淺析 PROFINET 報文優(yōu)先級與網管型交換機

為什么是淺析？因為PROFINET內核是保密的，當然你也可以用Wireshark軟件抓點數據包，看著玩玩。

【PROFINET實時報文VLAN標簽中的3個關鍵位】
PROFINET IO 報文基于IEEE802.3，具有4個字節(jié)的VLAN標簽（IEEE802.1p），該標簽其中的3個位可以表示PROFINET實時數據的優(yōu)先級。這也就意味著，PROFINET循環(huán)的實時數據報文具有優(yōu)先級，且用戶優(yōu)先級為6。VLAN標示符VID=0表示報文僅包含優(yōu)先級信息，而不是一個有效的VLAN標識。




【符合IEEE802.1p標準的報文特點：具有“用戶優(yōu)先級”定義】
支持IEEE802.1p的交換機會優(yōu)先轉發(fā)高優(yōu)先級的數據：1、通過在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，實現加速報文轉發(fā)。2、TCI中包含表示服務種類(Class of Service)的3個位，這樣CoS服務就有8個優(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行處理。4、賦予實時應用更高的優(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，用戶終端主機能請求所提交流量的優(yōu)先等級，網絡設備則在幀頭上設置相應的標記予以實施。802.1p可以將以太網中的流量分為8個優(yōu)先等級，將時間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級在交換式以太網中傳送，以支持以太網上各類業(yè)務的QoS。

種類	描述	優(yōu)先級
語音	最高優(yōu)先級；保證幾路音頻延遲時間最小且保證高的語音質量	7，6
視頻	視頻優(yōu)先于其它數據服務	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	3，0
背景通信	較低優(yōu)先級的數據通信服務，比如下載，打印等，不需要固定的等待時間和流量需求	1，2

目前，許多以太網交換機都能夠支持多優(yōu)先級業(yè)務的分類處理，即支持IEEE802.1p，根據數據幀中的“用戶優(yōu)先級”字段內容的不同進行緩存、數據轉發(fā)等操作。理想情況下，以太網交換機能支持的優(yōu)先級與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級相同，但實際情況有時并非如此。西門子的SCALANCE X以太網交換機產品中，X-00系列具有兩個優(yōu)先級堆棧，高的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(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(guī)定的優(yōu)先級相同。具有4個優(yōu)先級堆棧，每個堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級的數據。

【SCALANCE X交換機的優(yōu)先級堆】
SCALANCE X以太網交換機會根據數據的用戶優(yōu)先級的不同由內部不同的優(yōu)先級堆棧來處理。這也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的產品可以細分用戶優(yōu)先級的數據，對于用戶優(yōu)先級6，7由最高優(yōu)先級堆棧處理優(yōu)先轉發(fā)。

SCALANCE X以太網交換機會優(yōu)先對高優(yōu)先級的堆棧中的高優(yōu)先級數據進行轉發(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，所以優(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設備進行組態(tài)，也可以在Step7中實現集成診斷。



在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機應用在PROFINET實時應用中，由于這兩種系列的交換機不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么這兩類以太網交換機則認為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標簽。這意味著PROFINET實時報文（VID=0）在這兩類交換機之中轉發(fā)不具有優(yōu)先級，與普通的數據一樣，不會被交換機優(yōu)先轉發(fā)。所以在使用這兩類交換機時，需要特別注意，這種情況下，可以使用2種方式來改善：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，所以會優(yōu)先轉發(fā)PROFINET實時數據。第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時，且PROFINET實時數據與普通數據在一個通道上進行傳輸，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實時通信與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，交換機會認為PROFINET 實時數據與普通的TCP/IP數據的優(yōu)先級一樣，這樣不會優(yōu)先轉發(fā)PROFINET實時數據。



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各自的P11.1進行連接。那么設置PROFINET設備和PC設備都屬于VLAN2，交換機Web組態(tài)。關于VLAN的詳細設置，請參考西門子網站網上課堂《西門子交換機SCALANCE X VLAN組態(tài)》。http://www.ad.siemens.com.cn/service/prompt.asp



通過設置VLAN后，PROFINET的實時數據的優(yōu)先級會被SCALANCX300/400交換機所識別，這樣PROFINET的實時數據被優(yōu)先轉發(fā)，達到實時的目的。