工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)具有穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛和支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)下深受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域,形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這主要是由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)向分布化、智能化控制方面發(fā)展,開放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。以太網(wǎng)技術(shù)引入工業(yè)控制領(lǐng)域，技術(shù)優(yōu)勢非常明顯:
      (一)Ethernet是全開放、全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，遵照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同廠商的設(shè)備可以很容易實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
      (二)以太網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級(jí)管控一體化的全開放網(wǎng)絡(luò)。
      (三)軟硬件成本低廉，由于以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，支持以太網(wǎng)的軟硬件受到廠商的高度重視和廣泛支持，有多種軟件開發(fā)環(huán)境和硬件設(shè)備供用戶選擇。
      (四)通信速率高，隨著企業(yè)信息系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜程度的提高，對(duì)信息量的需求也越來越大，有時(shí)甚至需要音頻、視頻數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)前以太網(wǎng)的通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)開始廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟，10G以太網(wǎng)也已經(jīng)開發(fā)出來，其速率比現(xiàn)場總線快很多。
      (五)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?，在這信息瞬息萬變的時(shí)代，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個(gè)快速而有效的通信管理網(wǎng)絡(luò)，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速，也更加成熟，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。
      系統(tǒng)構(gòu)成
      選擇正確的工業(yè)以太網(wǎng)要考慮哪些因素?簡單的來說，要從工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議、電源、通信速率、工業(yè)環(huán)境認(rèn)證考慮、安裝方式、外殼對(duì)散熱的影響、簡單通信功能和通信管理功能、電口或光口的考慮。信號(hào)強(qiáng)弱、端口設(shè)置、出錯(cuò)報(bào)警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)、端口鏡像等等其他工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)管交換機(jī)中可以提供的功能。
      從快速生成樹冗余(RSTP)、環(huán)網(wǎng)冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備包括：工業(yè)以太網(wǎng)集線器，非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)管型環(huán)網(wǎng)冗余交換機(jī)。高級(jí)的網(wǎng)管型冗余交換機(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RapidRingTM以及Trunking。
1. 工業(yè)以太網(wǎng) 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. 工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余
      為了能滿足工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，RapidRing孕育而生。這是在工業(yè)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)甚至20ms之內(nèi)自行恢復(fù)。并可以通過工業(yè)以太網(wǎng)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。
      RapidRingTM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)帶來的問題。
3. 工業(yè)以太網(wǎng)主干冗余
      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，則這些工業(yè)以太網(wǎng)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)生斷線等問題，那么網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)會(huì)通過剩下的鏈接進(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限延長。該技術(shù)由于采用了硬件偵測及數(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20ms以下。
      具體設(shè)備
      集線器----相信絕大多數(shù)人都熟悉集線器。很多人使用這種簡易設(shè)備去連接各種基于以太網(wǎng)的設(shè)備，如個(gè)人計(jì)算機(jī)，可編程控制器等。集線器接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其它所有的端口。對(duì)來自任一端口的每一條消息，集線器都會(huì)把它傳遞到其它的各個(gè)端口。在消息傳遞方面，集線器是低速低效的，可能會(huì)出現(xiàn)消息沖突。然而，集線器的使用非常簡單-實(shí)際上可以即插即用。集線器沒有任何華而不實(shí)的功能，也沒有冗余功能。
      交換機(jī)網(wǎng)管型----以太網(wǎng)連接設(shè)備發(fā)展的下一代產(chǎn)品是網(wǎng)管型交換機(jī)。相對(duì)集線器和非網(wǎng)管型交換機(jī)，網(wǎng)管型交換機(jī)擁有更多更復(fù)雜的功能，價(jià)格也高出許多-通常是一臺(tái)非網(wǎng)管型交換機(jī)的2~3倍。網(wǎng)管型交換機(jī)提供了更多的功能，通常可以通過基于網(wǎng)絡(luò)的接口實(shí)現(xiàn)完全配置。它可以自動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互，用戶也可以手動(dòng)配置每個(gè)端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設(shè)備可能無法使用自動(dòng)交互功能，因此手動(dòng)配置功能是必不可缺的。
      絕大多數(shù)網(wǎng)管型交換機(jī)通常也提供一些高級(jí)功能，如用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和配置的SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)，用于診斷的端口映射，用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成組的VLAN(虛擬局域網(wǎng))，用于確保優(yōu)先級(jí)消息通過的優(yōu)先級(jí)排列功能等。利用網(wǎng)管型交換機(jī)，可以組建冗余網(wǎng)絡(luò)。使用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)管型交換機(jī)可以組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)網(wǎng)管型交換機(jī)能自動(dòng)判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑，當(dāng)優(yōu)先路徑中斷時(shí)自動(dòng)阻斷(block)備用路徑。
      交換機(jī)非網(wǎng)管型----集線器的發(fā)展產(chǎn)生了一種叫非網(wǎng)管型交換機(jī)的設(shè)備。它能實(shí)現(xiàn)消息從一個(gè)端口到另一個(gè)端口的路由功能，相對(duì)集線器更加智能化。非網(wǎng)管型交換機(jī)能自動(dòng)探測每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)速度。另外，它具有一種稱為"MAC地址表"的功能，能識(shí)別和記憶網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。換言之，如果端口2收到一條帶有特定識(shí)別碼的消息，此后交換機(jī)就會(huì)將所有具有那種特定識(shí)別碼的消息發(fā)送到端口2。這種智能避免了消息沖突，提高了傳輸性能，相對(duì)集線器是一次巨大的改進(jìn)。然而，非網(wǎng)管型交換機(jī)不能實(shí)現(xiàn)任何形式的通信檢測和冗余配置功能。