100 BaseT เป็นชื่อย่อที่ใช้อ้างอิงทุกระบบเครือข่ายที่ใช้อีเทอร์เน็ตความเร็ว 100 Mbps รวมไปถึงสายทองแดงคู่พันเกลียว และสายใยแก้วนำแสง
การสื่อสารข้อมูลในงานอุตสาหกรรม
ตอนที่ 9 อีเทอร์เน็ตสำหรับงานอุตสาหกรรม (ตอนที่ 2)
พิชิต จินตโกศลวิทย์
pichitor@yahoo.com
อีเทอร์เน็ตความเร็ว 100 Mbps
1. ข้อมูลทั่วไป
100 BaseT เป็นชื่อย่อที่ใช้อ้างอิงทุกระบบเครือข่ายที่ใช้อีเทอร์เน็ตความเร็ว 100 Mbps รวมไปถึงสายทองแดงคู่พันเกลียว และสายใยแก้วนำแสง เช่น 100 BaseTX, 100 BaseFX, 100 BaseT4 และ 100 BaseT2
100 BaseX เป็นชื่อที่บ่งบอกสำหรับ 100 BaseTX (ทองแดง) และ 100 BaseFX (สายใยแก้วนำแสง) ที่ใช้การเข้ารหัสสัญญาณแบบ 4B/5B ซึ่งสามารถถูกใช้ในระบบ FDDI (ANSI X3T9.5)
100 BaseTX เป็นเวอร์ชั่นที่นิยมใช้กันมากที่สุดซึ่งวิ่งที่ความเร็ว 100 Mbps แบบเบสแบนด์บนสายสัญญาณ 2 คู่ ของสายประเภทคู่พันเกลียวระดับ Cat 5 ในขณะที่ 100 BaseFX ทำงานที่ความเร็ว 100 Mbps ในโหมดเบสแบนด์ เช่นกัน แต่วิ่งบนสายใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด (Multimode) จำนวน 2 คอร์
100 BaseT4 ถูกออกแบบมาทำงานที่ 100 Mbps บนสายสัญญาณ 4 คู่ของสายคู่พันเกลียวระดับ Cat 3 แต่เวอร์ชั่นนี้ไม่ได้รับการยอมรับในการใช้งานเท่าที่ควร ยังมีเวอร์ชั่นรุ่นอื่นอีก เช่น 100 BaseT2 ทำงานบนสายพันเกลียว 2 คู่ระดับ Cat 3 แต่ก็ไม่ได้ถูกนำมาผลิตในเชิงการค้าเลย
หนึ่งในข้อจำกัดของระบบ 100 BaseT คือ ขนาดของโดเมนการชนของสัญญาณ (Collision Domain) อยู่ที่ 250 เมตร หรือ 5.12 S ซึ่งเป็นขนาดสูงสุดของแต่ละเซกเมนต์ซึ่งสามารถตรวจสอบเจอสภาพการชนของสัญญาณ นี้เป็นข้อจำกัดทางระยะทางระหว่างเวิร์กสเตชัน และฮับให้อยู่เพียงที่ระยะทาง 100 เมตร เช่นเดียวกับ 10 BaseT
ซึ่งหมายความว่าถ้าเครือข่ายขนาดใหญ่กว่า 200 เมตรต้องมีการเชื่อมต่อด้วยอุปกรณ์ประเภทสตอร์แอนด์ฟอร์เวิร์ด (Store and Forward ) เช่น บริดจ์ เราเตอร์ หรือสวิตช์ แต่นี่ก็ไม่ใช่สิ่งที่เลวร้ายเพราะว่าอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถลดจำนวนการชนของสัญญาณในเครือข่ายด้วยตัวมัน ดังนั้นการใช้สวิตช์ และเราเตอร์เพื่อแยกการจราจรของข้อมูลในลักษณะนี้จึงมักใช้ในระบบเครือข่ายอีเทอร์เน็ตในงานอุตสาหกรรม และระบบเครือข่ายในปัจจุบัน
อันที่จริงรูปแบบของเฟรมของอีเทอร์เน็ตความเร็ว 100 Mbps ไม่ได้ถูกเปลี่ยนแปลงใดใดจากความเร็ว 10 Mbps แต่อย่างไร มีความแตกต่างในเรื่องความเร็วที่เพิ่มขึ้นเป็น 10 เท่าเพียงเท่านั้น
2. การสื่อสารแบบฟูลดูเพล็กซ์ (Full-duplex)
