32 位地址(分別表示網(wǎng)絡(luò)地址、主機(jī)地址)。地址以點(diǎn)分十進(jìn)制四字節(jié)表 示。128.8.120.5 是個(gè)有效的地址但無(wú)法確定何為主機(jī)、何為網(wǎng)絡(luò)。地址分為五類，地址分為A~E 類。通過觀察第一字節(jié)即可進(jìn)行分類。

IP 的分配并不簡(jiǎn)單，通常由網(wǎng)管分配。一旦分配好，就必須應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站上。IP 地址分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分配兩種。動(dòng)態(tài)分配由服務(wù)器進(jìn)行。靜態(tài)分配由配置進(jìn)行。下列地址為 私人地址，在路由器上不能分配。因此，它們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上沒有應(yīng)用。

10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255

IP 地址和以太網(wǎng) MAC地址是不同的，不能混淆。MAC地址由設(shè)備生產(chǎn)商分配，所以是 全球唯一的。IP 地址是安裝時(shí)分配并根據(jù)需要進(jìn)行重分配。

十、 應(yīng)用層協(xié)議

確定所用的接頭、電纜，采用集線器還是交換機(jī)，分配了 IP，就可以在站點(diǎn)間通訊了。 現(xiàn)在需要考慮 OSI 高層的兼容性。這兒推薦的工業(yè)自動(dòng)化協(xié)議有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和 Modbus/TCP。這還不包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用-FTP、SNMP、SMTP和 TELNET。用戶手中 的設(shè)備可能并不支持這些協(xié)議，所以需要理解自身系統(tǒng)的兼容性。