工業(yè)以太網(wǎng)在當(dāng)前的自動化控制中已經(jīng)相當(dāng)普及。作為以太網(wǎng)的重要組成部分——交換機(jī)、路由器及集線器等元件在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。其中，工業(yè)交換機(jī)的使用最為廣泛。工業(yè)交換機(jī)包括兩類：非管理型交換機(jī)和管理型交換機(jī)。非管理型交換機(jī)就是普通意義上的交換機(jī)，而管理型交換機(jī)則支持很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有的還具有路由功能。集線器的使用不多，在某些情況下需要抓取網(wǎng)絡(luò)通信報(bào)文時(shí)會用到。今天這篇文章我們來詳細(xì)介紹下這三種網(wǎng)絡(luò)元件。

1、集線器（Hub）

集線器是一種工作在物理層（OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型第一層）的網(wǎng)絡(luò)元件，它以廣播的方式向外發(fā)送數(shù)據(jù)。換句話說，它將接收到的數(shù)據(jù)，鏡像式的發(fā)送到其所有端口中。數(shù)據(jù)發(fā)送沒有目的性，所有連接到其端口的設(shè)備均能收到。集線器廣播式的發(fā)送數(shù)據(jù)容易造成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，浪費(fèi)有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬。另外由于所有端口均能收到數(shù)據(jù)，使其安全性很低，因此這種元件已經(jīng)很少使用。但是在某些特殊場合下，比如為了獲取網(wǎng)絡(luò)通信報(bào)文，需要用到集線器。

2、交換機(jī)（Switch）

交換機(jī)是一種工作在數(shù)據(jù)鏈路層（OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型第二層）的網(wǎng)絡(luò)元件。前面我們說過，工業(yè)交換機(jī)包括非管理型和管理型兩類。如果沒有特別指明，說起交換機(jī)，都是指非管理型交換機(jī)。通常情況下，它是以端口到端口的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)基于MAC地址，在其內(nèi)部保存著一張MAC地址表，記錄著端口與MAC地址的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)收到報(bào)文時(shí)，交換機(jī)分析報(bào)文中的MAC地址，然后根據(jù)MAC地址表，發(fā)送到相應(yīng)的端口中。在上電初期，MAC地址表不完整的情況下，交換機(jī)會以廣播的形式發(fā)送數(shù)據(jù)。在通信過程中，也會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通斷的情況，實(shí)時(shí)更新MAC地址表。

工業(yè)以太網(wǎng)中不建議使用商用交換機(jī)，而應(yīng)該使用工業(yè)交換機(jī)。以PROFINET為例，它對交換機(jī)有如下一些要求：

工業(yè)級；

支持百兆速率，支持全雙工通信；

支持IEEE 802.1q（VLAN標(biāo)記協(xié)議）及IEEE 802.1p（優(yōu)先級協(xié)議）；

支持VLAN ID為0的報(bào)文透傳；

說明：非網(wǎng)管型交換機(jī)雖然不支持劃分VLAN，當(dāng)應(yīng)支持VLAN報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)

西門子SCLANCE X00/X100/XC100非管理型交換機(jī)可滿足PROFINET對交換機(jī)的要求，具體如下：

工業(yè)級交換機(jī)，所有的端口均是百兆以上。支持自協(xié)商（速率、半雙工/全雙工模式）和自交叉（直連線或交叉線）；

支持IEEE 802.1p優(yōu)先級標(biāo)準(zhǔn)；

PROFINET RT（實(shí)時(shí)）數(shù)據(jù)的VLAN ID為0。X00/X100/XC100系列交換機(jī)完全支持VLAN ID為0的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。而在有些交換機(jī)中，VLAN ID為0會被當(dāng)作非法數(shù)據(jù)丟棄；

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的管理型交換機(jī)有的工作在第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），有的工作在第三層（網(wǎng)絡(luò)層），視產(chǎn)品不同而不同。與非管理型交換機(jī)相比，管理型交換機(jī)具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理能力，支持更多的協(xié)議，比如：

LLDP（Link Layer Discovery Protocol），鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議，用于支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)報(bào)文；

SNMP（Simple Network Management Protocol），簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，可管理網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備；

WEB服務(wù)器協(xié)議；

冗余管理協(xié)議；

可劃分VLAN（虛擬局域網(wǎng)），支持VLAN之間路由功能；

網(wǎng)絡(luò)信息診斷；

管理型交換機(jī)在PROFINET網(wǎng)絡(luò)中的典型應(yīng)用是通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分配設(shè)備名，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備更換免維護(hù)。我們知道每一個(gè)PROFINET I/O設(shè)備都必須被分配設(shè)備名稱后才能正常工作。通過使用管理型交換機(jī)并設(shè)置端口的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣即使更換了新設(shè)備，PROFINT I/O控制器也會自動給該設(shè)備分配設(shè)備名，達(dá)到了免維護(hù)的效果。

二層交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)只能在同一個(gè)子網(wǎng)中。TCP/IP協(xié)議規(guī)定不同的子網(wǎng)之間不能直接通信，要實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)之間的通信，必須使用路由器（或者三層交換機(jī)）。

3、路由器（Router）

路由器是一種工作在網(wǎng)絡(luò)層（OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型第三層）的網(wǎng)絡(luò)元件。它由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分組成，分別連接兩個(gè)子網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)之間的通信。路由器有兩類不同的端口，一類稱為LAN口，一類稱為WAN口。LAN口用于連接局域網(wǎng)，WAN口可連接廣域網(wǎng)（或另一個(gè)子網(wǎng)）。

與交換機(jī)類似，路由器的內(nèi)部也保存著一張各端口與設(shè)備的對應(yīng)表，稱為路由表。不同之處在于，路由表是基于IP地址的。當(dāng)子網(wǎng)內(nèi)某個(gè)設(shè)備發(fā)送的IP地址不在當(dāng)前子網(wǎng)內(nèi)時(shí)，設(shè)備會將其發(fā)送給路由器（設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址）。路由器負(fù)責(zé)將該報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的子網(wǎng)中。

路由器支持更多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（比如TCP/IP、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE、 SNTP、HTTP、DNS、H.323、SIP、DDNS等，視產(chǎn)品而定），具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理能力，有的還有防火墻、VPN等功能，是工廠上層管理系統(tǒng)（比如MES）不可缺少的元器件。

好了，關(guān)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的集線器、交換機(jī)和路由器就先介紹到這里。

審核編輯：劉清