解析工业网络中的交换、路由、VLAN，工业网络的个人进阶指南

写在前面

大家好，我是小智，智能制造之家号主~

前面转载的爆款文章（阅读量5w+）：

西门子、施耐德、罗克韦尔等巨头告诉你，为何你大爷始终是你大爷

其中有这样一句话我印象深刻：所有面向未来的自动化供应商，都在加速拥抱软件的步伐。

OICT融合（运营Operational、信息Information、通讯Communication Technology）早已成为行业的共识与不变化的话题，不论是IT、OT、还是CT[或者你还听过DT(Data  Technology)和ET(Engineering  Technology)]，我们的工作也总与之相关，今天就来和大家聊一聊CT中的关于工业网络的一些基本知识~

01 工业网络术与势

02 一根简单的网线

03 交换机、路由器和VLAN

04 个人进阶之旅

 

01 工业网络术与势

自古术和势，从来都是先看势，再行术。

关于势我在前面的导读部分已经说了，接下来我们看看术。我有空的时候会看看我所建立的技术群里的一些消息，真的印证那句话，在中国，你以为的很简单事，至少有一亿人不知道，甚至可能这个数字更大，而往往是这些不知道的人，给别人造就了机会（比如各种培训机构），从产品的角度来说，有痛点才有机会~

因为最近很多人总是问：

一个烟厂PROFINET工业网络故障诊断与分析案例

S7–1500遇上工业无线AP：一个立体仓库无线网络故障诊断分析案例

西门子S7系列PLC与Kepserver网络通讯下的诊断与分析实例

想像上面的案例一样去分析了解网络，究竟应该怎么办？我的答案永远不会变，学习技术就那么几条：IT、OT、CT，不论是针对于现今的工业物联网，边缘计算，数字孪生等等概念皆准~

 

这篇文章只是一个种子，能不能发芽是看自己，就像我在前面说的，每个人的认知与知识体系都存在差异，并没有一套对于所有人都能行之有效的东西，说回上面的案例分析，很多人又会觉得，那究竟从何开始？我的理解是，你从哪里跌倒了，你就从哪里爬起来，也就是你的痛点在哪里，你就从哪里学起，举个例子，上面的案例你不会分析，那你可能暴露了你的网络知识的短板，系统的寻找一份网络知识学习一遍，记得是系统性学习，并带着问题，带着这样的案例去学习，如果你说你找不到，那你又暴露了自己信息检索和筛选能力不强的短板，那你先把自己信息搜索能力锻炼起来，如果你又不知道如何锻炼自己的信息检索能力咋办？

 

往期推荐

 

 

一个工业网络工程师的自述，真的太“南”了吗（小智推荐）

我在“智造圈”的中年危机与技术焦虑，我相信你也有

最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制

自动化早已不是原来的自动化，为何你却还是原来的你

说到这里，可能有的人又会觉得，我啥能力都不强，我啥都不会，要学的东西太多了，我根本学也学不完，是的，你说的没错，就像前面在文章我们经常提到的原理性思维，随着各种各样的控制系统，软件结构复杂度越来越高，应用场景越来越复杂，掌握相对基础性的原理反而可以帮助我么降低对于知识的记忆量，知识量爆炸的时代，原理相对而言却是可控的~

比如，说到工业以太网或者协议，接口等，你可以看看下图：

或者看看：

最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制

几乎没有人可以都懂，但是有的人掌握了底层原理，对于其中大部分所谓接口，总线，协议来说，可以做到一通百通，用很短的时间去做更多的事情~

下面我们用一根简单的网线、交换、路由等来举例子~

 

02 一根简单的网线

说到工业网络，大家心里肯定首先想到的是各种各样的协议，接口，现场总线和工业以太网等，正如前面我们所总结的：

最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制

在自动化系统高速传输数据方面，以太网起着重要作用。我想我们每个人都接触或者使用过以太网，也肯定用过网线（此处指双绞线），但是其实一根简单的网线，也包含了很多~

比如大家所熟知五类线，六类线的差异，通讯用的是两对或四对线？分别是哪几根用于通讯？按照T568B或者T568A的接线顺序，传输距离与其导体规格之间的关系，自适应，传输速率等等，下面的图可以告诉你~

