西门子6SE6440-2UD38-8FB1

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描述：
本条目描述了使用工业以太网通信处理器时对自动协商和自适应功能需要注意的事项。
通信处理器总是尽可能使用较强较快的控制模式。要理解下面的说明，有必要先解释几个在协商 LAN 工作模式时与 LAN 控制器可能状态相关的术语。
 

表 1：术语解释

所有支持 10MBit/sec and 100MBit/sec 的工业以太网通信处理器都支持自动协商和自适应。该机制用于自动识别两个通信伙伴设备间较有效的工作模式。通信伙伴设备通常是指通信处理器或网络组件。

下列工作模式可以进行协商：
 

表 2: 可能的波特率和工作模式概览

工作模式的含义

• 全双工意味着双向的数据交换是可能的，而且在网络上，通信伙伴中每一个都可以独立于另一个发送数据。
• 半双工时，也可以进行双向的数据交换。但是，在网络上，在同一时刻，在两个组件间，只可以有一个数据在一个方向进行传输。两个组件间不能在同一时刻进行双向数据交换，必须按顺序进行。

该方法的目的
其目的在于要获得较高可能的波特率和较佳可能的工作模式，也就是波特率为 100 MBit工作模式为全双工。

必须区分两种协商 LAN 工作模式的途径。从 2001 年 8 月起，该机制保证了自动连接到几乎所有伙伴站点。下面描述了不同版本 V1 和 V2 的差别，也描述了哪个固件版本模块属于哪一组。

提示：
自动协商是100 MBit/sec 的属性。对只有一个 AUI 接口或一个只支持 10MBit/sec 的 ITP 接口或通过硬件固定预选择的模板，不支持自动协商。

协商程序 V1 的描述：
启动模块后，通信处理器执行自动协商如果通信伙伴支持，那较高可能的工作模式将被确定下来，主动通信处理器将推荐 100MBit/sec 全双工模式，如果需要，将切换到对方支持的工作模式。

如果由于通信伙伴不支持自动协商而没有收到应答，那么将切换到"自动切换" 模式，这与 10 MBit/sec 半双工是一样的，这是通信处理器的缺省模式。

所有只支持 10MBit/sec 半双工的通信组件都不会对自动协商作出应答，这之后通信仍然可以进行，因为伙伴站点被设置到缺省模式。

如果在启动完成后，没有发现通信伙伴，将激活缺省模式。如果稍后通信伙伴作出响应，首先将建立一个 10MBit/sec 的连接。之后，通信处理器发起另一个自动协商行为, 因为对方可能支持**过 10MBit/sec.
如果双方支持100MBit/sec 全双工 ，那双方将以100MBit/sec 全双工通信。
如果通信处理器没有得到应答，它将保持 10 MBit/sec 半双工模式。

提示：
如果通信伙伴只支持 100MBit/sec 全双工，譬如OMC（光介质转换器），也要进行自动协商, 此时要区分两种情况：

• 在通信伙伴双方启动时，通信处理器将以 100 MBit/sec 全双工发起**次自协商，并将识别出 100MBit/sec 波特率和全双工工作模式。
• 如果 100 MBit/sec 组件稍后才连接上，通信处理器此时已经处于自动切换模式，这是**次没有成功自协商的结果，此时需要以 10 MBit/sec 进行连接。由于通信伙伴（OMC）不支持10 MBit/sec，连接将永远不能建立。

支持自动协商 V1 的模板：

 表3: 支持自动协商 V1 的模板

协商程序V2的描述：

针对 OMC 的特性，对通信处理器完成了下述的改变：
在启动完成后并且没有连接的情况下，通信处理器在自动切换和自动协商 之间周期性的切换。这样 ，在任何情况下都可以与通信的组件建立连接。因此，所有上述情况都可以解决。
特点：  
当切换时，模板上 FAST-LED 将慢闪。
如果通信处理器通过 AUI 电缆接受报文，其较终将进入 AUI 状态(对应于 10 MBit/sec 半双工）。Autoswitching同时启动，以识别可能以双绞线进行的 10 MBits 连接。
如果双绞线的连接被识别，将开始自动协商，以期在通信伙伴间建立更高可能的工作模式。

支持自动协商V2的模板：
所有工业以太网 CP, 除了表3中所列的，都支持自动协商 V2.

