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工业连接和智能传感论坛
现场总线

案例 | 菲尼克斯三层交换机动态路由技术的高级应用

  2020年12月08日  

  随着自动化技术的日新月异,工业生产控制工艺已不再停留于PLC、机器人、阀岛或变频器等电气设备环节,更多的引入了网络化等工业互联的通信技术。

  在一汽红旗H9焊装车间,高柔性化、高数字化、高绿色化的特点,是红旗工厂智能焊装车间的底气和实力。焊装车间共布置了15条自动生产线,焊接车间焊点自动化率100%,可实现红旗H9、红旗HS7等5个车型的柔性化生产。

一汽红旗H9焊装车间(引自一汽红旗官方公众号)

  对于如此高自动化率的现场,产线与产线、上层SCADA或调度系统与各线体之间便需要一个安全的、高速的、稳定的互联网络,用于车型数据拉动式的生产,以及车型数据的下发包括各个工位生产数据的实时采集,因此车间规划部门便有了如下需求:

  每套PLC系统均属于各自独立的C类网;

  所有的网段都需要与SACADA系统进行通信;

  所有PLC系统之间均可实现TCP/IP协议的相互通信;

  无论是控制层网络,还是监控层网络,整个系统要求实现线路冗余。

  针对以上规划的要求,对于整个网络系统组建有以下几个关键点:

  1、在控制层中,由两层交换机为主导的生产网方案无法满足所有的规划需求;

  2、线路冗余的需求决定了现场需要环网冗余,这决定了现场无法使用静态路由;

  3、该庞大的网络系统既需要两层隔离,又同时需要满足三层路由通讯。

  经过多方考虑,最终,菲尼克斯决定采用全厂生产网使用三层交换机,配合端口路由、RSTP(rapid spanning Tree Protocol快速生成树冗余协议)、OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)动态路由的方案,完美实现客户的规划需求,并且在核心配置VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol 虚拟路由冗余协议)保证核心通讯的设备冗余,保证现场订单系统通信。

焊装车间网络架构规划

  在此方案中,起到关键作用的就是OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)动态路由技术。在传统应用中,OSPF主要应用于大型IT网络,鲜有在工厂生产网中使用,因此大部分自动化工程师对其了解甚少。但其实,OSPF技术亦是基于路由的一种高级应用,复杂网络通过它,可以形成一个非常稳定又非常便于维护的系统。

菲尼克斯GHS模块化智能核心交换机现场应用

  想要了解OSPF技术,就要先从路由的概念了解,那什么叫路由呢?

  OSI模块定义了网络互联的七层框架:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中,网络层的IP协议是构成Internet的基础。Internet上的主机通过IP地址来标识,Internet上有大量路由器负责根据IP地址选择合适的路径转发数据包,数据包从Internet上的源主机到目的主机往往要经过十多个路由器。路由器是工作在第三层的网络设备。

OSI七层模型

  如图,交换机1所在的网段为192.168.1.0/24,交换机2所在的网段为192.168.2.0/24,且各自有2台主机,如果PC1想要和PC3通讯,需要如何实现呢?

路由功能举例

  这时候就需要路由了,数据从PC1至PC3需要跨网段通讯,也就是需要网关,网关是数据包离开自己网段的出口。子网中每一台主机都需要配置网关,实现下一跳(Next-hop)。如PC1的网关配置为192.168.1.1/32,PC3的网关配置为192.168.2.1/32。

  综上所述,路由的任务便清晰明了:

  把数据分配到正确的端口

  连接不同的网络,子网,广域网连接

  将广播包限于各个子网

  现在明白了路由的原理,就是实现不同网段之间的互相通信,那问题又来了,既然路由能实现不同网段之间的通信,为何还有所谓的路由的高级应用之说呢?OSPF技术又是什么?为什么案例中配置了端口路由之后又配置了OSPF?

  下面我们就要提到静态/动态路由了。在刚刚的路由举例中,系统里只有一个路由,相当于同一个设备将两个网段进行了“路由”这个操作,那么在这个设备内部,自己就有了一个路由信息:192.168.1.0/24和192.168.2.0/24这两个网段是可以通过我互相通讯的。那如果网络中的通讯出现不止经过一个路由器的情况呢?

多路由举例

  如上图所示,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,但是对于192.168.3.0/24来说,并不知道路线,这时候就要引入静态/动态路由功能,目的就是为了让192.168.3.0/24找到与192.168.5.0/24通讯的路径。

  静态路由,顾名思义,就是路由路径由手动配置,而非动态决定,也因其路径是固定的,即便系统网络架构发生改变,也不会影响路由路径。静态路由也因其由人工手动配置的特性,决定了其安全性较高,且不占用网络资源,因其不需要计算路径,更新路由表而产生流量。

  但静态路由的缺点也由此产生,因为需要手动配置,在大型和复杂的网络应用场景中,通常不宜采用。大型网络拓扑复杂,一旦链路发生变化,哪怕是极微小的变化,如果系统是由静态路由配置,则容易产生极大的工作量,技术人员需大范围地调整网络系统中的路由信息。

  在这种情况下,动态路由技术被引入。与静态路由最大的区别,动态路由能够自动建立路由表,并能根据系统运行的情况,在发生链路或节点变化时,实时地自行计算并调整最佳路由路径。常见动态路由协议包括:RIP(路由信息协议)、OSPF(OpenShortest Path First开放式最短路径优先)、IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System,中间系统到中间系统)、BGP(边界网关协议),其中菲尼克斯三层路由支持RIP技术与OSPF技术。

  动态路由示例

  菲尼克斯三层交换机OSPF动态路由技术就给大家介绍到这儿。最后,豪华的红旗H9就是在这样的高级网络系统中孕育而生。

一汽红旗H9焊装车间(引自一汽红旗官方公众号)

标签:菲尼克斯电气我要反馈
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