Switch zarządzalny czy niezarządzalny – i kiedy TSN

Na czym polega różnica?

Switch przesyła każdą ramkę Ethernet do właściwego portu. Switch niezarządzalny robi tylko tyle: sam uczy się adresów i działa od razu po podłączeniu. Switch zarządzalny można konfigurować przez przeglądarkę, wiersz poleceń lub SNMP. Można wtedy podzielić sieć, nadać priorytet ważnemu ruchowi, zapewnić redundancję i widzieć, co dzieje się na każdym porcie.

Pomiędzy nimi są smart switche, nazywane czasem częściowo zarządzalnymi. Oferują wybrane funkcje, takie jak VLAN, RSTP oraz obsługa PROFINET lub EtherNet/IP, ale łatwiej je skonfigurować.

Funkcje, które liczą się w przemyśle

VLAN

VLAN dzieli jedną fizyczną sieć na kilka logicznych. Systemy sterowania, kamery i ruch biurowy mogą korzystać z tych samych switchy, nie widząc się nawzajem. Ogranicza to zakłócenia i poprawia bezpieczeństwo.

Priorytetyzacja (QoS)

Ruch jest oznaczany priorytetem zgodnie z IEEE 802.1p, dzięki czemu dane I/O mają pierwszeństwo przed transferem plików i wideo, gdy łącze jest mocno obciążone.

IGMP snooping

Switch wysyła multicast tylko do portów, które o niego poprosiły. Ma to znaczenie w sieciach EtherNet/IP i przy strumieniach wideo, gdzie multicast w przeciwnym razie zalałby całą sieć.

Redundancja

RSTP (IEEE 802.1w) to standard działający między różnymi markami, ale odtworzenie sieci może trwać od poniżej sekundy do kilku sekund w większych sieciach. Protokoły pierścieniowe, takie jak MRP (IEC 62439-2), i protokoły producentów, takie jak Moxa Turbo Ring, przywracają łączność w ciągu dziesiątek do setek milisekund. HSR i PRP (IEC 62439-3) wysyłają ruch jednocześnie dwiema drogami, zapewniając redundancję bez przerw, np. w podstacjach.

Diagnostyka i PoE

Switch zarządzalny pokazuje stan łącza, błędy i ruch na każdym porcie oraz może wysyłać alarmy przez SNMP, e-mail lub wyjście przekaźnikowe. PoE zasila kamery, punkty dostępowe i czujniki przez kabel sieciowy: do 15,4 W na port według IEEE 802.3af, 30 W według 802.3at i do 90 W według 802.3bt, mierząc na switchu.

Czego przemysł wymaga od switcha?

• Temperatura – switche przemysłowe są dostępne na zakres od −40 do 75 °C, bez wentylatorów.
• Montaż – szyna DIN lub ściana z metalową obudową, a dla sieci szkieletowych szafy 19-calowe.
• Zasilanie – podwójne wejścia DC, np. 12–48 V DC, oraz przekaźnik alarmowy sygnalizujący zanik zasilania.
• Złącza i szczelność – M12 zamiast RJ45 tam, gdzie występują drgania, oraz IP67 w pojazdach i na zewnątrz.
• Certyfikaty – EN 50155 dla pojazdów szynowych, IEC 61850-3 dla podstacji oraz Class I Division 2 lub ATEX strefa 2 dla stref zagrożonych wybuchem.

Jaki switch gdzie pasuje?

Co to jest TSN i kiedy ma znaczenie?

Time-Sensitive Networking (TSN) to zestaw standardów IEEE 802.1, które sprawiają, że zwykły Ethernet staje się deterministyczny. Bez TSN duży strumień wideo lub transfer pliku może chwilowo opóźnić dane sterujące. Z TSN ruch krytyczny czasowo ma gwarantowane opóźnienie, nawet gdy sieć jest pełna innego ruchu.