提示：
如果已经协商确定或项目规划确定 "100 MBit/sec 全双工"工作模式 ，可能出现零星的报文丢失。这只会在要求很高，CP 本身需要处理大量报文通信的情况下发生。
如果该 CP 有多个通讯伙伴可以异步进行数据接收发送，是该影响可能被放大。

上述情形对下述工业以太网通信处理器适用：:
 

表 4: 全双工模式受限的模板

结果表现为连接暂时中断。由于报文丢失，通信伙伴会在传输层等待一个确认信号，而该信号不会得到。大约1秒后，通信伙伴站点会重发较后的报文，而通信得以继续。尽管这样导致性能下降，但由于传输层提供报文重发，所以连接既不会关闭，报文也不会丢失。

补救措施：
通信伙伴 (CP 和网络组件) 必须固定设为不等于 "100 Mbit/sec 全双工"，这意味着不进行自动协商。此处重要的是通信双方都要设为固定的，否则在这两个通信伙伴间会有不同的工作模式。
该现象不会发生在表4中所列固件版本之后的通信处理器和现在的工业以太网 CP.所以没有哪个模式会丢报文。

1. 组播
组播技术是IP网络数据传输三种方式之一，在介绍IP组播技术之前，先对IP网络数据传输的单播、组播和广播方式做一个简单的介绍，见图1：
单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。
组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性。
广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。

图1

2. 组播IP地址
组播IP地址用于标识一个IP组播组。IANA（internet assigned number authority）把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。如下所示(二进制表示)，IP组播地址**位均为1110。
八位组（1） 八位组（2） 八位组（3） 八位组（4）
1110XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
组播组可以是*的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为*组播组。*组播组保持不变的是它的IP地址，组中的成员构成可以发生变化。*组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供*组播组使用的IP播地址，可以被临时组播组利用。
224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（*组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用； 224.0.1.0～238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；239.0.0.0～239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。常用的预留组播地址如下：
224.0.0.0 基准地址（保留） 224.0.0.1 所有主机的地址 224.0.0.2 所有组播路由器的地址。

3. 网络二层组播相关协议
不支持组播的交换机，数据在里面是泛洪传播的，数据也是可以进行传送的。解决*二层组播数据洪泛的问题，引入IGMP Snooping及GMRP等概念。
网络二层组播相关协议包括IGMP Snooping ,IGMP Proxy和CGMP协议。
IGMP协议运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，主机通过此协议告诉本地路由器希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时路由器通过此协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。
IGMP Snooping的实现机理是：交换机通过侦听主机发向路由器的IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机接口的对应关系；交换机根据该对应关系将收到组播数据包只转给具有组成员的接口。通过上述机制，在组播路由器里建立起一张表，其中包含路由器的各个端口以及在端口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组G的数据报文后，只向那些有G的成员的端口上转发数据报文。

4. STEP7中的组态
不同的S7300/400 以太网通讯模块支持的组播连接的个数不同，通过链接中文档可以查询模块支持的协议及连接资源数： 16767769

SIMATIC S7-300 系列工业以太网 CP 模块之间有哪些区别？

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SIMATIC S7-400系列工业以太网 CP模块之间有哪些区别？

本文中以S7-300 CP343-1模块为例，具体组态步骤如下：
a) 在STEP7项目插入两个CPU，分别组态两个CP343-1，分配IP地址，分别为192.168.0.10和192.168.0.11。
b) 打开NetPro，在两个CPU下分别插入新的连接，连接类型选择“UDP Connection”链接对象选择“All multicast stations”，如图2。
c) 如图3，在弹出的属性窗口显示出连接“ID”和“LADDR”参数，之后编程会用到。
d) 在“Address”界面下，“Local”自定义本地的端口号；“Multicast Group”定义所要加入的组播组地址和通讯对方的端口号，可用的组播地址从224.0.1.0到239.255.255.255，可用的端口号从1025到65535，如图4、图5。

图2

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图3

图4

图5

e) 编译无误后，分别下载到两个CPU。
f) 编程，在程序中调用FC5 “AG_SEND” 、FC6 “AG_RECV”。“ID”和“LADDR”填写连接中的参数；“SEND”“LEN”定义发送的数据区和发送的长度；如图6，定义了发送接收都是20字节。完成后下载到CPU。

图6

g) 使用TCP/UDP测试工具添加一个组播成员到组播组，如图7。

图7

h) 测试结果，在IP:192.168.0.10侧触发“AG_SEND”，则数据会发给所有属于IP组：224.0.1.0 端口号为2002的成员，如图8、图9。

图8

图9

5. 交换机的设置
交换机如果不做任何设置，或者不支持组播，数据也是可以进行传送的，但是是泛洪传播的。为了提高效率，应该在交换机中激活IGMP Snooping，如图10，本例中使用西门子SCALANCE X312。通过IGMP Snooping，这样交换机就能够形成端口和组播组成员的对应关系，交换机根据该对应关系将收到的组播数据包只传给属于改组的端口，如图11。图12显示了组播IP地址到二层MAC地址的映射关系。

图10

图11

图12西门子6SE6440-2UD38-8FB1