管理交换集线器是一种具有管理功能的交换集线器，如网络状态监测和流量控制。
为在工厂和大型办公室等恶劣环境中稳定运行而设计的模型称为工业管理交换集线器，其设计非常注重可靠性和可扩展性。

本专栏介绍了托管交换机中的核心管理功能，并强调了在选择模型时应注意的要点。

目录

• 什么是工业管理交换站?
• 按管理方法分类切换集线器
• 管理交换机的关键功能
• 如何选择工业管理交换集线器
• 代表性工业管理交换中心模型
• 结论

什么是工业管理交换站?

管理交换集线器是一个具有管理功能的交换集线器，可以监控、控制和优化网络流量。
在工业环境中，工厂系统、FA设备、传感器网络和监控系统等各种设备同时运行，因此网络的稳定性、可见性和故障的快速恢复至关重要。
出于这个原因，工业站点通常将托管模型优先于非托管交换机，特别是那些具有管理功能的交换机，如SNMP、VLAN、QoS和RSTP,后面将详细解释。
因此，可以通过以下方式更有效地管理工业网络。

• 通过生产线或应用来划分网络以提高交通效率。
• 优先处理关键流量，例如控制系统，以帮助减少拥堵期间的延迟和中断。
• 准备冗余路径以防止环路，并在发生故障时启用自动切换到备份路径。
• 监控开关和连接设备的状态，以便早期发现故障并支持预防性维护。

什么是交换集线器?

交换集线器是用于通过LAN电缆将多个设备连接到网络的设备。
它具有多个端口，可在工业PC和PLC等控制设备之间中继和路由流量。
交换集线器通过引用每个连接设备的MAC地址 (分配给网络设备的唯一标识符，类似于邮件地址) 来确定发送数据的位置。

交换集线器有时与中继器集线器或路由器混淆，但它们的作用是不同的。

• 交换集线器: 仅根据MAC地址向目标设备发送数据。
• 中继器集线器: 将相同数据广播到所有端口而不区分目的地的传统设备。
• 路由器: 将本地网络连接到Internet。

有关切换集线器基础知识的更详细说明，请参阅下面的文章。
相关文章: 如何选择工业交换集线器 | 检查每个应用程序的主要功能和规范

基本交换集线器操作

要了解托管交换机的管理功能，首先要了解交换机集线器如何在基本层面上中继业务。
在网络上交换的数据以称为帧的单位传输。这包括源和目标MAC地址等信息。
下面是两个特别重要的基本操作。

MAC地址学习

当交换集线器接收到帧时，它会检查源MAC地址，并将关联 (例如“此MAC地址连接到端口X”) 记录在称为MAC地址表的内部表中。
通过重复这个过程，集线器了解哪些设备连接到哪些端口，并且只能将帧转发到必要的端口。

帧转发

在转发帧时，集线器根据MAC地址表检查目标MAC地址，并仅将帧发送到相应的端口。如果目标MAC地址尚未获知，则集线器无法确定正确的端口。
在这种情况下，集线器临时将帧发送到除接收端口之外的所有端口。这种行为——广泛发送帧直到目标被识别——被称为“泛洪”。

按管理方法分类切换集线器

交换式集线器根据其是否支持管理功能以及在多大程度上支持管理功能，分为管理型交换机、非管理型交换机和智能型交换机。
了解每种类型的特性可以更容易地根据网络规模和安全需求选择最佳模型。

管理开关

托管交换机提供管理功能，可实现网络可见性以及对流量路径和质量的精确控制。
在工业环境中，多个网络同时运行，包括生产线、控制系统和监控系统。因此，最大限度地减少流量不平衡和延迟，同时保持稳定的数据传输至关重要。
除了核心控制，如网络分段、流量优先级和故障时的路径切换，托管交换机还支持通过端口状态监控和日志收集进行早期故障检测。
出于这些原因，托管交换机是工业网络的主要选择，其中稳定运行是首要任务。

未管理交换机

无管理交换机是没有管理功能的简单模型。
它们在即插即用的基础上运行，不需要配置，可以实现低成本部署。
虽然对于小型网络或临时安装来说足够了，但非托管交换机不支持流量控制或安全配置。
因此，在需要快速识别故障的工业环境中，它们的使用受到限制。

智能开关

智能交换机 (也称为Web智能交换机) 位于托管和非托管交换机之间。
它们提供了一个简单的基于Web的管理界面，使基本的网络控制无需专业知识。
典型函数包括以下内容。

• 使用VLAN进行网络分割
• 使用QoS的流量控制
• 通过端口镜像进行基本流量监测

虽然不像托管交换机那样功能齐全，但智能交换机非常适合中小型网络或需要以较低成本提供基本管理功能的生产基地。

管理交换机的关键功能

管理交换机配备了支持稳定运行的管理功能，包括网络监控和流量优先。
由于可用的功能因型号而异，本节概述了托管交换机中常见的核心功能。

SNMP (监视和控制)

SNMP (简单网络管理协议) 是一种用于远程监控和控制网络设备的标准协议。
在受支持的设备 (如托管交换机) 上启用SNMP后，可以收集诸如工作状态、端口使用情况、温度和电源条件等信息。
如果出现问题，设备将发送SNMP陷阱，从而能够早期发现和响应事件，如链接条件或设备故障。
SNMP还支持有限的远程控制，例如更改设定值。然而，可用的控件仅限于设备的MIB (管理信息库) 公开的项目。
在工业环境中，SNMP可以监控整个网络的运行并提高维护效率。例如，它允许远程查看网络摄像机的PoE电源使用情况和冗余路径的切换状态。