เดิมทีอีเทอร์เน็ตสามารถทำงานได้เฉพาะโหมดสื่อสารแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ (Half Duplex) โดยใช้วิธีการ CSMA/CD แต่ภายหลังตั้งแต่เวอร์ชั่น 100 BaseT ขึ้นไปอีเทอร์เน็ตสามารถทำงานในโหมดฟูลดูเพล็กซ์ ซึ่งโหมดนี้ กลไก CSMA/CD จะถูกปิดไม่ใช้งาน การสื่อสารแบบฟูลดูเพล็กซ์หมายถึงโหนดสามารถส่ง และรับสัญญาณพร้อมกันทุกเวลาที่มันต้องการ เนื่องจากไม่มีการช่วงชิงสื่อสัญญาณ การทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ได้ถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน 802.3x ซึ่งมีข้อกำหนดที่ต้องการของโหมดฟูลดูเพล็กซ์ดังต่อไปนี้
* สื่อ หรือสายสัญญาณต้องถูกแยกเป็นสองส่วนในทางกายภาพ สำหรับ ส่งข้อมูล และรับข้อมูล ซึ่งเหมาะสมกับสายประเภทสายคู่พันเกลียว และสายใยแก้วนำแสง
* ในหนึ่งเซกเมนต์ต้องมีจำนวนโหนดเพียงสองสเตชั่น หรือสองโหนด ผลที่ได้จะไม่มีการชนของสัญญาณเกิดขึ้น โดยที่สองสเตชั่นสามารถส่ง และรับข้อมูลพร้อมกัน สายสัญญาณของพอร์ตส่ง และรับจะไขว้กันระหว่างสเตชั่น (เสมือนเป็นตัวนัลโมเด็ม) แต่ละพอร์ตของสวิตช์จะเป็นหนึ่งโหนดในเซกเมนต์ของตัวมันเอง ดังนั้นต้องมีเพียงหนึ่งสเตชั่นเท่านั้นที่ถูกเชื่อมเข้าแต่ละพอร์ต เงื่อนไขของฟูลดูเพล็กซ์ถึงจะสมบูรณ์
* สเตชั่นทั้งคู่ต้องมีความสามารถส่งข้อมูลแบบฟูลดูเพล็กซ์ และต้องถูกเช็ตอัพให้ใช้งานในโหมดดังกล่าว
3. ออโตเนโกชิเอชั่น (Auto–negotiation)
มาตรฐานที่ระบุการทำงานออโตเนโกชิเอชั่น ถูกตีพิมพ์ในปี 1995 ในส่วนของมาตรฐานหมายเลข 802.3u ซึ่งเป็นส่วนเพิ่มเติมของอีเทอร์เน็ตในมาตรฐาน IEEE โดยบริษัท National Semiconductor
ออโตเนโกชิเอชั่นสามารถใช้งานได้ดีกับอีเทอร์เน็ตที่ใช้สายคู่พันเกลียว และสายใยแก้วนำแสง มันจะช่วยให้อุปกรณ์ปรับเปลี่ยนตัวเองให้สามารถยอมรับความเร็ว และโหมดทำงานได้หลาย ๆ รูปแบบโดยอัตโนมัติ
* ระยะทางของสายใยแก้วนำแสง (100 BaseFX)
ระยะทางสูงสุดของสายใยแก้วที่ถูกประยุกต์ตามมาตรฐานมีดังต่อไปนี้
* โหนดไปยังฮับ: ระยะทางสูงสุดสำหรับสายใยแก้วแบบมัลติโหมด (62.5/125) คือ 160 เมตร (สำหรับการเชื่อมต่อที่ใช้ตัวรีพีตเตอร์แบบ Class II)
* โหนดไปยังสวิตช์: ระยะทางสูงสุดสำหรับสายสัญญาณแบบมัลติโหมดอยู่ที่ 210 เมตร
* สวิตช์ไปยังสวิตช์: ระยะทางสูงสุดของสายสัญญาณแบบมัลติโหมด สำหรับการเชื่อมต่อแบ็คโบนระหว่าง 100 BaseFX สวิตช์พอร์ตอยู่ที่ 412 เมตร
* สวิตช์ไปยังสวิตช์แบบฟูลดูเพล็กซ์: ระยะทางสูงสุดของสายสัญญาณแบบมัลติโหมด สำหรับการเชื่อมต่อแบบฟูลดูเพล็กซ์ระหว่าง 100 BaseFX สวิตช์พอร์ตอยู่ที่ 2,000 เมตร
IEEE ไม่ได้รวม หรือระบุการใช้สายสัญญาณแบบซิงเกิลโหมดในมาตรฐาน 802.3u อย่างไรก็ตามมีหลายผู้ผลิตที่มีผลิตภัณฑ์ที่มีระยะทางระหว่างสวิตช์ ตั้งแต่ 10–30 km โดยใช้สายใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมด
* กฎของรีพีตเตอร์ใน 100 BaseT
ระยะสายสัญญาณ และจำนวนตัวรีพีตเตอร์ที่สามารถใช้ 100 BaseT ตามโดเมนการชนของสัญญาณขึ้นอยู่กับเวลาหน่วงในสายสัญญาณ, ตัวรีพีตเตอร์, รวมทั้งใน NIC หรือ การ์ดแลน เวลาหน่วงไปกลับที่มากที่สุดใน 100 BaseT เท่ากับเวลาในการส่งข้อมูลจำนวน 64 ไบต์ หรือ 512 บิต หรือเทียบเท่ากับเวลา 5.12 s