来源：网络

通过自动化系统的以太网络，其高速传递数据的性能，除了受到传输介质，传输距离等限制外，也收到交换机，路由等的限制（如果对相关知识点不清楚，可以先看下面的相关知识补充）~

 

往期推荐

 

 

必备的工业以太网的基础知识

工业通讯网络层级全解读，解析工业网络的自动化金字塔

工业网络、工业无线、工业识别RFID的实例汇总与分析

 

03 交换机、路由器和VLAN

 

 

前面我们介绍了很多相关交换机、路由器的相关知识和案例（见下面相关知识补充）

我们都知道，根据交换机的工作原理（二层普通交换机），如果从右下角的PLC发出信息，交换机没有过滤广播通信的功能。如果交换机收到一个广播数据包后，它会向其所有的端口转发此广播数据包（如下图箭头所示）。因此，交换机和其所有接口所连接的主机共同构成了一个广播域（Broadcast Domain）,而交换机的每一个端口都是一个冲突域。（如果对广播域和冲突域都不清楚的，可以先系统学习下网络知识，或者看下面的知识补充）

 

相关知识补充

 

 

最全整理网络基础知识“全家桶”—入门工业网络必备（推荐收藏）

MES、SCADA项目组网，如何进行冗余网络配置 | 工业通讯应用（一）

工业通讯中的虚拟局域网VLAN | 工业通讯应用（二）

一文弄懂vlan、子网掩码、MAC地址、网关、DNS、三层交换机

 

所谓广播域有啥用，我们假设，右侧的PLC需要与左侧PLC通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标MAC地址才能正常通信，因此右侧PLC必须先广播“ARP请求（ARP Request）信息”，来尝试获取左侧的MAC地址。

右侧的交换机收到广播帧（ARP请求）后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，也就是泛滥了。接着，左侧收到广播帧后也会泛滥。大家想一下，如果有很多交换机，这样的互联。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有网络客户机上，指当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。

我们分析下，这个右侧PLC的ARP请求原本是为了获得左侧的MAC地址而发出的。也就是说：只要左侧PLC能收到就万事大吉了。可是事实上，数据帧却传遍整个网络，导致所有的计算机都收到了它。

如此一来，一方面广播信息消耗了网络整体的带宽，另一方面，收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理。造成了网络带宽和CPU运算能力的大量无谓消耗，可能会造成网络瘫痪。

 

那路由器呢？路由器工作在网络层，可以识别网络层的地址-IP地址，有能力过滤第3层的广播消息。实际上，除非做特殊配置，否则路由器从不转发广播类型的数据包。因此，路由器可以隔离广播域。如图下图所示，如果各网段都是共享式局域网，则每网段自己构成一个独立的广播域。

 

 

不通过路由器有没有可能实现这样的隔离呢？这个时候VLAN的作用就凸显出来了，，同一个VLAN中的用户间通信就和在一个局域网内一样，同一个VLAN中的广播只有VLAN中的 成员才能听到，而不会传输到其他的VLAN中去，从而控制不必要的广播风暴的产生。同时， 若没有路由，不同VLAN之间不能相互通信，从而提高了不同工作组之间的信息安全性。网络 管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理网络内部不同工作组之间的信息互访。

 

通过VLAN，可以将物理上不在同一地方的客户机或者设备划分为同一VLAN，方便相互间进行访问与限制。当然，这些都是最基本的知识点，比如并未提到Trunk等相关概念~

 

相关知识补充

 

 

技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网

工业以太网网络拓扑、冗余环网入门与实例分析—PN

工业自动化、工业信息化的你，切入工业物联网的入坑指南

自动化设备数据采集与PLC联网方案实例-迈向工厂数字化的第一步

看了以上的内容，如果你本就是对网络有一定了解的，那你肯定会觉得：就这？不过我相信，肯定有人是不明白的，每个人的知识体系和认知水平存在差异，这可以理解，就像前面我写的文章：

技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网

我给大家看下不同的人的不同看法~

04 个人进阶之旅

 

开篇我们提到了术与势，提到了OICT融合，行业变革是大势所趋，何不顺势而为？想要不被滚滚而来的新技术淘汰，就要掌握这些可以长久使用的知识，而网络就是这样这样的知识，无论是你经历过的大型工业系统、还是炒的火热的工业互联网、数字孪生、工业数字化转型，网络都在其中占有重要地位，就工业领域而言，不论你在ISA-95五层架构中的哪一层，也不论你从事的是ERP、PLM、MES/MOM、WMS、SCADA、PLC、HMI、驱动.....,OICT基础知识的地位不会轻易随着新技术和新名词的出现而被滚滚浪潮淹没~

