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      工業連接和智能傳感論壇
      現場總線

      案例 | 菲尼克斯三層交換機動態路由技術的高級應用

        2020年12月08日  

        隨著自動化技術的日新月異,工業生產控制工藝已不再停留于PLC、機器人、閥島或變頻器等電氣設備環節,更多的引入了網絡化等工業互聯的通信技術。

        在一汽紅旗H9焊裝車間,高柔性化、高數字化、高綠色化的特點,是紅旗工廠智能焊裝車間的底氣和實力。焊裝車間共布置了15條自動生產線,焊接車間焊點自動化率100%,可實現紅旗H9、紅旗HS7等5個車型的柔性化生產。

      一汽紅旗H9焊裝車間(引自一汽紅旗官方公眾號)

        對于如此高自動化率的現場,產線與產線、上層SCADA或調度系統與各線體之間便需要一個安全的、高速的、穩定的互聯網絡,用于車型數據拉動式的生產,以及車型數據的下發包括各個工位生產數據的實時采集,因此車間規劃部門便有了如下需求:

        每套PLC系統均屬于各自獨立的C類網;

        所有的網段都需要與SACADA系統進行通信;

        所有PLC系統之間均可實現TCP/IP協議的相互通信;

        無論是控制層網絡,還是監控層網絡,整個系統要求實現線路冗余。

        針對以上規劃的要求,對于整個網絡系統組建有以下幾個關鍵點:

        1、在控制層中,由兩層交換機為主導的生產網方案無法滿足所有的規劃需求;

        2、線路冗余的需求決定了現場需要環網冗余,這決定了現場無法使用靜態路由;

        3、該龐大的網絡系統既需要兩層隔離,又同時需要滿足三層路由通訊。

        經過多方考慮,最終,菲尼克斯決定采用全廠生產網使用三層交換機,配合端口路由、RSTP(rapid spanning Tree Protocol快速生成樹冗余協議)、OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優先)動態路由的方案,完美實現客戶的規劃需求,并且在核心配置VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol 虛擬路由冗余協議)保證核心通訊的設備冗余,保證現場訂單系統通信。

      焊裝車間網絡架構規劃

        在此方案中,起到關鍵作用的就是OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優先)動態路由技術。在傳統應用中,OSPF主要應用于大型IT網絡,鮮有在工廠生產網中使用,因此大部分自動化工程師對其了解甚少。但其實,OSPF技術亦是基于路由的一種高級應用,復雜網絡通過它,可以形成一個非常穩定又非常便于維護的系統。

      菲尼克斯GHS模塊化智能核心交換機現場應用

        想要了解OSPF技術,就要先從路由的概念了解,那什么叫路由呢?

        OSI模塊定義了網絡互聯的七層框架:物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。其中,網絡層的IP協議是構成Internet的基礎。Internet上的主機通過IP地址來標識,Internet上有大量路由器負責根據IP地址選擇合適的路徑轉發數據包,數據包從Internet上的源主機到目的主機往往要經過十多個路由器。路由器是工作在第三層的網絡設備。

      OSI七層模型

        如圖,交換機1所在的網段為192.168.1.0/24,交換機2所在的網段為192.168.2.0/24,且各自有2臺主機,如果PC1想要和PC3通訊,需要如何實現呢?

      路由功能舉例

        這時候就需要路由了,數據從PC1至PC3需要跨網段通訊,也就是需要網關,網關是數據包離開自己網段的出口。子網中每一臺主機都需要配置網關,實現下一跳(Next-hop)。如PC1的網關配置為192.168.1.1/32,PC3的網關配置為192.168.2.1/32。

        綜上所述,路由的任務便清晰明了:

        把數據分配到正確的端口

        連接不同的網絡,子網,廣域網連接

        將廣播包限于各個子網

        現在明白了路由的原理,就是實現不同網段之間的互相通信,那問題又來了,既然路由能實現不同網段之間的通信,為何還有所謂的路由的高級應用之說呢?OSPF技術又是什么?為什么案例中配置了端口路由之后又配置了OSPF?

        下面我們就要提到靜態/動態路由了。在剛剛的路由舉例中,系統里只有一個路由,相當于同一個設備將兩個網段進行了“路由”這個操作,那么在這個設備內部,自己就有了一個路由信息:192.168.1.0/24和192.168.2.0/24這兩個網段是可以通過我互相通訊的。那如果網絡中的通訊出現不止經過一個路由器的情況呢?

      多路由舉例

        如上圖所示,192.168.3.0/24需要和192.168.5.0/24通信,但192.168.3.0/24只能找到192.168.4.1/32,但是對于192.168.3.0/24來說,并不知道路線,這時候就要引入靜態/動態路由功能,目的就是為了讓192.168.3.0/24找到與192.168.5.0/24通訊的路徑。

        靜態路由,顧名思義,就是路由路徑由手動配置,而非動態決定,也因其路徑是固定的,即便系統網絡架構發生改變,也不會影響路由路徑。靜態路由也因其由人工手動配置的特性,決定了其安全性較高,且不占用網絡資源,因其不需要計算路徑,更新路由表而產生流量。

        但靜態路由的缺點也由此產生,因為需要手動配置,在大型和復雜的網絡應用場景中,通常不宜采用。大型網絡拓撲復雜,一旦鏈路發生變化,哪怕是極微小的變化,如果系統是由靜態路由配置,則容易產生極大的工作量,技術人員需大范圍地調整網絡系統中的路由信息。

        在這種情況下,動態路由技術被引入。與靜態路由最大的區別,動態路由能夠自動建立路由表,并能根據系統運行的情況,在發生鏈路或節點變化時,實時地自行計算并調整最佳路由路徑。常見動態路由協議包括:RIP(路由信息協議)、OSPF(OpenShortest Path First開放式最短路徑優先)、IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System,中間系統到中間系統)、BGP(邊界網關協議),其中菲尼克斯三層路由支持RIP技術與OSPF技術。

        動態路由示例

        菲尼克斯三層交換機OSPF動態路由技術就給大家介紹到這兒。最后,豪華的紅旗H9就是在這樣的高級網絡系統中孕育而生。

      一汽紅旗H9焊裝車間(引自一汽紅旗官方公眾號)

      標簽:菲尼克斯電氣我要反饋
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