ซึ่งในระยะเวลาดังกล่าวเฟรมต้องออกจากตัวทรานสมิตเตอร์ไปยังโหนดที่อยู่ระยะไกลที่สุดแล้วเดินทางกลับไปยังตัวทรานสมิตเตอร์ที่ส่ง เวลาสำหรับการตรวจสอบการชนของข้อมูลต้องอยู่ภายในเวลาไปกลับนี้ ดังนั้นเวลาไปขาเดียว หรือกลับขาเดียวจะเป็นครึ่งหนึ่งของเวลาดังกล่าว
ขนาดโดเมนในการชนของสัญญาณที่ใหญ่ที่สุดสามารถประเมินโดยการคำนวณดังต่อไปนี้
เวลาหน่วงรีพีตเตอร์ + เวลาหน่วงในสายสัญญาณ + เวลาหน่วงในการ์ดแลน + เวลาเผื่อ (จำนวน 5 บิตเป็นอย่างน้อย) < 2.56 s
ตามตารางที่ 6 ได้ให้เวลาหน่วงสูงสุดทั่วไปสำหรับแต่ละองค์ประกอบ เวลาหน่วงในตัวรีพีตเตอร์ และการ์ดแลนของแต่ละอุปกรณ์เฉพาะสามารถหาได้จากผู้ผลิต
ตารางที่ 6 ค่าหน่วงเวลาขาเดียวขององค์ประกอบฟาสต์อีเทอร์เน็ต
ข้อควรจำ
* ถ้าระยะที่ต้องการมีค่าระยะไกลมากควรสร้างโดเมนการชนของสัญญาณใหม่โดยการใช้อุปกรณ์ประเภทสวิตช์แทนตัวรีพีตเตอร์
* ตัวรีพีตเตอร์ 100 BaseT โดยมากจะสามารถทำสแต็กได้ (Stackable) นั้นหมายความว่าตัวรีพีตเตอร์สามารถนำมาวางซ้อนกัน และทำงานด้วยกันเหมือนเป็นอุปกรณ์ตัวเดียวกันโดยผ่านแผ่นแบ็คเพลนความเร็วสูง ดังนั้นการเชื่อมต่อจะไม่พิจารณานับจำนวนรีพีตเตอร์เป็นตัว ๆ เป็นฮอบ (Hop) แต่จะมองเป็นชุดรีพีตเตอร์ดังกล่าวเสมือนเป็นตัวเดียว
ตัวอย่างการคำนวณ
การคำนวณต่อไปนี้ ถูกสร้างเพื่อยืนยันว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะเชื่อมต่อโหนดความเร็วสูงสองโหนดเข้าด้วยกันโดยใช้รีพีตเตอร์ คลาส II เชื่อมต่อถึงกันด้วยสายใยแก้วนำแสงความยาว 50 เมตร หนึ่งโหนดแรกถูกต่อเข้ารีพีตเตอร์ตัวแรกด้วยสาย UTP ความยาว 50 เมตร ในขณะที่อีกโหนดหนึ่งต่อเข้ากับสายใยแก้วนำแสงความยาว 100 เมตร การคำนวณจะใช้เวลาหน่วงจากตาราง 6 เวลาหน่วงขาเดียวทั้งหมดเท่ากับ 2.445 ms ซึ่งยังอยู่ในค่าเวลาที่อนุญาต (2.56 ms) และยังรวมเวลาเผื่อ 5 บิต ดังนั้นการเชื่อมต่อดังกล่าวสามารถติดตั้งได้
จิกะบิตอีเทอร์เน็ต
1. ข้อมูลทั่วไป
1000 BaseX คือชื่อที่มักใช้อ้างถึงระบบจิกะบิตอีเทอร์เน็ตบนพื้นฐานการเข้ารหัสแบบ 8B/10B ซึ่งดัดแปลงปรับปรุงจากมาตรฐานที่เกี่ยวกับระบบเครือข่ายใยแก้วนำแสง (Fiber Channel Network) ซึ่งพัฒนาโดย ANSI 1000 BaseFX รวมไปถึง 1000 BaseX, 1000 BaseLX และ 1000 BaseCX
* 1000 BaseSX เป็นเวอร์ชั่นที่ใช้ความยาวแสงแบบสั้น
* 1000 BaseLX เป็นเวอร์ชั่นที่ใช้ความยาวแสงแบบยาว
* 1000 BaseCV เป็นเวอร์ชั่นที่ใช้สายทองแดงโดยยังทำงานบนหลักการของไฟเบอร์แชนแนล
อีกตัวอย่างหนึ่ง 1000 BaseT คืออีกเวอร์ชั่นที่วิ่งความเร็ว 1000 Mbps บนสาย UTP Cat 5 หรือ ดีกว่า เช่น Cat 5E ซึ่งใช้วิธีการเข้ารหัสพิเศษ
