工业以太网中的组播技术浅析-专业自动化论坛-中国工控网论坛

工业以太网中的组播技术浅析点击：4229 | 回复：24

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发表于：2007-07-27 16:22:00

楼主

组播，英文原文为Multicast，也有人把它译为多播，是IP网络中三种通讯方式之一(其它两种为广播-Broadcast，点到点通讯也叫单播-Unicast)。在工业现场总线工业以太网化的应用环境下，组播技术是目前最为常用的一种保证同属于一个通讯主站下的多个通讯从站之间能较为实时的收到来自该主站的同一信息，即每个从站收到该信息的时刻比较一致。

组播技术主要是依靠将某一组播地址(包含了多个目的地址)作为信息的目的地址，并使用最高效的传输策略: 信息在每条网络链路上只需传递一次，只有在链路分叉的时，该信息才会被复制。那么组播技术是如何管理由多个目的地址组成的组播组的呢? 以下这些常见的组播技术协议都有相关的规定: 互联网组管理协议(IGMP)，协议无关组播(PIM)，距离矢量组播路由协议(DVMRP)，组播OSPF(MOSPF)，组播BGP(MBGP)，组播源发现协议(MSDP)和组播监听器发现(MLD)。由于篇幅的关系，本人首先介绍IGMP - Internet Group Management Protocol即因特网组管理协议，因为这是目前几乎所有的工业以太网交换产品均支持的组播技术，也是最为常用的组播技术。

因特网组管理协议被用在IP主机和它们即时相邻组播代理之间，用以支持临时组播组地址的分配和组播组成员的添加删除。IP组播定义为一个去往"(目的)主机群"的IP数据报(packet)的传输，有零个或多个主机组成的"主机群"通过单个IP目的地址标识。一个组播数据报被投递给它的目的主机群的所有成员，具有和常规单路传送IP数据报同样的"尽力地(best effort-UDP)"安全性，那就是说该数据报不保证达到目的地组的所有成员，或者不和其他数据报具有相同的顺序。主机组的成员数是动态的；也就是说，主机随时可以参加和离开组。没有对主机组中的成员的数目或地点加以限制，但是成员仅限于那些拥有专用的存取键的主机。一个主机可能同时是多个组的成员。一个主机即时不是一个组的成员也可以给它发送数据报。主机组可能永久性或暂时性的。永久性组具有一个众所周知的，官方分配的IP地址。它是地址，非该组的成员，也就是说永久性；任何时间，一个永久性组也许有许多成员，甚至可能有零个成员。另一方面，临时性的组，当应一个主机的请求创建时被动态地指派一个地址。当它的成员跌至零，临时性的组要解散时，它的地址可以重新分配。临时组的创建和组员身份信息的维护是“组播代理”（存在于因特网网关或其他专用的主机内的实体）的职责。至少有一个组播代理直接与每个支持IP多点广播的IP网络或子网相连。主机通过用邻机代理交换报文来请求新建一个组、加入或离开现有组。组播代理还担负多点播送IP数据报的互连网络运送工作。发送一个多点播送IP数据报时，主机将它传送到一个局域网组播地址那里，哪些地址标识目的地主机组的所有邻机成员。如果该组具有在其他网络的成员，组播代理成为本地组播的辅助接收器并且通过因特网网关系统中继该数据报给其他网络上的代理。最后，另一个网络上的代理将数据报作为一个本地的组播传送给他们自己目的组的邻机成员。

目前市面上的绝大多数用于现场的工业以太网交换设备为二层交换设备，即不支持三层技术如刚才提到的组播技术。所有这些工业以太网交换机采用IGMP snooping的技术-通过动态地配置二层端口的方法来抑制组播流量的泛滥，这样才能保证组播流量仅被转发给那些与IP组播设备相关联的端口。正如其名称的含义，IGMP snooping需要工业以太网交换机去打探在主机和三层设备之间的IGMP传输意图并记录组播组及其成员的端口。当工业以太网交换机收到来自某一主机的IGMP报告欲加入某一特定的组播组的报告时，该交换机会在其转发表项中加入该主机所连接的端口号；当工业以太网交换机收到来自某一主机的欲离开某一特定组播组的报告时，它将其连接的交换机端口号从这一表项中删除。交换机也会定时地删除它的组播组成员表项，如果它没有从组播客户端收到IGMP组播成员报告。网络中的三层交换设备如三层交换机或路由器等会定期地送出IGMP通用问询给所有的VLAN(虚拟局域网)。一旦工业以太网交换机上的IGMP snooping功能被打开，该交换机将基于MAC组播组为所连接设备的加入请求来响应三层交换设备的询问，并为每个VLAN、每个MAC组播组在其转发表项中创建相应的表项。

由于篇幅的原因，对IGMP的介绍先到此结束。欢迎各位专家指正。

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Bob Jones

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发表于：2007-07-27 16:29:00

1楼

在下甚至认为, 谁能把工业以太网交换机中的组播和即将登台的IEEE 1588玩转, 将堪称是该领域的顶尖高手了!

