
1、集線器(Hub)
集線器是一種工作在物理層(OSI網絡參考模型第一層)的網絡元件,它以廣播的方式向外發送數據。換句話說,它將接收到的數據,鏡像式的發送到其所有端口中。數據發送沒有目的性,所有連接到其端口的設備均能收到。集線器廣播式的發送數據容易造成網絡風暴,浪費有限的網絡帶寬。另外由于所有端口均能收到數據,使其安全性很低,因此這種元件已經很少使用。但是在某些特殊場合下,比如為了獲取網絡通信報文,需要用到集線器。
2、交換機(Switch)
交換機是一種工作在數據鏈路層(OSI網絡參考模型第二層)的網絡元件。前面我們說過,工業交換機包括非管理型和管理型兩類。如果沒有特別指明,說起交換機,都是指非管理型交換機。通常情況下,它是以端口到端口的形式進行數據轉發。交換機的數據轉發基于MAC地址,在其內部保存著一張MAC地址表,記錄著端口與MAC地址的對應關系。當收到報文時,交換機分析報文中的MAC地址,然后根據MAC地址表,發送到相應的端口中。在上電初期,MAC地址表不完整的情況下,交換機會以廣播的形式發送數據。在通信過程中,也會根據網絡通斷的情況,實時更新MAC地址表。
工業以太網中不建議使用商用交換機,而應該使用工業交換機。以PROFINET為例,它對工業交換機有如下一些要求:
◆工業級;
◆支持百兆速率,支持全雙工通信;
◆支持IEEE 802.1q(VLAN標記協議)及IEEE 802.1p(優先級協議);
◆支持VLAN ID為0的報文透傳;
說明:非網管型交換機雖然不支持劃分VLAN,當應支持VLAN報文的轉發
西門子SCLANCE X00/X100/XC100非管理型交換機可滿足PROFINET對交換機的要求,具體如下:
◆工業級交換機,所有的端口均是百兆以上。支持自協商(速率、半雙工/全雙工模式)和自交叉(直連線或交叉線);
◆支持IEEE 802.1p優先級標準;
◆PROFINET RT(實時)數據的VLAN ID為0。X00/X100/XC100系列交換機完全支持VLAN ID為0的報文轉發。而在有些交換機中,VLAN ID為0會被當作非法數據丟棄;
工業網絡中的管理型交換機有的工作在第二層(數據鏈路層),有的工作在第三層(網絡層),視產品不同而不同。與非管理型交換機相比,管理型交換機具有更強的網絡管理能力,支持更多的協議,比如:
◆LLDP(Link Layer Discovery Protocol),鏈路層發現協議,用于支持網絡拓撲結構報文;
◆SNMP(Simple Network Management Protocol),簡單網絡管理協議,可管理網絡上的設備;
◆WEB服務器協議;
◆冗余管理協議;
◆可劃分VLAN(虛擬局域網),支持VLAN之間路由功能;
◆網絡信息診斷;
管理型交換機在PROFINET網絡中的典型應用是通過拓撲結構分配設備名,從而實現設備更換免維護。我們知道每一個PROFINET I/O設備都必須被分配設備名稱后才能正常工作。通過使用管理型交換機并設置端口的拓撲結構,這樣即使更換了新設備,PROFINT I/O控制器也會自動給該設備分配設備名,達到了免維護的效果。
西門子新一代管理型交換機Scalance XB208的外觀如下圖所示:

二層交換機的數據轉發只能在同一個子網中。TCP/IP協議規定不同的子網之間不能直接通信,要實現子網之間的通信,必須使用路由器(或者三層交換機)。
3、路由器(Router)
路由器是一種工作在網絡層(OSI網絡參考模型第三層)的網絡元件。它由兩個網絡部分組成,分別連接兩個子網,從而實現子網之間的通信。路由器有兩類不同的端口,一類稱為LAN口,一類稱為WAN口。LAN口用于連接局域網,WAN口可連接廣域網(或另一個子網)。
比如TP-Link的TL-R483G工業級路由器的外觀如下圖所示:

與交換機類似,路由器的內部也保存著一張各端口與設備的對應表,稱為路由表。不同之處在于,路由表是基于IP地址的。當子網內某個設備發送的IP地址不在當前子網內時,設備會將其發送給路由器(設置網關地址)。路由器負責將該報文轉發到相應的子網中。
路由器支持更多的網絡協議(比如TCP/IP、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE、 SNTP、HTTP、DNS、H.323、SIP、DDNS等,視產品而定),具有更強的網絡管理能力,有的還有防火墻、VPN等功能,是工廠上層管理系統(比如MES)不可缺少的元器件。
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