จิกะบิตอีเทอร์เน็ตสนับสนุนการทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ และออโตเนโกทิเอชั่น และใช้เฟรมฟอร์แมตแบบ 802.3 เช่นเดียวกับอีเทอร์เน็ตความเร็ว 10 Mbps และ 100 Mbps
จิกะบิตอีเทอร์เน็ตทำงานที่สัญญาณนาฬิกาความเร็วเป็น 10 เท่าของฟาสต์อีเทอร์เน็ต และยังรักษาเฟรมฟอร์แมตให้เหมือนกับเวอร์ชั่นก่อนหน้า ทำให้ยังสามารถทำงานร่วมกับเวอร์ชั่นก่อน ๆ ได้เป็นอย่างดี ถึงแม้เฟรมฟอร์แมตจะเหมือนกัน แต่ระบบยังต้องมีการปรับปรุงเพื่อทำให้มันสามารถทำงานที่ความเร็ว 1 Gbps อย่างมีประสิทธิภาพ ช่องสล๊อตเวลา (Time Slot) ที่มีขนาด 64 ไบต์ที่ถูกใช้ใน 10 Mbps และ 100 Mbps จะถูกเพิ่มขนาดเป็น 512 ไบต์
ถ้าไม่มีการเพิ่มขนาดช่องสล๊อตเวลาขนาดของเครือข่ายจะเล็กลง ประมาณ 10 เท่าของฟาสต์อีเทอร์เน็ต เหลือไม่เกิน 20 เมตร ช่องสล๊อตเวลานิยามเวลาระหว่างที่โหนดส่งข้อมูลใช้สำหรับควบคุมการใช้สื่อสัญญาณ รวมทั้งเป็นช่วงเวลาที่ใช้ตรวจสอบการชนกันของสัญญาณ เป็นสิ่งจำเป็นที่ต้องเพิ่มเวลา ประมาณ 6.096 ?s เพื่อชดเชยกับความเร็วที่เพิ่มขึ้น 10 เท่า
ปัจจัยเหล่านี้ทำให้ขนาดของเครือข่ายเพิ่มขึ้นได้ระยะประมาณ 200 เมตร (660 ฟุต) ถ้าขนาดเฟรมที่ส่งมีขนาดน้อยกว่า 512 ไบต์ ตัวส่งหรือทรานสมิตเตอร์จะส่งสัญญาณต่อเนื่องจนเต็ม 512 ไบต์เป็นอย่างน้อย ส่วนที่เหลือจะส่งเฟรมสัญญาณมาร์กเพื่อเติมให้เต็มเฟรม
2. ตัวรีพีตเตอร์จิกะบิตอีเทอร์เน็ตแบบฟูลดูเพล็กซ์
โหนดจิกะบิตอีเทอร์เน็ตที่ถูกต่อกับตัวรีพีตเตอร์แบบฟูลดูเพล็กซ์ หรืออาจจะรู้จักในชื่อ นอนบัฟเฟอร์สวิตช์ (Non-Buffered Switch หรือ Buffered Distributor) อุปกรณ์เหล่านี้จะมีฟังก์ชั่น MAC แบบพื้นฐานในแต่ละพอร์ต ที่ทำให้สามารถตรวจสอบเฟรมที่ได้รับว่าสมบูรณ์หรือไม่ และยังทำการคำนวณ FCS (Frame Check Sequence) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องเนื้อหาของเฟรม ก่อนที่เฟรมจะถูกทำบัฟเฟอร์ลงในหน่วยความจำภายในของพอร์ต และถูกส่งไปยังพอร์ตอื่นของรีพีตเตอร์ ดังนั้นตัวรีพีตเตอร์ยังมีคุณสมบัติบางส่วนของสวิตช์
ทุกพอร์ตบนรีพีตเตอร์จะวิ่งที่ความเร็วระดับเดียวกันที่ 1 Gbps และทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ ดังนั้นมันสามารถส่ง และรับพร้อมกันในทุก ๆ พอร์ต ตัวรีพีตเตอร์ใช้การควบคุมการไหลตามมาตรฐาน 802.3x เพื่อให้แน่ใจว่าหน่วยความจำขนาดเล็ก ๆ ภายในจะไม่เกิดการโอเวอร์โฟล์ (Overflow)
เมื่อบัฟเฟอร์ถูกเติมจนอยู่ในระดับวิกฤติ ตัวรีพีตเตอร์จะบอกโหนดที่ส่งข้อมูลให้หยุดส่งจนกระทั่งบัฟเฟอร์ได้ถูกเคลียร์ให้ว่างเพียงพอ ตัวรีพีตเตอร์จะไม่ทำการวิเคราะห์ที่อยู่ หรือแอดเดรสฟิลด์เพื่อหาจุดหมายปลายทาง เสมือนที่ตัวสวิตช์ทำ แต่จะส่งแพ็กเก็จที่ถูกต้องออกทุกพอร์ตของรีพีตเตอร์ IEEE ยังอนุญาตให้ตัวรีพีตเตอร์ทำงานแบบฮาล์ฟดูเพล็กช์บนความเร็วระดับจิกะบิต แต่อย่างไรก็ตามก็ไม่มีการนำมาใช้งาน
3. ข้อพิจารณาในการออกแบบจิกะบิตอีเทอร์เน็ต
