SIEMENS_Katalog_IK-PI-Industrielle-Kommunikation_2015_DE

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• Übersicht
Netzperformance und -technologien bei Industrial Ethernet
Die aktuellen Industrial Ethernet-Technologien können,
kombiniert angewendet, die Performance im Netzwerk im
Vergleich zur ursprünglichen 10 Mbit/s-Technologie erheblich
steigern. Diese Technologien sind:
• Fast Ethernet mit 100 Mbit/s:
Telegramme werden, verglichen mit 10 Mbit/s, wesentlich
schneller transportiert und belegen die Leitung dadurch nur
für sehr kurze Zeit. Für Fast Ethernet steht ein 4-adriges
FastConnect Verkabelungssystem (Cat5e) mit Kabel, Stecker
und Outlet zur Verfügung.
• Gigabit Ethernet mit 1 Gbit/s:
Gegenüber Fast Ethernet ist Gigabit Ethernet nochmals um
den Faktor 10 schneller, die Leitungsbelegung verkürzt sich
daher auf 1/10 der Zeit. Für Gigabit-Ethernet steht ein
8-adriges FastConnect Verkabelungssystem (Cat6) mit Kabel,
Stecker und Outlet zur Verfügung.
• Gigabit Ethernet mit 10 Gbit/s:
Gegenüber Ethernet mit 1 Gbit/s ist Ethernet mit 10 Gbit/s
nochmals um den Faktor 10 schneller.
• Full Duplex schließt Kollisionen aus:
Zwischen zwei Switches können gleichzeitig Daten gesendet
und empfangen werden. Der Datendurchsatz einer
Full Duplex-Verbindung steigt damit auf 200 Mbit/s bei
Fast Ethernet bzw. auf 2 Gbit/s bei Gigabit Ethernet.
Bei Full Duplex ist auch eine größere Netzausdehnung
möglich. So können z. B. bei Verwendung von Glas-LWL
Entfernungen von bis zu 200 km erreicht werden.
Der Datendurchsatz steigt enorm, da die üblichen Telegrammwiederholungen
vermieden werden.
• Switching reduziert den Netzwerkdatenverkehr:
Der Switch "schaltet" dynamisch diejenigen Teilnehmer zusammen,
die gerade kommunizieren. Im gesamten Netz
können dadurch mehrere Telegramme gleichzeitig unterwegs
sein. Der Performancegewinn liegt also darin, dass mehrerer
Telegramme den Switch gleichzeitig (da parallel) passieren
können.
• Autocrossover ermöglicht die automatische Kreuzung
zwischen den Sende- und Empfangsleitungen an Twisted
Pair-Schnittstellen
• Autosensing beschreibt die Eigenschaft von Netzknoten
(Endgeräte und Netzkomponenten), die automatisch die
Übertragungsrate eines Signals (10 Mbit/s, 100 Mbit/s oder
1 Gbit/s) erkennen und Autonegotiation unterstützen.
• Autonegotiation ist ein Konfigurationsprotokoll im Fast
Ethernet. Geräte am Netz vereinbaren vor der eigentlichen
Datenübertragung einen Übertragungsmodus, den jedes
beliebige Gerät beherrscht (1000 Mbit/s, 100 Mbit/s oder
10 Mbit/s, Full Duplex oder Half Duplex)
PROFINET/Industrial Ethernet
Industrial Ethernet
Topologien
Ethernet Switching
Der Industrial Ethernet Switch hat folgende Funktionalität:
• Switches sind in der Lage, je nach Anzahl verfügbarer Schnittstellen
temporär und dynamisch mehrere Paare von Teilnetzen
oder Teilnehmern gleichzeitig miteinander zu verbinden,
wobei jede Verbindung über den vollen Datendurchsatz
verfügt.
• Durch Filterung des Datenverkehrs anhand der Ethernet
(MAC)-Adresse der Endgeräte bleibt der Datenverkehr lokal,
nur Daten an Teilnehmer eines anderen Teilnetzes werden
vom Switch weitergeleitet.
• Ausweitung der Anzahl anschließbarer Endgeräte im
Vergleich zu einem klassischen Ethernet-Netz.
• Begrenzung der Fehlerausbreitung auf das betroffene
Teilnetz.
Die Switching-Technologie bietet entscheidende Vorteile:
• Möglichkeit zur Bildung von Teilnetzen und Netzsegmenten.
• Erhöhung des Datendurchsatzes und damit der Netzperformance
durch Strukturierung des Datenverkehrs.
• Einfache Regeln zur Netzkonfiguration.
• Unbegrenzte Ausweitung der Netzausdehnung durch Verbindung
einzelner Kollisionsdomänen/Teilnetze.
• Einfache, rückwirkungsfreie Erweiterung bestehender Netze.
Full Duplex
Full Duplex (FDX) ist eine Betriebsart im Netz, bei der die Teilnehmer,
im Gegensatz zu Half Duplex, gleichzeitig Daten
senden und empfangen können. Bei Verwendung von FDX wird
die Kollisionserkennung in den beteiligten Teilnehmern automatisch
deaktiviert.
Voraussetzung für FDX ist die Verwendung von Übertragungsmedien
mit getrennten Sende- und Empfangskanälen, z. B. LWL
und TP, und die Fähigkeit der beteiligten Komponenten,
Datenpakete zu speichern. Da bei einer FDX-Verbindung keine
Kollisionen auftreten, können Komponenten, die FDX unterstützen,
gleichzeitig mit der nominalen Übertragungsrate
senden und empfangen. Der Datendurchsatz erhöht sich damit
auf die doppelte nominale Übertragungsrate des Netzes, auf
20 Mbit/s beim klassischen Ethernet und auf 200 Mbit/s beim
Fast Ethernet. Mit Gigabit Ethernet werden bis zu 2000 Mbit/s
erreicht.
Ein weiterer Vorteil von FDX ist die Erhöhung der Netzausdehnung.
Durch die Deaktivierung des Kollisionsprinzips ermöglicht FDX
eine Vergrößerung der Entfernung zwischen zwei Komponenten
über die Größe einer Kollisionsdomäne hinaus. Mit Full Duplex
sind Entfernungen bis zur Leistungsgrenze der verwendeten
Sende- und Empfangskomponenten möglich. Dies kommt insbesondere
in Verbindung mit LWL zum Tragen. Bei Verwendung
von Glas-LWL sind Entfernungen bis 200 km zwischen zwei
Switches erreichbar.
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Siemens IK PI · 2015
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