工业以太网冗余技术的特点

工业以太网以其特有的低成本、高实效、高扩展性 及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商，控制系统和工厂自动化系统常常采用工业以太网技术完成 工业控制任务。在核电、电力以及交通等很多工业控制 领域的实际应用场合下，设备所处的环境相当复杂，用户对以太网的可靠性要求也越来越高 。为了保证不会 因通信服务器失效、网络断线或交换机故障而导致整个 通信系统瘫痪，现在普遍通过以太网冗余技术来提高网 络容错的能力。

冗余系统用于减少停机时间，系统中重要的自动化组件（例如CPU、网络和CP等）都有备份。在双绞线电缆连接成的冗余环中（见图8-4），SCALANCE X400交换机作为冗余管理器。如果网络中的某个组件（例如电缆）发生故障，冗余管理器将使备用（冗余）的连接路径自动接管通信任务，连接不会中断。

由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。从快速生成树冗余（RSTP）、环网冗余（RapidRing）到主干冗余（Trunking），都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点。

高级的管理型冗余交换机提供了一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、安全性方面严格要求的冗余系统进行了设计上的优化。构建冗余网络的主要方式主要有以下几种，STP、RSTP；环网冗余RapidRing

1.STP及RSTP

STP（Spanning Tree Protocol，生成树算法，IEEE 802.1D），是一个链路层协议，提供路径冗余和阻止网络循环发生。它强令备用数据路径为阻塞（blocked）状态。如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30~60s之间。RSTP（快速生成树算法，IEEE 802.1w）作为STP的升级，将网络中断恢复时间，缩短到1~2s。生成树算法网络结构灵活，但也存在恢复速度慢的缺点。

2.环网冗余RapidRing

为了能满足工业控制网络实时性强的特点，RapidRing孕育而生。这是在以太网网络中使用环网提供高速冗余的一种技术。这个技术可以使网络在中断后300ms之内自行恢复。并可以通过交换机的出错继电连接、状态显示灯和SNMP设置等方法来提醒用户出现的断网现象。这些都可以帮助诊断环网什么地方出现断开。

RapidRing也支持两个连接在一起的环网，使网络拓朴更为灵活多样。两个环通过双通道连接，这些连接可以是冗余的，避免单个线缆出错带来的问题。

3.主干冗余Trunking

将不同交换机的多个端口设置为Trunking主干端口，并建立连接，则这些交换机之间可以形成一个高速的骨干链接。不但成倍的提高了骨干链接的网络带宽，增强了网络吞吐量，而且还还提供了另外一个功能，即冗余功能。

如果网络中的骨干链接产生断线等问题，那么网络中的数据会通过剩下的链接进行传递，保证网络的通讯正常。Trunking主干网络采用总线型和星型网络结构，理论通讯距离可以无限延长。该技术由于采用了硬件侦测及数据平衡的方法，所以使网络中断恢复时间达到了新的高度，一般恢复时间在10ms以下。