* ระยะทางของสายใยแก้วนำแสง
ระยะทางของสายใยแก้วนำแสงที่สามารถถูกใช้ระหว่างโหนด และตัวรีพีตเตอร์แบบ 1000 BaseSX และ 1000 BaseLX ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสงที่ถูกเลือกใช้ ชนิดของสายสัญญาณ และขนาดแบนด์วิดธ์ ระยะการส่งสูงสุดบนสายแบบมัลติโหมดจะถูกจำกัดโดยค่าเวลาหน่วงดิฟเฟอเรนเชียลโหมด (DMD: Differential Mode Delay) ตามคุณสมบัติของสายใยแก้วนำแสง
ลำแสงเลเซอร์ที่เล็ก ๆ จำนวนมากที่ถูกยิงเข้าไปในสายมัลติโหมด แต่มีลำแสงจำนวนไม่กี่ลำแสงวิ่งอยู่ในคอร์แกนสายใยแก้วนำแสง แสงเหล่านี้จะมีระยะเวลาในการกระจาย และเดินทางที่แตกต่างกัน เพราะว่ามันวิ่งในคอร์แบบซิกแซกไปมาทำให้ระยะทางของแต่ละลำแสงอาจแตกต่างกันมากกว่า หรือน้อยกว่า
สัญญาณพัลส์ของแสงเหล่านี้สามารถเป็นสาเหตุของการเกิดจิตเตอร์ (Jitter) และรบกวนที่ตัวรับรีซีฟเวอร์ ปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยการใช้แสงเลเซอร์ที่ผ่านการปรับสภาพก่อนที่จะยิงเข้าไปในสายใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด ทำให้พัลส์ของแสงมีความเรียบขึ้น ดังนั้นปัญหาการรบกวนจะลดลง ตัวยิงแสงแบบปรับสภาพจะถูกใช้กับตัวรับแบบ 1000 BaseSX
ตารางที่ 7 ระยะทางสูงสุดของ 1000 BaseX
* กฎของรีพีตเตอร์แบบจิกะบิต
ระบบการเดินสายสัญญาณ และจำนวนของรีพีตเตอร์ที่สามารถทำงานแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ของ 1000 BaseT ขึ้นอยู่กับเวลาหน่วงในสายสัญญาณ, ในตัวรีพีตเตอร์ และเวลาหน่วงในการ์ดแลน เวลาหน่วงไปกลับสูงสุดของระบบ 1000 BaseT คือ เวลาที่ถูกใช้ในการส่งข้อมูล 512 ไบต์ หรือ 4096 บิต และเทียบเท่าเวลา 6.096 s
ซึ่งในระยะเวลาดังกล่าวเฟรมต้องออกจากตัวทรานสมิตเตอร์ไปยังโหนดที่อยู่ระยะไกลที่สุดแล้วเดินทางกลับไปยังตัวทรานสมิตเตอร์ที่ส่ง เวลาสำหรับการตรวจสอบการชนของสัญญาณต้องอยู่ภายในเวลาไปกลับนี้ ดังนั้นเวลาไปขาเดียว หรือกลับขาเดียวจะเป็นครึ่งหนึ่งของเวลาดังกล่าว
ขนาดโดเมนในการชนของสัญญาณที่ใหญ่ที่สุดสามารถประเมินโดยการคำนวณดังต่อไปนี้
เวลาหน่วงรีพีตเตอร์ + เวลาหน่วงในสายสัญญาณ + เวลาหน่วงในการ์ดแลน + เวลาเผื่อ (จำนวน 5 บิตเป็นอย่างน้อย) < 2.048 us
ตามตารางที่ 8 ได้ให้เวลาหน่วงสูงสุดทั่วไปสำหรับแต่ละองค์ประกอบ เวลาหน่วงในตัวรีพีตเตอร์ และการ์ดแลนของแต่ละอุปกรณ์เฉพาะสามารถหาได้จากผู้ผลิต
ตารางที่ 8 ค่าหน่วงเวลาขาเดียวขององค์ประกอบจิกะบิตอีเทอร์เน็ต
การคำนวณนี้จะให้ระยะโดเมนของการชนของสัญญาณสูงสุดสำหรับระบบจิกะบิตอีเทอร์เน็ตแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ตาม IEEE 802.3z เส้นผ่านศูนย์กลางของโดเมนจิกะบิตอีเทอร์เน็ตสูงสุดถูกระบุโดย IEEE ตารางที่ 9
ตารางที่ 9 ระยะเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของจิกะบิตอีเทอร์เน็ตแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์