那究竟应该怎么办呢？如果这是一个很成熟的行业，那肯定存在很多专门以教大家某方面的技能为生的机构或者个人（具备筛选的能力），你去看看他们体系的课程都有些什么具体的东西，然后你就知道你在这方面应该学些什么了。当然不要局限于某一家，因为培训机构始终还是需要为盈利而存在，比如也许他是培训PLC的，他的宣传里面会说得PLC就像天下第一一样，学习之后你就牛逼了，比如他是培训网络的，也许你能看到它的宣传口号里培训出来华为、中兴巴不得你入职，因此这时请保持独立思考这时候，自古术和势，从来都是先看势，再行术。

如果你不愿意花钱给培训机构，那你就得动用你自己的搜索能力和执行力了，找到你需要的，然后用自己的方式系统性学习~

当然你也可以找你周围在这方面比你优秀的人，向他们学习，你可能又会问，我找不到，我也不知道哪些人的这方面的能力比我强，那你可以想办法进入一个比你优秀的圈子，很多时候，优秀的人，他们的通用技能都会比一般人略强一些，除此之外，还有他们还有自己的一套学习技巧与能力，问题来了，如何进入一个优秀的圈子？连接比你优秀的人？建议你可以先看看下面的文章，了解下成年人的社交真相

9个月，我靠公众号挣了多少钱？一篇价值8W的走心感悟

这个很现实的告诉你，优秀的人的时间比你更宝贵，大佬一般也不会理你，因此不要老想着当羊毛党，告诉你一个比较好的办法：不要脸和不要钱。脸皮够厚，良好的态度和沟通方法，成年人的社交往往是价值的等价交换，当你对别人不存在什么价值的时候，时刻提升自己的价值~

在互联网时代，总有这样或者那样活跃着的优秀社区，只要你爱思考，乐于发现，有足够的执行力，很多很多，当然，小心被割韭菜，不过如果钱很少，尝试一下不怕啥，也许真的能改变你对很多事情的看法，快速进步，如果被割了韭菜，只要钱不多，那就是你人生的经验~

即使你真的进入了这样圈子，也不要以为就牛逼了，你问啥别人都得围绕着你转了，万事大吉了~

 

举个例子，在前面文章中我提到的我进入的某个2000多元一年作为门槛的圈子，圈主拍卖他的个人咨询时间，结果36000大洋可以咨询2小时（为了防止广告嫌疑，不放图了），这并不是大多数人愿意消费的，因此重点还是看你能在社区之中吸收多少，不过一个可以沉淀的社区，你可以看到很多牛人的走心分享，你会发现有些人曾经比你我还傻，但是他们坚持了，也有的人思路就是6，感觉他们就是该成功的人士，究竟能吸收多少，关键还是靠自己~

以上不喜勿喷，每个人都是独立的个体，保持独立思考~

 

硬核专辑

 

 

工业热点 | 数据采集 | 应用与库（西门子、罗克韦尔、倍福等）

WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例 

仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集

 

软件定义PLC与制造的时代，工程师的职业未来在哪里？

2020-08-12

自动化早已不是原来的自动化，为何你却还是原来的你

2019-12-27

技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网

2020-06-17

一文了解西门子、达索、施耐德、罗克韦尔等巨头数字化工厂仿真软件

2020-08-27

134页官方PPT解读西门子数字化工业服务

2020-08-24

解读西门子的工业软件帝国，巨头的数字化工业战略

2020-08-18

国内第一份公开的工信部含有物流仿真的行业标准（下载）-物流数字化仓储

2020-08-20

美国如何靠软件卡死中国制造？工业软件从业者超硬核科普

2020-08-21

IT大举入侵OT，自动化早已成为一个“软件”行业

2020-08-09

Modbus 的RTU、ASCII、TCP傻傻搞不清楚？一文最全解读

2020-08-10

西门子、PTC、施耐德 VS 海尔、三一、阿里，国内外工业互联网平台大混战

2020-08-03

自动化设备数据采集与PLC联网方案实例-迈向工厂数字化的第一步

2020-07-29