• IEEE 802.1AS – wspólny zegar we wszystkich urządzeniach.
• IEEE 802.1Qbv – harmonogram okien czasowych dla ruchu krytycznego czasowo.
• IEEE 802.1Qbu i 802.3br – długie ramki mogą zostać przerwane, gdy pilna ramka musi przejść.
• IEEE 802.1CB – ramki są wysyłane dwiema drogami, co zapewnia redundancję bez przerw.

TSN ma znaczenie, gdy sterowanie, wideo i IT muszą współdzielić jedną sieć przy ścisłych wymaganiach czasowych, gdy sterowanie ruchem ma działać przez wspólną sieć, a także w pojazdach, lotnictwie i obronności, gdzie wiele systemów korzysta z jednej sieci szkieletowej. PROFINET i OPC UA mają warianty TSN, a IEC/IEEE 60802 definiuje wspólny profil TSN dla automatyki przemysłowej.

Typowa maszyna lub gniazdo produkcyjne nie potrzebuje dziś TSN. PROFINET i EtherNet/IP dobrze działają ze zwykłymi switchami zarządzalnymi. Przy budowie instalacji, która ma służyć 15–20 lat, warto jednak zapytać o obsługę TSN.

Częste błędy

1. Switch niezarządzalny w sieci EtherNet/IP. Bez IGMP snooping multicast trafia na wszystkie porty, a proste urządzenia mogą otrzymywać więcej ruchu, niż są w stanie obsłużyć.
2. Pętla bez protokołu redundancji. Jeśli dwa porty zostaną przez pomyłkę połączone, burza rozgłoszeniowa może unieruchomić całą sieć. Zapobiega temu RSTP lub ochrona przed burzą (storm control).
3. Różne protokoły pierścieniowe w jednym pierścieniu. Protokoły pierścieniowe producentów rzadko współpracują między markami. Przy mieszaniu marek należy wybrać standard, taki jak MRP lub RSTP.
4. Za mały budżet mocy PoE. Trzeba sprawdzić zarówno moc na port, jak i całkowity budżet mocy switcha. Osiem kamer po 30 W wymaga 240 W.
5. Pozostawione hasło domyślne. Switch zarządzalny z fabrycznym hasłem to otwarte drzwi do systemu sterowania. Należy zmienić hasła i wyłączyć nieużywane usługi.

Switche w ofercie SCN

Dostarczamy switche niezarządzalne, zarządzalne i TSN m.in. firm Moxa, Axiomtek, Yaskawa, Duagon, Diamond Systems i Enercon. Oferta obejmuje zarówno małe switche na szynę DIN, jak i switche Layer 3 do szaf rack, switche M12 do pociągów i switche VPX do systemów obronnych.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Czy można łączyć switche zarządzalne i niezarządzalne?

Tak, współpracują w tej samej sieci. VLAN, IGMP snooping i redundancja działają jednak tylko w switchach zarządzalnych, dlatego należy je umieszczać tam, gdzie zbiega się ruch.

Co to jest IGMP snooping?

Funkcja, dzięki której switch śledzi, które urządzenia chcą odbierać dany strumień multicast, i wysyła go tylko na ich porty. Bez niej multicast trafia wszędzie.

Czy PROFINET wymaga switcha zarządzalnego?

Nie zawsze. Conformance Class A działa ze zwykłymi switchami, ale Class B wymaga switchy z diagnostyką PROFINET, w tym informacjami o topologii przez LLDP i SNMP.

Czym różni się RSTP od MRP?

RSTP to ogólny standard IEEE działający w dowolnej topologii, ale odtworzenie sieci może trwać do kilku sekund. MRP jest przeznaczony dla pierścieni w sieciach przemysłowych i przywraca łączność w gwarantowanym czasie, zwykle maksymalnie 200 ms.

Czy zwykłe urządzenia działają w sieci TSN?

Tak, switche TSN przekazują zwykły ruch Ethernet. Gwarancje opóźnień dotyczą jednak tylko ruchu objętego harmonogramem, a każdy switch na trasie musi obsługiwać TSN.