工业以太网在自动化产业基础设施应用范围广泛，是电力通信和电网信息化不可或缺的网络平台，而工业以太网交换机在其中更是扮演了重要的角色，现在让大家了解一下工业以太网的结构和专业术语。

　　一、拓扑结构

　　拓扑是网络中电缆的布置。众所周知，EIA-485或CAN采用总线型拓扑。但在工业以太网中，由于普遍使用集线器或交换机，拓扑结构为星型或分散星型。

　　二、接线

　　工业以太网使用的电缆有屏蔽双绞线(STP)、非屏蔽双绞线(UTP)、多模或单模光缆。10Mbps的速率对双绞线没有过高的要求，而在100Mbps速率下，推荐使用五类或超五类线。

　　光纤链接时需要一对，常用的多模光纤波长为62.5/125μm或50/125μm。与多模光纤的内芯相比，单模光纤的内芯很细，只有10μm左右。通常，10Mbps使用多模光纤，100Mbps下，单模、多模光纤都适用。

　　三、接头和连接

　　双绞线接头中RJ-45较常见，共两对线，一对用于发送，另一对用于接收。在媒介相关接口(MDI)的定义中，这四个信号分别标识为RD+，RD-，TD+，TD-。

　　一条通信链路由DTE(数据终端设备，如工作站)和DCE(数据通讯设备，如中继器或交换机)组成。集线器端口标识为MDI-X端口表明DTE和DCE可以使用直通电缆相连。假如是两个DTE或两个DCE相连，可以采用电缆交叉的方法或直接利用集线器提供的上连端口(电缆不要交叉)。

光纤接头有两种，ST接头用于10Mbps或100Mbps;SC接头专用于100Mbps。单模纤通常使用SC接头。DTE与DCE之间的连接只需依照端口的TX、RX标识即可。

　　四、工业以太网与普通商用以太网产品

　　什么是工业以太网?技术上，它与IEEE802.3兼容，但设计和包装兼顾工业和商业应用的要求。工业现场的设计者希望采用市场上可以找到的以太网芯片和媒介，兼顾考虑工业现场的特殊要求。首先考虑的是高温、潮湿、震动。第二看是否能方便地安装在工业现场控制柜内。第三是电源要求。许多控制柜内提供的电源都是低压交流或直流。墙装式电源装置有时不能适应。电磁兼容性(EMC)的要求随工业环境对EMI(工业抗干扰)和ESD(工业抗震)要求的不同而变化。现场的安全标准与办公室的完全不同。有时需要的是恶劣环境的额定值。工厂里采用的可能是工业控制柜标准而楼宇系统采用的往往是烟雾标准。显然低价的商用以太网集线器和交换机无法达到这些要求。

　　五、速度和距离

　　对工业以太网来说，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采用双绞线的以太网网络中，与距离有关的概念有两个，即网段(Segment)和网络范围(NetworkDiameter)。前者指连接两个设备(集线器、交换机或主机)的距离，后者指网络中两个最远端设备之间的距离。不管是10Mbps或100Mbps的网络，网段的最远距离不能超过100米。考虑网络延伸，最有用的规则就是5-4-3规则(仅仅针对10Mbps中继器)。规则的内容如下：一个网络最多有五个网段，四个中继器，不多于三个的混合网段。混合网段指的是同轴总线网段(已淘汰)。

六、集线器和交换机

　　中继型集线器(集线器)集线器是构成以太网拓扑的基本设备，为多端口设备，有四、八、十二口等，可级联构成分散星型拓扑。集线器均符合IEEE802.3中继单元要求。这些要求包括前导码生成、对称和幅度补偿。中继器必须对信号再定时，这样收发器和电缆引起的信号抖动不会在多网段传播时累积。这些设备能侦测出不完整的数据包和冲突，并产生一个阻塞信号相作用。它们还会自动隔离有问题的端口以维持网络正常工作。

七、半双工、全双工

　　半双工意味着同一媒体的发送和接收是异步进行的。全双工则相反，有单独的发送和接收通路。全双工链路是扩展快速以太网(100Mbps)的关键。全双工的链接网段不能超过两个设备，可以是网卡或交换机端口。注意：不是中继型集线器端口，集线器没有全双工模式。这是因为集线器是碰撞域的一部分CONTROLENGINEERINGChina版权所有，它会加强其它端口接收的碰撞。只有两块网卡时可以实施全双工通讯，多于两块网卡时的全双工方式，必须考虑交换机。

八、自动协商

　　随着快速以太网使用广泛、与传统以太网相似的接线规则，IEEE802.3u建议自动配置快速以太网,使得传统以太网端口能与其它快速以太网端口工作。该配置协议基于NationalSemiconductor’sNWay标准。双绞线链路自动进行速度匹配，以利于数据通讯的进行。

九、传输协议

　　最初设计并没有涉及一个可靠的端到端的信息传送。网络互联(两个网络互相通讯)的义务在第三层-网络层。传输和互联成为协议栈的一部分，TCP/IP和SPX/IPX是常用的两个协议。这两个协议并不能互相操作，所以以太网节点须使用兼容的协议。由于TCP/IP在互联网的应用，它成为主要协议，在工业网络也如此。实际上，TCP/IP是一组RFC定义的协议(requestforcomments)，有很多年了。除了以太网，TCP/IP还和别的数据链路技术工作，它位于物理层/数据链路层之上。传输层上，有两个重要的协议：TCP和UDP。前者对接收的信息进行确认。两者都很有用。在协议栈的上层，有多个有用的应用层协议在工业以太网专题">工业以太网使用。对于用户来说，编址是个重要的话题。IP协议负责可能位于不同网络中站点间数据包的路由。每个站点有唯一的32位地址(分别表示网络地址、主机地址)。地址以点分十进制四字节表示。128.8.120.5是个有效的地址但无法确定何为主机、何为网络。地址分为五类，地址分为A~E类。通过观察第一字节即可进行分类。

十、应用层协议

　　确定所用的接头、电缆，采用集线器还是交换机，分配了IP，就可以在站点间通讯了。现在需要考虑OSI高层的兼容性。这儿推荐的工业自动化协议有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和Modbus/TCP。这还不包括传统互联网应用-FTP、SNMP、SMTP和TELNET。用户手中的设备可能并不支持这些协议，所以需要理解自身系统的兼容性。