อินดัสเทรียลอีเทอร์เน็ต (Industrial Ethernet)
ในสมัยระยะแรกอีเทอร์เน็ตไม่เหมาะกับระบบวัดคุมในงานอุตสาหกรรม เพราะได้ถูกพัฒนาสำหรับสภาวะแวดล้อมการทำงานในสำนักงาน อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีอีเทอร์เน็ตได้ถูกพัฒนาอย่างรวดเร็วในหลายปีที่ผ่านมา และได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมจนกลายเป็นมาตรฐานแบบดีแฟกโตในงานอุตสาหกรรมในที่สุด
ตัวบ่งชี้ก็คือการรวมอีเทอร์เน็ตในชั้นเลเยอร์ที่ 1 และ 2 ของโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารอุตสาหกรรม เช่น Modbus/TCP (Schneider), Ethernet/IP (Rockwell Automation และ ODVA), Profinet (Profibus) และ Foundation Fieldbus HSE
1. คอนเน็กเตอร์ และการจัดวางสายสัญญาณ
ระบบอีเทอร์เน็ตในงานอุตสาหกรรมยุคแรก เช่น ระบบ Siemens SimaticNet (Sinec-H1) ในยุคแรกทำงานบน 10 Base5 โดยใช้คอนเน็กเตอร์แบบสกรูชนิด N (Screw–Type N) และคอนเน็กเตอร์แบบ D-Type ซึ่งค่อนข้างแข็งแรงและใช้สายโคแอ็กเชียลอย่างดีที่มีฉนวน 2 ชั้น (Heavy-gauge Twin-screen RG-8 Coaxial) ทำให้สัญญาณรบกวนแบบอิเล็กโทรสแตติกไม่สามารถทำการรบกวนได้
อย่างไรก็ตาม ระบบอินดัสเทรียลอีเทอร์เน็ตสมัยใหม่ทำงานโดยใช้มาตรฐาน 10 BaseT/100 BaseTX ที่มีความสัมพันธ์กับคอนเน็กเตอร์แบบ RJ–45 และสายคู่พันเกลียว (UTP) Cat 5/Cat 5e ดังนั้นมันจึงมีความต้านทานต่อสัญญาณรบกวนจากสนามแม่เหล็ก
แต่จริง ๆ แล้วสาย UTP นั้นไม่เหมาะสมกับงานอุตสาหกรรม ตัวคอนเน็กเตอร์ก็เป็นปัญหาเช่นกัน RJ-45 มีคุณสมบัติที่ดีเกือบทุกข้อ ยกเว้นในเรื่องความแข็งแรง โดยเฉพาะการทำงานในที่อุณหภูมิสูง, หน้าสัมผัสอาจเปื้อนน้ำมันและของเหลว, สิ่งสกปรก, รังสีอัลตราไวโอเลต, การสั่นสะเทือน รวมทั้งการรับน้ำหนักจากตัวสาย
จากการทดสอบใช้การงาน บางผู้ผลิตเริ่มหันมาใช้คอนเน็กเตอร์แบบ D-Type แต่ถ้ามีการเคลื่อนไหวหรือเคลื่อนที่อย่างแรงการใช้คอนเน็กเตอร์แบบ M12 จะรองรับความต้องการดังกล่าว คอนเน็กเตอร์แบบ M-12 ถูกจัดการตามมาตรฐาน IEC 61076 ซึ่งเป็นที่ยอมรับในการใช้งานในภาคสนาม หรือระบบงานอัตโนมัติ และมีผู้ผลิตหลายราย เช่น Lumber, Truck, Escher, InterlinkBT และ Hirschmann คอนเน็กเตอร์แบบ M12 สำหรับอีเทอร์เน็ตจะมี 8 ขั้วพร้อมการพันด้วยฉนวนป้องกัน
คอนเน็กเตอร์แบบ M 12 สามารถใช้กับสายคู่พันเกลียว หรือ UTP Cat5/Cat5E ทั้งแบบมีชีลด์และไม่มีชีลด์ก็ได้ และยังมีการป้องกันต่อความชื้น, ฝุ่น, การผุกร่อน, EMI, RFI, การสั่นสะเทือน, รังสีอัลตราไวโอเลต, อุณหภูมิในช่วงกว้าง (-45 ๐C ถึง 75 ๐C)
2. การทำงานแบบดีเทอร์มินิสติกกับสโตเชสติก (Deterministic และ Stochastic Operation)
