كيفية ضمان موثوقية الشبكة باستخدام إيثرنت الصناعية؟

نظرًا للمتطلبات العالية للبيئة الصناعية لموثوقية شبكات التحكم الصناعية، فقد ظهرت الوظائف المتكررة لشبكة إيثرنت الصناعية. من التكرار السريع لشجرة الامتداد (RSTP)، والتكرار الحلقي (RapidRing) إلى التكرار الأساسي (التتابع)، ولكل منها مزاياها وخصائصها الخاصة، ويمكن لمهندسي التحكم الاختيار وفقًا لمتطلباتهم الخاصة. من أجل فهم وتعلم خصائص تقنية التكرار لشبكة إيثرنت الصناعية بشكل أفضل، دعونا أولاً نراجع عملية تطوير أجهزة إيثرنت التالية.

1، المحور

أعتقد أن معظم الأشخاص على دراية بالمحاور. يستخدم العديد من الأشخاص هذا الجهاز البسيط لتوصيل أجهزة مختلفة تعتمد على Ethernet، مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية، وأجهزة التحكم القابلة للبرمجة، وما إلى ذلك. يتلقى المحاور رسالة من أحد المنافذ ويبث الرسالة إلى جميع المنافذ الأخرى.

بالنسبة لكل رسالة من أي منفذ، يقوم المحور بتمريرها إلى منافذ أخرى. من حيث المراسلة، يكون المحور بطيئًا وغير فعال، وقد تحدث تصادمات في الرسائل. ومع ذلك، فإن استخدام المحور بسيط للغاية. يمكن توصيله وتشغيله. لا يحتوي المحور على أي ميزات مبهرة ولا يوجد تكرار.

2، مفاتيح غير مُدارة

أدى تطوير المحاور إلى ظهور جهاز يسمى المحول غير المُدار. وهو يتيح توجيه الرسائل من منفذ إلى آخر، مما يجعلها أكثر ذكاءً من المحاور. تكتشف المحولات غير المُدارة تلقائيًا سرعة الشبكة لكل جهاز في الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي على وظيفة تسمى "جدول عناوين MAC" التي تحدد الأجهزة الموجودة على الشبكة وتتذكرها.

بعبارة أخرى، إذا تلقى المنفذ 2 رسالة برمز تعريف محدد، فسيقوم المحول بإرسال جميع الرسائل التي تحمل رمز التعريف المحدد هذا إلى المنفذ 2، ويتجنب هذا الذكاء تضارب الرسائل ويحسن أداء الإرسال. كان هذا تحسنًا كبيرًا. ومع ذلك، لا يمكن للمحولات غير المُدارة تنفيذ أي شكل من أشكال اكتشاف الاتصالات وتكوين التكرار.

3، مفاتيح مُدارة

الجيل القادم من أجهزة الاتصال بشبكة إيثرنت هو المفاتيح المُدارة مقابل المحاور والمفاتيح غير المُدارة. تحتوي المفاتيح المُدارة على ميزات أكثر تعقيدًا وهي أكثر تكلفة بكثير - عادةً 3 إلى 4 من المفاتيح غير المُدارة. توفر المفاتيح المُدارة المزيد من الوظائف وعادةً ما تكون قابلة للتكوين بالكامل من خلال واجهة قائمة على الشبكة. يمكنها التفاعل تلقائيًا مع أجهزة الشبكة، ويمكن للمستخدمين تكوين سرعة الشبكة والتحكم في التدفق يدويًا لكل منفذ. قد لا تتمكن بعض الأجهزة القديمة من استخدام ميزة التفاعل التلقائي، لذا فإن التكوين اليدوي أمر لا غنى عنه.

توفر معظم المفاتيح المُدارة أيضًا ميزات متقدمة مثل SNMP للمراقبة عن بُعد والتكوين (بروتوكول إدارة الشبكة البسيط)، وتعيين المنفذ للتشخيص، وشبكات VLAN لتجميع أجهزة الشبكة (شبكة المنطقة المحلية الافتراضية)، ووظيفة ترتيب الأولويات لضمان مرور الرسائل ذات الأولوية، وما إلى ذلك. باستخدام المفتاح المُدار، يمكنك إعداد شبكة زائدة عن الحاجة. باستخدام طوبولوجيا الحلقة، يمكن للمفاتيح المُدارة تكوين شبكة حلقية. يمكن لكل مفتاح مُدار تحديد مسار الإرسال الأمثل والمسار البديل تلقائيًا، وحظر المسار البديل تلقائيًا عند مقاطعة مسار الأولوية.

