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1、 在 PROFINET 应用中如何选择交换机 在 PROFINET 应用中如何选择交换机 How to select switch in PROFINET application Single FAQ Edition (2010 年年 10 月月) 关键词关键词 PROFINET，交换机，VLAN，IEEE802.1p，优先级 Key Words PROFINET，Switch，VLAN，IEEE802.1p，Priority IA&DT Service & Support Page 2-8 PROFINET 循环的实时通信报文基于 IEEE802.3，具有 4 个字节的 VLAN 标签 （I
2、EEE802.1p），该标签其中的 3 个位可以表示 PROFINET 实时数据的优先级，参考图 1 PROFINET 实时报文。 IA&DT Service & Support Page 3-8 图 1 PROFINET 实时报文 PROFINET 循环的实时数据报文具有优先级，且用户优先级为 6。VLAN 标示符 VID=0 表示报文仅包含优先级信息，而不是一个有效地 VLAN 标识。 报文具有“用户优先级”符合 IEEE802.1p 标准，IEEE802.1p 具有如下特点： 支持 IEEE802.1p 的交换机会优先转发高优先级的数据，IEEE802.1p 标准 ? 通过在 OSI 2
3、 层给数据加入优先级以及交换机中的不同队列分配，实现加速报文转 发。 ? TCI 中包含表示服务种类(Class of Service)的 3 个位，这样 CoS 服务就有 8 个优先 级，其中 0 为最低优先级，而 7 为最高优先级。 ? 不同的应用按照不同的方式进行处理 ? 赋予实时应用更高的优先级 ? 赋予普通的应用较低的优先级 这样在 IEEE802.1p 的支持下，用户终端主机能请求所提交流量的优先等级，网络设备 则在帧头上设置相应的标记予以实施。802.1p 可以将以太网中的流量分为 8 个优先等级，将 时间敏感的视频/音频以较高的优先级在交换式以太网中传送，以支持以太网上各类业务
4、的 QoS。参考表 1 。 种类 描述 优先级 语音 最高优先级；保证几路音频延迟时间最小且保证高的语音质量 7，6 Pre- ambel 7 Source MAC 6 Dest. MAC 6 TPID 2 FC 4 Sync 1 Data 40*.1440 bytes Ether type 2 Frame ID 2 Status Information PROFINET IO实时报文 VLAN 2 4 1 0 0 0 0 0 0 1 Tag-Control-Information, TCI Tag-Protocol-Identifier, TPID Identifier (VID, 12 B
5、it) CFI VLAN- 用户优先级 0 0 0 0 0 0 0 0 视频 视频优先于其它数据服务 4，5 尽力的通信 应用数据包，比如 Internet 冲浪或者设备需要 QoS 服务 3，0 背景通信 较低优先级的数据通信服务，比如下载，打印等，不需要固定 的等待时间和流量需求 1，2 表 1 目前，许多以太网交换机都能够支持多优先级业务的分类处理，即支持IEEE802.1p，根 据数据帧中的“用户优先级”字段内容的不同进行缓存、数据转发等操作。理想情况下，以太 网交换机能支持的优先级与802.1p规定的优先级相同，但实际情况有时并非如此。 西门子的SCALANCE X以太网交换机产品中
6、，X-00系列具有两个优先级堆栈，高的优先 级堆栈处理具有用户优先级4，5，6，7的数据，低的优先级堆栈处理具有用户优先级3，0， 1的数据。对于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的优先级与 IEEE802.1p所规定的优先级相同。具有4个优先级堆栈，每个堆栈处理不同用户优先等级的 数据，参考图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈。SCALANCE X以太网交换机会根据数据 的用户优先级的不同由内部不同的优先级堆栈来处理。这也表明SCALANCE X100系列到 SCALANCE X400系列的产品可以细分用户优先级的数据，对于用户优先级6，7由最高优先
