淺析 PROFINET 報文優(yōu)先級與網(wǎng)管型交換機
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【PROFINET實(shí)時(shí)報文VLAN標簽中的3個(gè)關(guān)鍵位】
PROFINET IO 報文基于IEEE802.3，具有4個(gè)字節的VLAN標簽（IEEE802.1p），該標簽其中的3個(gè)位可以表示PROFINET實(shí)時(shí)數據的優(yōu)先級。這也就意味著(zhù)，PROFINET循環(huán)的實(shí)時(shí)數據報文具有優(yōu)先級，且用戶(hù)優(yōu)先級為6。VLAN標示符VID=0表示報文僅包含優(yōu)先級信息，而不是一個(gè)有效的VLAN標識。
【符合IEEE802.1p標準的報文特點(diǎn)：具有“用戶(hù)優(yōu)先級”定義】
支持IEEE802.1p的交換機會(huì )優(yōu)先轉發(fā)高優(yōu)先級的數據：1、通過(guò)在OSI 2層給數據加入優(yōu)先級以及交換機中的不同隊列分配，實(shí)現加速報文轉發(fā)。2、TCI中包含表示服務(wù)種類(lèi)(Class of Service)的3個(gè)位，這樣CoS服務(wù)就有8個(gè)優(yōu)先級，其中0為最低優(yōu)先級，而7為最高優(yōu)先級。3、不同的應用按照不同的方式進(jìn)行處理。4、賦予實(shí)時(shí)應用更高的優(yōu)先級。5、賦予普通的應用較低的優(yōu)先級。這樣，在IEEE802.1p的支持下，用戶(hù)終端主機能請求所提交流量的優(yōu)先等級，網(wǎng)絡(luò )設備則在幀頭上設置相應的標記予以實(shí)施。802.1p可以將以太網(wǎng)中的流量分為8個(gè)優(yōu)先等級，將時(shí)間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級在交換式以太網(wǎng)中傳送，以支持以太網(wǎng)上各類(lèi)業(yè)務(wù)的QoS。
| 種類(lèi) | 描述 | 優(yōu)先級 |
| 語(yǔ)音 | 最高優(yōu)先級；保證幾路音頻延遲時(shí)間最小且保證高的語(yǔ)音質(zhì)量 | 7，6 |
| 視頻 | 視頻優(yōu)先于其它數據服務(wù) | 4，5 |
| 盡力的通信 | 應用數據包，比如Internet沖浪或者設備需要QoS服務(wù) | 3，0 |
| 背景通信 | 較低優(yōu)先級的數據通信服務(wù)，比如下載，打印等，不需要固定的等待時(shí)間和流量需求 | 1，2 |
目前，許多以太網(wǎng)交換機都能夠支持多優(yōu)先級業(yè)務(wù)的分類(lèi)處理，即支持IEEE802.1p，根據數據幀中的“用戶(hù)優(yōu)先級”字段內容的不同進(jìn)行緩存、數據轉發(fā)等操作。理想情況下，以太網(wǎng)交換機能支持的優(yōu)先級與802.1p規定的優(yōu)先級相同，但實(shí)際情況有時(shí)并非如此。西門(mén)子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品中，X-00系列具有兩個(gè)優(yōu)先級堆棧，高的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶(hù)優(yōu)先級4，5，6，7的數據，低的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶(hù)優(yōu)先級3，0，1的數據。對于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級與IEEE802.1p所規定的優(yōu)先級相同。具有4個(gè)優(yōu)先級堆棧，每個(gè)堆棧處理不同用戶(hù)優(yōu)先等級的數據。
【SCALANCE X交換機的優(yōu)先級堆】
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會(huì )根據數據的用戶(hù)優(yōu)先級的不同由內部不同的優(yōu)先級堆棧來(lái)處理。這也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的產(chǎn)品可以細分用戶(hù)優(yōu)先級的數據，對于用戶(hù)優(yōu)先級6，7由最高優(yōu)先級堆棧處理優(yōu)先轉發(fā)。
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會(huì )優(yōu)先對高優(yōu)先級的堆棧中的高優(yōu)先級數據進(jìn)行轉發(fā)。參考圖3 IEEE802.1p報文優(yōu)先轉發(fā)原則。幀1正在被發(fā)送，表明不會(huì )中斷正在發(fā)起的數據傳輸。幀2的優(yōu)先級低于幀3，所以?xún)?yōu)先轉發(fā)幀3。最終端口1的數據幀發(fā)送順序為幀1，幀3，幀2。
除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交換機不但可以在Step7中作為IO設備進(jìn)行組態(tài)，也可以在Step7中實(shí)現集成診斷。
在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機應用在PROFINET實(shí)時(shí)應用中，由于這兩種系列的交換機不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么這兩類(lèi)以太網(wǎng)交換機則認為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標簽。這意味著(zhù)PROFINET實(shí)時(shí)報文（VID=0）在這兩類(lèi)交換機之中轉發(fā)不具有優(yōu)先級，與普通的數據一樣，不會(huì )被交換機優(yōu)先轉發(fā)。所以在使用這兩類(lèi)交換機時(shí)，需要特別注意，這種情況下，可以使用2種方式來(lái)改善：第一種情況，就是使用SCALANCE X200系列以下的交換機，這樣由于這些系列的交換機不支持IEEE802.1Q，僅支持IEEE802.1p，所以會(huì )優(yōu)先轉發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數據。第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時(shí)，且PROFINET實(shí)時(shí)數據與普通數據在一個(gè)通道上進(jìn)行傳輸，需要給PROFINET的數據傳輸通道設置VLAN。PROFINET IO控制器和IO設備的PROFINET實(shí)時(shí)通信與PC1和PC2的普通通訊，例如TCP/IP，共同占用2臺SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交換機會(huì )認為PROFINET 實(shí)時(shí)數據與普通的TCP/IP數據的優(yōu)先級一樣，這樣不會(huì )優(yōu)先轉發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數據。
其中，PC1和PC2分別連接在各自SCALANCE X400交換機端口P10.1，PROFINET設備則分別連接在各自SCALANCE X400交換機端口P9.1，交換機之間的連接通過(guò)各自的P11.1進(jìn)行連接。那么設置PROFINET設備和PC設備都屬于VLAN2，交換機Web組態(tài)。關(guān)于VLAN的詳細設置，請參考西門(mén)子網(wǎng)站網(wǎng)上課堂《西門(mén)子交換機SCALANCE X VLAN組態(tài)》。http://www.ad.siemens.com.cn/service/prompt.asp
通過(guò)設置VLAN后，PROFINET的實(shí)時(shí)數據的優(yōu)先級會(huì )被SCALANCX300/400交換機所識別，這樣PROFINET的實(shí)時(shí)數據被優(yōu)先轉發(fā)，達到實(shí)時(shí)的目的。
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