كما هو موضح في الشكل 4، يتم إدارة مفتاح التكرار

توفر مفاتيح التكرار المتقدمة المُدارة ميزات خاصة، خاصة للأنظمة التكرارية ذات المتطلبات الصارمة للاستقرار والأمان. الطرق الرئيسية لبناء شبكة تكرارية هي كما يلي: STP وRSTP؛ التكرار الحلقي RapidRing

STP وRSTP

STP (Spanning Tree Algorithm, Spanning Tree Algorithm, IEEE 802.1D) هو بروتوكول طبقة ارتباط يوفر تكرار المسار ويمنع حدوث حلقات الشبكة. فهو يجبر مسار البيانات البديل على أن يكون محظورًا (محظورًا). وإذا فشل مسار، يمكن إعادة تكوين الطوبولوجيا وإعادة تكوين الارتباط عن طريق تنشيط المسار البديل. ويتراوح وقت استرداد انقطاع الشبكة بين 30 إلى 60 ثانية. وتعمل خوارزمية الشجرة الممتدة السريعة، IEEE 802.1w كترقية لـ STP، على تقليل وقت استرداد انقطاع الشبكة إلى ثانية إلى ثانيتين. وتتمتع خوارزمية الشجرة الممتدة ببنية شبكة مرنة، ولكنها تعاني أيضًا من عيب الاسترداد البطيء.

تكرار الحلقات RapidRing

من أجل تلبية خصائص الوقت الحقيقي لشبكات التحكم الصناعية، وُلدت تقنية RapidRing. وهي تقنية تستخدم شبكات الحلقات لتوفير التكرار عالي السرعة في شبكات Ethernet. تسمح هذه التقنية للشبكة باستعادة نفسها في غضون 300 مللي ثانية من الانقطاع. ومن خلال اتصال مرحل الخطأ الخاص بالمفتاح، وأضواء عرض الحالة وإعدادات SNMP، وما إلى ذلك، لتذكير المستخدمين بظاهرة انقطاع الشبكة. يمكن أن يساعد ذلك في تشخيص مكان كسر الحلقة.

يدعم RapidRing أيضًا شبكتين حلقيتين متصلتين معًا لجعل طوبولوجيا الشبكة أكثر مرونة. يتم توصيل الحلقتين بواسطة قناتين، يمكن أن تكونا زائدتين عن الحاجة لتجنب المشكلات الناجمة عن أخطاء الكبل الواحد.

مجموعة زائدة عن الحاجة

من خلال إعداد منافذ متعددة لمفاتيح مختلفة كمنافذ رئيسية وإنشاء اتصالات، يمكن تكوين رابط أساسي عالي السرعة بين هذه المفاتيح. لم يضاعف هذا النطاق الترددي للشبكة للرابط الأساسي فحسب، بل عزز أيضًا من إنتاجية الشبكة، كما يوفر ميزة أخرى، وهي التكرار.

إذا كان هناك مشاكل في رابط العمود الفقري في الشبكة مثل الانقطاع، فسيتم نقل البيانات في الشبكة من خلال الروابط المتبقية لضمان الاتصال الطبيعي للشبكة. تعتمد شبكة العمود الفقري للتوصيل على نوع الناقل وبنية الشبكة النجمية، ويمكن تمديد مسافة الاتصال النظرية إلى أجل غير مسمى. تستخدم هذه التقنية طريقة الكشف عن الأجهزة وموازنة البيانات، لذلك وصل وقت استرداد انقطاع الشبكة إلى ارتفاع جديد، حيث يقل وقت الاسترداد العام عن 10 مللي ثانية.

للحصول على المزيد من المواد الدراسية من امتحان شهادة تكنولوجيا المعلومات والنصائح والأخبار، يمكنك الاشتراك في SPOTO.