Промышленный Ethernet

Ethernet появился более 30 лет назад. В настоящее время под Ethernet понимают семейство продуктов для локальных сетей, которые соответствуют стандарту IEEE 802.3. Промышленному применению стандарта долгое время мешал метод случайного доступа к сети, не гарантировавший доставку сообщения в короткое и заранее известное время. Однако это проблема была решена применением коммутаторов (см. ниже). Доля Ethernet среди установленных промышленных сетей в 2000 году составляла 11%, в 2005 г. - уже 23% [Xi]. В настоящее время (с 2004 по 2009 год) рынок промышленного Ethernet растет со скоростью 51% в год [Prytz], он стал промышленным стандартом и имеется большой выбор оборудования, удовлетворяющего промышленным требованиям. Недостатком промышленного Ethernet является относительно высокая цена: Ethernet модули ввода-вывода в среднем в 2 раза дороже аналогичных Modbus-устройств.

Внедрению Ethernet в промышленность способствовали следующие его качества:

o высокая скорость передачи (до 10 Гбит/с) и соответствие требованиям жесткого реального времени при высоком быстродействии (например, при управлении движением);

o простота интеграции с Internet и Intranet, в том числе по протоколам прикладного уровняSNMP (Simple Network Management Protocol), FTP, MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions), HTTP;

o простота интеграции с офисными сетями;

o наличие большого числа специалистов по обслуживанию Ethernet;

o по-настоящему открытые решения;

o возможность организации многомастерных сетей;

o неограниченные возможности по организации сетей самых разнообразных топологий;

o широкое применение в офисных сетях, что обеспечило экономическую эффективность технической поддержки стандарта со стороны международных организаций по стандартизации;

o появление недорогих коммутаторов, решивших проблему недетерминированности Ethernet.

Продвижением и технической поддержкой промышленного Ethernet занимается Industrial Ethernet Association (IEA, www.industrialethernet.com), которая была организована в 1999 году по инициативе шести компаний (Synergetic Micro Systems, Grayhill, HMS Fieldbus Systems, Hilscher, Contemporary Controls и Richard Hirschmann).

Существуют 4 стандартные скорости передачи данных в сетях Ethernet по оптоволоконному кабелю и витой паре проводов: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с. Ethernet имеет несколько модификаций, структура наименований которых имеет следующий вид: <скорость передачи>Base<дополнительные обозначения>. Скорость указывается цифрой в Мбит/с или в Гбит/с, в последнем случае к цифре добавляется буква G. Буквы после "Base" означают тип кабеля (T - "Twisted pair"- "витая пара", F - "Fiber optic" -"оптоволоконный", S - "Short wavelength optic" - "оптический коротковолновый", L - "Long wavelength" - "длинноволновый", C - "short Copper cable"). Символ "X" означает наличие блока кодирования на физическом уровне. В тексте стандартаIEEE 802.3-2005 [IEEE] приводится 44 варианта таких обозначений. Например, 10Base‑T означает спецификацию физического уровня для скорости 10 Мбит/с с методом доступа CSMA/CD и с использованием двух витых пар проводов; 100Base-FX - для скорости 100 Мбит/с, CSMA/CD с применением двух многомодовых оптических кабелей.

В промышленной автоматизации наибольшее распространение получили стандарты 10Base‑T и 100Base‑TX, а также 100Base‑FX, которые и будут рассмотрены ниже.

Табл. 2.14. Уровни модели OSI для сети Ethernet
Номер уровня	OSI модель	Сеть Ethernet	Варианты реализации
	Прикладной	Прикладной	HTTP, FTP, SMTP, DNS	NFS, XDR, RPC
	Уровень представления
	Сеансовый
	Транспортный	Транспортный	TCP	UDP
	Сетевой	Интернет-протокол	IP
	Канальный (передачи данных)	LLC или другие клиенты MAC	Ethernet IEEE 802.3
MAC
	Физический	PHY	Витая пара, оптический кабель, коаксиальный кабель

В табл. 2.14 приведена типовая модель OSI для локальной сети LAN, в которой Ethernet, как стандарт IEEE 802.3, охватывает только физический и канальный уровень. На других уровнях втабл. 2.14 в качестве примера представлены протоколы интернета. Здесь LLC - "Logical Link Control" ("управление логическими связями") - клиент подуровня MAC; MAC ("Medium Access Control") - подуровень управления доступом к линии передачи; PHY (от "PHYsical") - физический уровень (линия передачи).

Уровни 1 и 2 Ethernet-протокола обычно воплощаются аппаратно, остальные - программно [A beginners].