หนึ่งในคำศัพท์ทางเทคนิคที่ถูกว่ากล่าวมากที่สุดสำหรับอีเทอร์เน็ตในงานอุตสาหกรรมยุคแรกๆ นั้นคือ CSMA/CD (ซึ่งเป็นวิธีการทำงานแบบสุ่มคาดการณ์ไม่ได้ หรือสโตเชสติก) โดยคุณสมบัติตรงกันข้ามกับเทคโนโลยีอื่น ๆ เช่น ฟิลด์บัส (Field Bus) ที่ใช้วิธีการเข้าถึงสื่อแบบดีเทอมินิสติก หรือสามารถคาดการณ์ได้ เช่น โทเคนพาสซิ่ง
ประเด็นที่เป็นปัญหาจริง ๆ ของ CSMA/CD คือเป็นไปไม่ได้ที่จะรับประกันการส่งข้อมูลที่วิกฤติภายในเวลาที่แน่นอน ความไม่แน่นอนอาจจะเกิดจากความแออัดของข้อมูลในระบบเครือข่ายไม่ว่าจะจากข้อมูลวิกฤติ หรือไม่วิกฤติเกิดการชนกัน
สำหรับระบบสำนักงานความแตกต่างระหว่าง 5 s และ 500 ms ยังถือว่าไม่แตกต่างกัน แต่ในระบบงานอุตสาหกรรม 1 ms นั้นมีความสำคัญต่อการควบคุมกระบวนการผลิต ตัวอย่างในระบบ 10 BaseT จะใช้เวลาในการเข้าถึงข้อมูล (Access Time) บนโหนด 100 โหนดอาจจะอยู่ในช่วง 10-100 ms ซึ่งยอมรับได้สำหรับสำหรับระบบสำนักงาน แต่ไม่ใช่สำหรับระบบงานอุตสาหกรรม
โหลดหรือทราฟฟิกของอีเทอร์เน็ตต้องวิเคราะห์อย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าระบบเครือข่ายจะไม่มีโหลดเกินความสามารถของระบบในช่วงเวลาที่มีความสำคัญ ในขณะที่ค่ายูทิลไลเซซั่น (Utilization) บนระบบอีเทอร์เน็ตทั่วไปที่ยอมรับได้อยู่ที่ 25% ถึง 30% ส่วนสำหรับระบบอีเทอร์เน็ตในงานอุตสาหกรรมนั้นควรน้อยกว่า 10 % แต่อย่างไรก็ตามระบบเครือข่ายอีเทอร์เน็ตที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะมีค่ายูทิลไลเซซั่นอยู่ที่ 3% ถึง 4%
ประโยชน์จากการพัฒนาเทคโนโลยีจิกะบิตอีเทอร์เน็ต, สวิตชิ่งฮับ, VLAN, การทำงานแบบฟูลดูเพล็กซ์ จึงทำให้เกิดระบบอีเทอร์เน็ตที่สามารถคาดการณ์ได้ (Deterministic Ethernet) ทำให้ระบบอีเทอร์เน็ตกลายเป็นแนวโน้มของการสื่อสารในระบบงานอุตสาหกรรมในอนาคต
3. ขนาดและโอเวอร์เฮดของเฟรมอีเทอร์เน็ต (Size and Overhead of Ethernet Frame)
การสร้างเฟรมระดับดาต้าลิงก์เป็นปัญหาหนึ่งของอีเทอร์เน็ต ด้วยที่ว่าเฟรมอีเทอร์เน็ตใช้พื้นที่หรือจำนวนไบต์มากกว่าเฟรมของฟิลด์บัสที่ใช้ระบบงานอุตสาหกรรมในการส่งข้อมูลดิบจำนวนเท่ากัน และกรณีถ้ามีการใช้โปรโตคอล TCP/IP อีกด้วย ขนาดของเฟรมที่ใช้ก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้นอย่างมาก ประสิทธิผล (Efficiency) ของระบบค่อนข้างต่ำเนื่องจากต้องใช้การประมวลผลสูง และจำนวนไบต์ที่มากในการส่งข้อมูลจริงที่น้อย
พูดง่าย ๆ ก็คือมีโอเวอร์เฮดเยอะนั้นเอง ตัวอย่าง คือ ถ้ามีข้อมูลขนาดแค่ 2 ไบต์จากเครื่องวัดที่ต้องถูกจัดส่ง จะต้องสร้างเฟรมขนาด 60 ไบต์ (เพราะว่าโปรโตคอล TCP/IP และอีเทอร์เน็ตมักทำงานคู่กัน) อย่างไรก็ตามถ้าการสื่อสารวิ่งที่ความเร็ว 100 Mbps หรือ 1 Gbps แบบฟูลดูเพล็กซ์ จะทำให้ปัญหาจากโอเวอร์เฮดไม่มีน้ำหนัก หรือไม่ส่งผลกระทบใดใดต่อระบบ
4. สัญญาณรบกวนและการรบกวน
