淺析 PROFINET 報(bào)文優(yōu)先級(jí)與網(wǎng)管型交換機(jī)

為什么是淺析？因?yàn)?strong>PROFINET內(nèi)核是保密的，當(dāng)然你也可以用Wireshark軟件抓點(diǎn)數(shù)據(jù)包，看著玩玩。

【PROFINET實(shí)時(shí)報(bào)文VLAN標(biāo)簽中的3個(gè)關(guān)鍵位】
PROFINET IO 報(bào)文基于IEEE802.3，具有4個(gè)字節(jié)的VLAN標(biāo)簽（IEEE802.1p），該標(biāo)簽其中的3個(gè)位可以表示PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。這也就意味著，PROFINET循環(huán)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文具有優(yōu)先級(jí)，且用戶優(yōu)先級(jí)為6。VLAN標(biāo)示符VID=0表示報(bào)文僅包含優(yōu)先級(jí)信息，而不是一個(gè)有效的VLAN標(biāo)識(shí)。




【符合IEEE802.1p標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文特點(diǎn)：具有“用戶優(yōu)先級(jí)”定義】
支持IEEE802.1p的交換機(jī)會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)：1、通過(guò)在OSI 2層給數(shù)據(jù)加入優(yōu)先級(jí)以及交換機(jī)中的不同隊(duì)列分配，實(shí)現(xiàn)加速報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。2、TCI中包含表示服務(wù)種類(Class of Service)的3個(gè)位，這樣CoS服務(wù)就有8個(gè)優(yōu)先級(jí)，其中0為最低優(yōu)先級(jí)，而7為最高優(yōu)先級(jí)。3、不同的應(yīng)用按照不同的方式進(jìn)行處理。4、賦予實(shí)時(shí)應(yīng)用更高的優(yōu)先級(jí)。5、賦予普通的應(yīng)用較低的優(yōu)先級(jí)。這樣，在IEEE802.1p的支持下，用戶終端主機(jī)能請(qǐng)求所提交流量的優(yōu)先等級(jí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則在幀頭上設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)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(jí)，將時(shí)間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級(jí)在交換式以太網(wǎng)中傳送，以支持以太網(wǎng)上各類業(yè)務(wù)的QoS。

種類	描述	優(yōu)先級(jí)
語(yǔ)音	最高優(yōu)先級(jí)；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(shù)據(jù)服務(wù)	4，5
盡力的通信	應(yīng)用數(shù)據(jù)包，比如Internet沖浪或者設(shè)備需要QoS服務(wù)	3，0
背景通信	較低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)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(jī)都能夠支持多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的分類處理，即支持IEEE802.1p，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的“用戶優(yōu)先級(jí)”字段內(nèi)容的不同進(jìn)行緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作。理想情況下，以太網(wǎng)交換機(jī)能支持的優(yōu)先級(jí)與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級(jí)相同，但實(shí)際情況有時(shí)并非如此。西門子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品中，X-00系列具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)堆棧，高的優(yōu)先級(jí)堆棧處理具有用戶優(yōu)先級(jí)4，5，6，7的數(shù)據(jù)，低的優(yōu)先級(jí)堆棧處理具有用戶優(yōu)先級(jí)3，0，1的數(shù)據(jù)。對(duì)于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級(jí)與IEEE802.1p所規(guī)定的優(yōu)先級(jí)相同。具有4個(gè)優(yōu)先級(jí)堆棧，每個(gè)堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級(jí)的數(shù)據(jù)。

【SCALANCE X交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)堆】
SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)先級(jí)的不同由內(nèi)部不同的優(yōu)先級(jí)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(xì)分用戶優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)，對(duì)于用戶優(yōu)先級(jí)6，7由最高優(yōu)先級(jí)堆棧處理優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)優(yōu)先對(duì)高優(yōu)先級(jí)的堆棧中的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。參考圖3 IEEE802.1p報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)傳輸。幀2的優(yōu)先級(jí)低于幀3，所以優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)幀3。最終端口1的數(shù)據(jù)幀發(fā)送順序?yàn)閹?，幀3，幀2。



除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交換機(jī)不但可以在Step7中作為IO設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，也可以在Step7中實(shí)現(xiàn)集成診斷。



在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機(jī)應(yīng)用在PROFINET實(shí)時(shí)應(yīng)用中，由于這兩種系列的交換機(jī)不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么這兩類以太網(wǎng)交換機(jī)則認(rèn)為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標(biāo)簽。這意味著PROFINET實(shí)時(shí)報(bào)文（VID=0）在這兩類交換機(jī)之中轉(zhuǎn)發(fā)不具有優(yōu)先級(jí)，與普通的數(shù)據(jù)一樣，不會(huì)被交換機(jī)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。所以在使用這兩類交換機(jī)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(jī)，這樣由于這些系列的交換機(jī)不支持IEEE802.1Q，僅支持IEEE802.1p，所以會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時(shí)，且PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)在一個(gè)通道上進(jìn)行傳輸，需要給PROFINET的數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)置VLAN。PROFINET IO控制器和IO設(shè)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(tái)SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交換機(jī)會(huì)認(rèn)為PROFINET 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與普通的TCP/IP數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)一樣，這樣不會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。



其中，PC1和PC2分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P10.1，PROFINET設(shè)備則分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P9.1，交換機(jī)之間的連接通過(guò)各自的P11.1進(jìn)行連接。那么設(shè)置PROFINET設(shè)備和PC設(shè)備都屬于VLAN2，交換機(jī)Web組態(tài)。關(guān)于VLAN的詳細(xì)設(shè)置，請(qǐng)參考西門子網(wǎng)站網(wǎng)上課堂《西門子交換機(jī)SCALANCE X VLAN組態(tài)》。http://www.ad.siemens.com.cn/service/prompt.asp



通過(guò)設(shè)置VLAN后，PROFINET的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)會(huì)被SCALANCX300/400交換機(jī)所識(shí)別，這樣PROFINET的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到實(shí)時(shí)的目的。