一文带你读懂以太网、工业以太网

以太网最早出现于 1970 年代，之后按照 IEEE 802.3 实施了标准化。以太网是指符合 IEEE 802.3 标准的局域网 (LAN) 产品组。IEEE 802.3 是一组电气与电子工程师协会 (IEEE) 标准，用于定义有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。这些标准也说明子配置以太网网络的规则，以及各种网络元件如何彼此协作。

以太网支持多台计算机通过一个网络连接，没有它，现代社会采用的各种设备之间可能无法通信。以太网是一种全球化的电线电缆系统标准，这些电线电缆将多台计算机、设备、机器等通过企业的单个网络连接在一起，以便所有计算机彼此通信。以太网的雏形是一条电缆，它支持多台设备连接至同一网络。如今，以太网网络可根据需要扩展和覆盖新设备。以太网是目前全球最受欢迎、使用范围最广泛的网络技术。

使用以太网时，数据流被分割成更短的数据块或帧，每个都包含特定的信息，例如数据的源和目的地。要按照需求通过网络发送和接收数据，这些数据是不可或缺的。

其他与以太网技术相关的术语包括：

• 介质：在现代以太网技术中，介质是指双绞线对或光缆，以太网设备通过连接它们来提供数据传输路径；

• 段：单个共享介质； 

• 节点：连接段的设备。

标准以太网的数据传输速度在 10 Mbps 到 100 Mbps 之间。千兆以太网是IEEE 802.3标准中使用的一个术语，用于表示以 1 Gbps 的速度传输的以太网网速。千兆以太网最初一般用于主干网络传输，以及高性能或高容量服务器。但随着时间发展，它逐渐受到桌面连接设备和PC的支持。

关于以太网的其他信息

以太网和Wi-Fi是两个不同的概念——以太网使用线缆来连接计算机和设备，计算机杂志如此表述。几乎提到的所有网络或 LAN 连接都是指以太网。

工业以太网如同其名，指的是应用于工业配置的以太网，它们通常需要更稳定可靠的连接器、电缆，以及更高的确定性，后者最为重要。为了获得更高的确定性，工业以太网在使用以太网时，会使用专用协议。目前较受欢迎的工业以太网协议包括：PROFINET^®、EtherNet/IP^®、EtherCAT^®、SERCOS III 以及 POWERLINK^®。

使用工业以太网时，数据传输速率为 10 Mbps 至 1 Gbps。但是，工业以太网应用最常使用 100 Mbps 的速度。

图1. 相较于办公以太网系统，工业以太网需要进行更多考量。工厂车间中的制造设备会受到不同温度、振动以及其他潜在的干扰噪声的影响。

工作原理

工业以太网协议（例如 PROFINET 和 EtherCAT ）会修改标准以太网的协议，以确保不但能正确发送和接收特定的制造数据，还能在需要执行特定操作时，准时发送和接收数据。以使用工业以太网自动化技术的瓶子灌装厂为例，它能通过网络发送灌装数据，以确保按计划完成灌装。据 Real Time Automation 公司称，瓶子装满时，会通过网络发送停止灌装命令。

图2. 工业设置中需要采用这种先进技术，以确保能够正确发送和接收特定的制造数据。以瓶子灌装厂为例，工业以太网自动化技术支持通过网络发送灌装数据，以确保按计划完成灌装。

它表示，对于办公以太网设置，这种消息就不会如此至关重要。网页丢失时，用户只需要点击刷新按钮就可以了。但是对于工厂，一个小问题就可能演变成大灾难—公司根本等不及有人找到问题，然后手动按下按钮。而工业以太网自动化网络可以检测灌装过程中的错误，并自动停止灌装流程，防止造成时间、产品和资金损失。

 Real Time Automation公司表示，以太网一般更多地用于办公环境，而非工业环境中。办公以太网主要针对基础层次的使用，而工业以太网则可能用于多种层次，以及任务更加繁重的环境。

 工业以太网更适合用于解决工厂噪声问题，满足工厂工艺需 求，应对更加严苛的环境，甚至更好地应对工厂内的数据冲突 问题。

 工业以太网技术采用的线路和连接器也跟传统的不同。例如， Real Time Automation 公司表示，工业配置中使用的连接器并非是基本的咬合锁定类型。因为环境更加严苛，所以需要更加坚固的锁定类型。重负荷应用也经常需要使用密封式连接器。

 此外，商用或办公以太网和工业以太网采用的线缆也不同。比起常规的以太网电缆，轻型工业电缆的护套质量可能更好。此外，正如所预期的，重负荷电缆的护套及其使用的金属也能提升品质，让它更加耐用。

在定义工业以太网和以太网相区分时，确定性是一个重要因素。标准以太网本身不具有确定性，但工业环境需要确定性。它们需要在特定时间发送和接收数据包，且它们需要保证 数据每一次都成功发送。这是因为在工业配置中，设备之间的数据丢失或数据延迟都会造成灾难性后果——例如，生产流程中的重大问题。公司在选择部署哪种类型的以太网时，这种实时信息传输通常会起到相当大的决定作用。公司需要评估自身的特定需求，然后确定最适合其组织使用的以太网解决方案。