工业以太网交换技术的基本原理是什么
发布日期:
2021-10-20

工业以太网交换技术解决了现场总线网络的性能局限,每个以太网设备都能够独享高带宽,从而缓解了带宽不足和网络瓶颈的问题,为未来更丰富更强大的自动化应用打下坚实的基础,以下本文主要由我们的技术工程师一起来探讨下交换技术的基本原理是什么。

交换是按照通信两端传输信息的需要,用设备自动完成的方法,把需要传输的信息送到符合要求的对象上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

在网络系统中,交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。HUB集线器就是一种共享设备,HUB本身不能识别目的地址,当一局域网内的A设备给B设备传输数据时,数据包在以HUB为架构的网络上是以广播的方式传输的,由每一台设备通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说,在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯,如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。

交换机根据数据帧的MAC(MediaAccessControl)地址进行数据帧的转发操作。交换机转发数据帧时,遵循以下规则:

如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址,则向交换机(除源端口外)所有端口转发;

如果数据帧的目的MAC地址是单播地址,但是这个地址并不在交换机的地址表内,那么也会向交换机(除源端口外)所有端口转发;

如果数据帧的目的MAC地址在交换机的地址表内,那么根据地址表转发到相应的端口;

如果数据帧的目的MAC地址与数据帧的源地址在同一个端口上,它就会丢弃这个数据帧,交换也不会发生。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有端口都挂接在这条背部总线上,通过交换机地址表,交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发,可以有效的隔离广播风暴,减少误包和错包的出现,避免共享冲突。

交换机的交换地址表中,一条表项主要由一个MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。整张地址表的生成采用动态自学习的方法,既当交换机收到一个数据帧以后,将数据帧的源地址和输入端口记录在交换地址表中。每一条地址表项都有一个时间标记,用来指示该表项存储的时间周期。如果在一定时间范围内地址表项仍然没有被引用,它就会从地址表中被移走。因此,交换地址表中所维护的一直是更有效和更精确的地址-端口信息。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段,连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽,无须同其他设备竞争使用。