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tecra123

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发表于：2007-07-29 09:43:00

2楼

估计造成这样的原因是多数产品都是采用标准工业套片研制的嵌入式系统。产品软件功能受原始核心芯片厂家功能所限制。或者是为降低成本，利润最大化，而采用了普通的芯片组。这个情况也许就和PC电脑主板芯片类似。

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tecra123

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发表于：2007-07-30 10:23:00

3楼

我听说组播好像都是网络播放电影的吧，工控里面用的上吗？

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Bob Jones

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发表于：2007-07-30 14:35:00

4楼

组播在网络播放电影的主要目的是减少大流量对网络带来的带宽冲击. 而在工控领域, 单个从站和主站之间的通讯流量是比较小的, 即使从站的数目较多也不会存在流量冲击的问题. 但是在许多的场合(譬如本人参与的某个卷烟厂的自动化项目, 用的是Rockwell Automation的CIP解决方案), 主站对所有的从站收到同一信号的时间差不能超过一定的范围, 组播正是解决这一问题的最佳手段.

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络腮胡子

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发表于：2007-07-31 11:41:00

5楼

期待续作，比如具体实施的方案，要求有点过分吧，哈哈

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tecra123

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发表于：2007-07-31 20:20:00

6楼

我听说网络里面还可以传视频监控的。视频监控也好像放电影一样的，不知道是否也是什么组播的？有点异想天开的话，车间里面的监控探头也可以直接在网络上跑了？不知道是否行？

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络腮胡子

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发表于：2007-07-31 23:15:00

7楼

组播确实可以解决工厂视频监控中视频数据占用带宽的问题，比如，一个工厂中有多个检测点都要看到某个摄像头的画面，这样用组播就可以画面一次发送到多个监测点。摄像头有IP摄像头可以直接挂在交换机上，模拟的摄像头需要视频服务器连接到交换机上，当然摄像头还有带云台的，不带云台的，球形的，可动的，不可动的，彩色的，黑白的，这些具体的就得找专业厂商了。控制中心交换机可以把每路数据通过编解码器连接到矩阵服务器最后上电视墙。

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tecra123

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发表于：2007-08-02 20:40:00

8楼

我过去一直以为交换机就和过去的hub一样网线插上去就好了。我早几年自己买了个8口小交换机，和店员讨价还价。店员说交换机性能是Hub的1倍，所以交换机价格是hub1倍，卖给我100元，Hub只要50元。买回家没有看出有什么不一样，还一直觉得自己上当了，不如买个hub算了。现在看来交换机里面还有好些学问。不同厂家的交换机还真不一样。

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Bob Jones

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发表于：2007-08-06 14:25:00

9楼

你买的只是SOHO(Small Office Home Office)产品, 根本不能用于工业现场. 企业嘛都追求Enterprise Class即企业级, 它实际上就是高可靠性的象征, 尤其你需要组播的时候更是如此.

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水金圣

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发表于：2007-08-06 22:48:00

10楼

这工业现场组播一般用在什么性质的企业上啊?我们附近这么多大型企业咋没听说过这技术啊?我厂为水泥制造业用的也是用HUB来完成连接网络的.

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Bob Jones

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发表于：2007-08-07 16:56:00

11楼

如果有人在你厂的网络上不小心弄出一个环路, 那你就残了---所有设备之间的通讯全部中断. 这是交换机和HUB的不同. 至于用不用组播, 要看你上的是什么系统. 做个假设: 如果每个主站下面都只有一个从站, 当然用不到组播了.

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tecra123

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发表于：2007-08-07 17:59:00

12楼

我倒是听说过交换机没有环路，而Hub有环路。感觉交换机更加智能傻瓜一些，不用人去管理，而hub老是有麻烦。

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络腮胡子

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发表于：2007-08-07 18:34:00

13楼

以太网是不可以成环网的，交换机组成的环网，物理连接上是环，而实际的工作方式还是总线。也不是所有交换机都能成环。
Hub和交换机的工作方式不一样，hub是物理层设备，共享网络，带宽共享，有冲突域。交换机是数据链路层设备，交换网络，带宽独享，无冲突域。

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Bob Jones

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发表于：2007-08-08 21:54:00

14楼

TO络腮胡子
以太网是可以采用环形拓扑连接的(英文为RIGN). 只不过由于环形结构是个回路(英文为LOOP), 以太网原生的生成树算法会将其中的某一段逻辑断开, 形成一链形的逻辑拓扑. 现在前几名厂家的交换机可以为每个虚网(VLAN)单独计算生成树, 且改进的快速生成树已经将较大型网络(如MAC地址表大于200)的收敛时间由原来的十秒级缩短为1秒, 辅助以端口捆绑技术可以进一步缩短至5毫秒(UDP)或200毫秒(TCP).

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macall