VLAN (使用虚拟LAN的网络分段)

VLAN (Virtual Local Area Network,虚拟局域网) 是一种无论物理布线如何都可以进行虚拟分割的技术。

QoS (流量优先)

RSTP (冗余和环路预防)

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol,快速生成树协议) 是一种控制冗余路径同时防止网络环路 (循环路径) 的协议。
在冗余网络中，交换机通过多个路径连接，当发生故障时，RSTP会自动切换到备份路径，从而最大限度地减少业务中断。
这可以在几秒钟内恢复，有助于维护稳定的网络环境。
RSTP是传统STP (Spanning Tree Protocol,生成树协议) 的一个增强的、更快的版本，在发生故障时提供更短的路径切换时间。

如何选择工业管理交换集线器

下面几节将详细解释每一点。

1. 坚固性和耐环境性

在选择工业管理交换集线器时，鲁棒性和耐环境性 (即使在恶劣环境下也能可靠运行) 尤为重要。
在高温、潮湿、振动或电气噪声环境中，验证操作温度范围、湿度公差、抗振动和抗噪声等规范对于选择适合安装条件的模型至关重要。
例如，在温度较高或粉尘较多的工厂中，或在振动频繁的铁路设施中，宽的工作温度范围和抗振动设计对于稳定运行至关重要。
为了确保长期的可靠性，选择一种与环境阻力相适应的产品。

2. 管理函数

管理功能如SNMP、QoS、VLAN和RSTP (如上所述) 直接影响网络的稳定性、效率和安全性。
如下所述，每个功能扮演不同的角色，并提供不同的操作效益。

在部署系统时，重要的是要确保包含所需的功能，而不会因为操作环境和管理结构而产生空白或过剩。

3. 功率规格

在选择工业开关集线器时，支持大范围电源输入和双电源是一个关键的考虑因素。
如果一个系统包含在不同电压或电流下工作的设备，选择一个支持大范围输入的型号可以使备用网络设备标准化，降低成本并支持稳定运行。
另一方面，具有单个电源的设备可能在电源问题期间被关闭，这可能会中断整个网络的流量。
支持双电源输入的模型即使一个电源发生故障也能继续运行，有助于保持系统的整体可靠性。

4. PoE支持

PoE (以太网供电) 是一种通过一根LAN电缆提供数据和电力的技术。
由于无需单独的电源布线，PoE即使在电源工作困难的地方也能安装设备，大大提高了监控摄像头和无线接入点等设备的灵活性。

根据支持的标准，PoE可分为三种类型。

在工业环境中，支持PoE的模型特别适用于电力工作困难的室外或高架安装，降低布线成本，减轻维护，提高安装灵活性。
在可靠的监控和控制特别重要的场所，建议采用支持IEEE802.3af或IEEE802.3at的模型，以确保稳定的供电。

有关PoE功能的更详细说明，请参阅下面的技术专栏。
相关文章:什么是工业用电转换枢纽机制?，标准和5个选择要点

5.SFP端口和模块的扩展性

在工业网络中，能够根据安装环境和通信距离灵活地扩展网络配置也很重要。
SFP端口和模块在实现这种灵活性方面起着关键作用。
使用SFP端口和模块可以通过光纤链路连接交换机，并实现与远程站点的高速通信，大大提高了网络设计的灵活性。

什么是SFP端口?

SFP模块类型和应用

SFP模块是插入到SFP端口的光收发器，用于将电信号转换为光信号，反之亦然。
将交换集线器或路由器连接到光纤电缆可以实现远距离、稳定的数据传输。
由于光纤电缆提供电气隔离，设备也变得不那么容易受到雷击或浪涌电流的影响，降低了设备故障的风险。例如，SFP模块即使在布线与工厂设备或金属结构并行运行的环境中也能保持稳定运行。

可以根据以下标准对SFP模块进行进一步分类。

• 数据率 (例如1000BASE,10GBASE)
• 传输介质 (光纤或铜)
• 传输距离 (从几百米到几十公里)
• 应用程序 (例如局域网扩展，监控系统)
• 连接器类型 (LC, SC等。)
• 工作温度范围 (工业模型的宽温支持)

未来可扩展性

工业网络随着设备的升级和附加设备的安装而发展。因此，考虑未来的可扩展性和灵活性对于确保长期稳定运行至关重要。
例如，如果生产线扩展或需要额外的传感器，那么选择一个具有足够端口数量和带宽的型号，就可以顺利地处理配置更改。
为了准备未来的网络需求，建议选择有可靠支持的产品，包括软件更新可用性。
此外，配备SFP端口的型号简化了向光纤或长途连接的迁移，从而更容易扩展或重新设计站点间网络。

代表性工业管理交换中心模型

下面是为工业应用设计的Contec托管交换集线器模型的选择。

结论

工业管理交换集线器提供先进的控制功能，如VLAN, QoS, RSTP和SNMP,但它们的成本通常高于非管理模式。
因此，重要的是评估网络规模和运营目标，确定稳定运行所需的功能，并选择适合您特定应用的模型。

在建立系统时，要采取综合的方法，包括评估功能需求、安装条件和未来的可扩展性，以选择最合适的产品。

相关链接

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