由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余、環(huán)網(wǎng)冗余到主干冗余，都有各自不同的優(yōu)勢和特點報警、串口使用、主干冗余、環(huán)網(wǎng)冗余、服務質量（QoS）、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）、端口鏡像等其他工業(yè)以太網(wǎng)管理型交換機中可以提供的功能。

不同的控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡的管理功能要求不同，自然對管理型交換機的使用也有不同要求。控制工程師們應該根據(jù)其系統(tǒng)的設計要求，挑選適合自己系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)產品。

由于工業(yè)環(huán)境對工業(yè)控制網(wǎng)絡可靠性能的超高要求，工業(yè)以太網(wǎng)的冗余功能應運而生。從快速生成樹冗余、環(huán)網(wǎng)冗余到主干冗余，都有各自不同的優(yōu)勢和特點，控制工程師們可以根據(jù)自己的要求進行選擇。為了更好地幫助大家了解和學習工業(yè)以太網(wǎng)冗余技術的特點，讓我們首先回顧以下以太網(wǎng)設備的發(fā)展過程。

集線器

相信絕大多數(shù)人都熟悉集線器。很多人使用這種簡易設備去連接各種基于以太網(wǎng)的設備，如個人計算機、可編程控制器等。集線器接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其他所有的端口。

對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其他的各個端口。路由器目前路由器已經廣泛應用于各行各業(yè)，各種不同檔次的產品已成為實現(xiàn)各種骨干網(wǎng)內部連接、骨干網(wǎng)間互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通業(yè)務的主力軍。路由和交換機之間的主要區(qū)別就是交換機發(fā)生在OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡層。這一區(qū)別決定了路由和交換機在移動信息的過程中需使用不同的控制信息，所以說兩者實現(xiàn)各自功能的方式是不同的。在消息傳遞方面，集線器是低速低效的，可能會出現(xiàn)消息沖突。然而，集線器的使用非常簡單——實際上可以即插即用。集線器沒有任何華而不實的功能，也沒有冗余功能。

非管理型交換機

集線器的發(fā)展產生了一種叫非管理型交換機的設備。它能實現(xiàn)消息從一個端口到另一個端口的路由功能，相對集線器更加智能化。非管理型交換機能自動探測每臺網(wǎng)絡設備的網(wǎng)絡速度。另外，它具有一種稱為“MAC地址表”的功能，能識別和記憶網(wǎng)絡中的設備。

換言之，如果端口2收到一條帶有特定識別碼的消息，此后交換機就會將所有具有那種特定識別碼的消息發(fā)送到端口2。工業(yè)交換機具有電信級性能特征，可耐受嚴苛的工作環(huán)境。產品系列豐富，端口配置靈活，可滿足各種工業(yè)領域的使用需求。產品采用寬溫設計，防護等級不低于IP30，支持標準和私有的環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議。這種智能避免了消息沖突，提高了傳輸性能，相對集線器是一次巨大的改進。然而，非管理型交換機不能實現(xiàn)任何形式的通信檢測和冗余配置功能。

管理型交換機

以太網(wǎng)連接設備發(fā)展的下一代產品是管理型交換機。相對集線器和非管理型交換機，管理型交換機擁有更多更復雜的功能，價格也高出許多——通常是一臺非管理型交換機的3～4倍。管理型交換機提供了更多的功能，通?？梢酝ㄟ^基于網(wǎng)絡的接口實現(xiàn)完全配置。它可以自動與網(wǎng)絡設備交互，用戶也可以手動配置每個端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設備可能無法使用自動交互功能，因此手動配置功能是必不可缺的。

絕大多數(shù)管理型交換機通常也提供一些高級功能，如用于遠程監(jiān)視和配置的SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議），用于診斷的端口映射，用于網(wǎng)絡設備成組的VLAN（虛擬局域網(wǎng)），用于確保優(yōu)先級消息通過的優(yōu)先級排列功能等。利用管理型交換機，可以組建冗余網(wǎng)絡。使用環(huán)形拓撲結構，管理型交換機可以組成環(huán)形網(wǎng)絡。每臺管理型交換機能自動判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑，當優(yōu)先路徑中斷時自動阻斷備用路徑。

管理型冗余交換機

高級的管理型冗余交換機提供了一些特殊的功能，特別是針對有穩(wěn)定性、安全性方面嚴格要求的冗余系統(tǒng)進行了設計上的優(yōu)化。構建冗余網(wǎng)絡的主要方式主要有以下幾種，STP、RSTP、環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing、主干冗余Trunking。

1.STP及RSTP

STP，是一個鏈路層協(xié)議，提供路徑冗余和阻止網(wǎng)絡循環(huán)發(fā)生。它強令備用數(shù)據(jù)路徑為阻塞狀態(tài)。如果一條路徑有故障，該拓撲結構能借助激活備用路徑重新配置及鏈路重構。網(wǎng)絡中斷恢復時間為30~60s之間。RSTP作為STP的升級，將網(wǎng)絡中斷恢復時間，縮短到1~2s。生成樹算法網(wǎng)絡結構靈活，但也存在恢復速度慢的缺點。

2.環(huán)網(wǎng)冗余RapidRing

為了能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡實時性強的特點，RapidRing孕育而生。這是在以太網(wǎng)網(wǎng)絡中使用環(huán)網(wǎng)提供高速冗余的一種技術。這個技術可以使網(wǎng)絡在中斷后300ms之內自行恢復。并可以通過交換機的出錯繼電連接、狀態(tài)顯示燈和SNMP設置等方法來提醒用戶出現(xiàn)的斷網(wǎng)現(xiàn)象。這些都可以幫助診斷環(huán)網(wǎng)什么地方出現(xiàn)斷開。

RapidRing也支持兩個連接在一起的環(huán)網(wǎng)，使網(wǎng)絡拓樸更為靈活多樣。兩個環(huán)通過雙通道連接，這些連接可以是冗余的，避免單個線纜出錯帶來的問題。

3.主干冗余Trunking

將不同交換機的多個端口設置為Trunking主干端口，并建立連接，則這些交換機之間可以形成一個高速的骨干鏈接。不但成倍的提高了骨干鏈接的網(wǎng)絡帶寬，增強了網(wǎng)絡吞吐量，而且還還提供了另外一個功能，即冗余功能。

如果網(wǎng)絡中的骨干鏈接產生斷線等問題，那么網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)會通過剩下的鏈接進行傳遞，保證網(wǎng)絡的通訊正常。路由器是連接因特網(wǎng)中各局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的設備，它會根據(jù)信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前后順序發(fā)送信號。 路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡的樞紐，"交通警察"。Trunking主干網(wǎng)絡采用總線型和星型網(wǎng)絡結構，理論通訊距離可以無限延長。該技術由于采用了硬件偵測及數(shù)據(jù)平衡的方法，所以使網(wǎng)絡中斷恢復時間達到了新的高度，一般恢復時間在10ms以下。