7、级堆栈处理优先转发。 转发过程 每一个端口 地址分析和确定输出 端口 不同的堆栈 IA&DT Service & Support Page 4-8 图 2 SCALANCE X 交换机优先级堆栈 SCALANCE X 以太网交换机会优先对高优先级的堆栈中的高优先级数据进行转发。参考 图 3 IEEE802.1p 报文优先转发原则。帧 1 正在被发送，表明不会中断正在发起的数据传 发送报文 根据优先级进行分类优先次序排列 CoS: 7,6 CoS: 4,5 接收报文 CoS: 3,0 CoS: 1 输。帧 2 的优先级低于帧 3，所以优先转发帧 3。最终端口 1 的数据帧发送顺序为帧 1，帧 3
8、，帧 2。 IA&DT Service & Support Page 5-8 图 3 IEEE802.1p 报文优先转发原则 除此以外，X200 系列以上的 SCALANCE X 交换机不但可以在 Step7 中作为 IO 设备进 行组态，也可以在 Step7 中实现集成诊断。参考图 4 交换机组态。 图 4 交换机组态 在使用 SCALANCE X300 和 SCALANCE X400 系列的交换机应用在 PROFINET 实时应 用中，由于这两种系列的交换机不但支持 IEEE802.1p 还支持 IEEE802.1Q，即 VLAN。那么 端口1 3 1 端口1的队列 3 2 1 2 端口2
9、 端口3 1 2 3 这两类以太网交换机则认为 VLAN ID=0 的帧不带有 VLAN 标签。这意味着 PROFINET 实时 报文（VID=0）在这两类交换机之中转发不具有优先级，与普通的数据一样，不会被交换机 优先转发。所以在使用这两类交换机时，需要特别注意，这种情况下，可以使用 2 种方式来 改善： 第一种情况，就是使用 SCALANCE X200 系列以下的交换机，这样由于这些系列的交换 机不支持 IEEE802.1Q，仅支持 IEEE802.1p，所以会优先转发 PROFINET 实时数据。 第二种情况，如果使用 SCALANCE X300/400 时，且 PROFINET 实时数
10、据与普通数据 在一个通道上进行传输，需要给 PROFINET 的数据传输通道设置 VLAN。例如图 5 组态举 例。PROFINET IO 控制器和 IO 设备的 PROFINET 实时通信与 PC1 和 PC2 的普通通讯，例 如 TCP/IP，共同占用 2 台 SCALANCE X400 之间的通道。由于 SCALANCE X400 支持 IEEE802.1Q，交换机会认为 PROFINET 实时数据与普通的 TCP/IP 数据的优先级一样，这 样不会优先转发 PROFINET 实时数据。 SCALANCE-X400 IA&DT Service & Support Page 6-8 图 5
11、 组态举例 其中，PC1 和PC2 分别连接在各自SCALANCE X400 交换机端口P10.1，PROFINET设 备则分别连接在各自SCALANCE X400 交换机端口P9.1，交换机之间的连接通过各自的 P11.1 进行连接。那么设置PROFINET设备和PC设备都属于VLAN2，两台交换机的设置如下 图 6 交换机Web组态。关于VLAN的详细设置，请参考西门子网站网上课堂西门子交换机 SCALANCE X VLAN组态，链接如下： http:/ PC1 PC2 SCALANCE-X400 IO 控制器 IO 设备 P9.1 P10.1 P11.1 P11.1 P10.1 P9.1
12、 图 6 交换机 Web 组态 通过设置 VLAN 后，PROFINET 的实时数据的优先级会被 SCALANCX300/400 交换机 所识别，这样 PROFINET 的实时数据被优先转发，达到实时的目的。 如果您对该文档有任何建议，请将您的宝贵建议提交至如果您对该文档有任何建议，请将您的宝贵建议提交至下载中心留言板下载中心留言板。 该文档的文档编号：该文档的文档编号：F0467 IA&DT Service & Support Page 7-8 附录推荐网址附录推荐网址 自动化系统自动化系统 西门子（中国）有限公司 工业自动化与驱动技术集团 客户服务与支持中心 网站首页： 自动化系统 下载中
13、心下载中心： http:/ 自动化系统 全球技术资源全球技术资源： http:/ “找答案”“找答案”自动化系统版区： http:/ 通信通信/网络网络 西门子（中国）有限公司 工业自动化与驱动技术集团 客户服务与支持中心 网站首页： 通信/网络 下载中心下载中心： http:/ 通信/网络 全球技术资源全球技术资源： http:/ “找答案”“找答案”Net版区： http:/ 注意事项注意事项 应用示例与所示电路、设备及任何可能结果没有必然联系，并不完全相关。应用示例不表示 客户的具体解决方案。它们仅对典型应用提供支持。用户负责确保所述产品的正确使用。这 些应用示例不能免除用户在确保安全、
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