สืบเนื่องจากมีสัญญาณรบกวนที่สูงกว่าในระบบอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม ดังนั้นมันจึงต้องมีการชีลด์ และวิธีป้องกันสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า เพื่อให้เกิดความผิดพลาดน้อยที่สุดในการสื่อสาร ทางเลือกที่ดีเกี่ยวกับการใช้สายสัญญาณคือสายใยแก้วนำแสง (หรือบางครั้งใช้สายโคแอกเชียลก็ได้)
สายคู่พันเกลียวก็สามารถถูกใช้ได้แต่ต้องมีความระมัดระวังในทางเดินของสายสัญญาณ ต้องห่างแหล่งกำเนิดสัญญาณกวนที่มีระดับความแรงของสัญญาณสูง ถ้าต้องการใช้สายคู่พันเกลียว การตัดสินใจใช้สายที่มีสกรีนหรือชีลด์ (ScTP: Screened Twisted Pair/ STP: Shielded Twisted Pair) จะดีกว่าการใช้สาย UTP ธรรมดาทั่วไป
จากประสบการณ์พบว่ามีระบบเครือข่ายที่ใช้อีเทอร์เน็ต ที่ติดตั้งในหลายรูปแบบ แต่ก็ยังมีรายงานน้อยมากเกี่ยวกับปัญหาการใช้งานอีเทอร์เน็ต ดังนั้นจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีว่าอีเทอร์เน็ตมีความเชื่อถือได้ และถ้าใช้สายใยแก้วนำแสงก็เป็นการทำให้ปัญหายิ่งน้อยที่สุด เนื่องจากไม่มีปัญหาเกี่ยวกับกระแสไหลจากดิน หรือ สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า รวมทั้งการสร้างสัญญาณออกไปรบกวนระบบอื่น ๆ
5. การจัดแบ่งส่วนระบบเครือข่าย
เป็นสิ่งที่สำคัญมากที่ระบบเครือข่ายในงานอุตสาหกรรมควรที่จะแยกออกจากระบบเครือข่ายอื่น เช่น ระบบเครือข่ายของสำนักงาน เนื่องจากความเร็วในการตอบสนอง และการทำงานแบบเรียลไทม์มักจะเป็นคุณสมบัติที่สำคัญถึงระดับวิกฤติสำหรับระบบงานอุตสาหกรรม ระบบเครือข่ายของสำนักงานไม่ต้องการระดับการตอบสนองระดับดังกล่าว และยังมีต่ออีกว่าความปลอดภัยของข้อมูลในกรณีที่แยกระบบเครือข่ายจะดีกว่า เนื่องจากปัญหาจากอีกระบบงานหนึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่ออีกระบบงานหนึ่ง
ระบบเครือข่ายในงานอุตสาหกรรมมักจะถูกแบ่งเป็นเครือข่ายย่อย ๆ ด้วยเหตุผลทางด้านความปลอดภัย และความเร็วในการตอบสนอง ซึ่งอาจจะใช้บริดจ์ หรือสวิตช์เป็นตัวแบ่งเครือข่ายก็ได้
เพื่อที่จะลดปริมาณทราฟฟิกหรือความคับคั่ง บางผู้ผลิต PLC ใช้วิธีการส่งข้อมูล แบบ Exception Reporting หรือบางทีเรียกว่า Report–by–Exception ซึ่งวิธีการนี้จะมีค่าที่เปลี่ยนแปลงเท่านั้น ไม่ว่าจะเป็นค่าดิจิตอล หรือค่าอะนาลอกที่จะถูกส่งเข้าไปในระบบเครือข่าย ตัวอย่างค่าดิจิตอลอินพุตเปลี่ยนแปลงสถานะ (จาก ON เป็น OFF หรือ จาก OFF เป็น ON) การเปลี่ยนแปลงนี้เท่านั้นที่จะถูกรายงาน หรือส่งเข้าระบบเครือข่าย ในลักษณะเดียวกันถ้าค่าอะนาลอกมีการเปลี่ยนแปลงเกินกว่าช่วงที่กำหนดไว้ มันก็จะส่งค่าอะนาลอกค่าใหม่เข้าไปในเครือข่าย หรือส่งไปยังเครื่องมาสเตอร์
6. เทคโนโลยีสวิตชิ่ง (Switching Technology)
ทั้งเทคโนโลยี ฮับ และบริดจ์จะถูกแทนที่โดยเทคโนโลยีสวิตชิ่ง ด้วยเทคโนโลยีสวิตชิ่งทำให้ระดับทราฟฟิกระหว่างสองโหนดในเครือข่ายสามารถถูกส่งได้โดยตรงแบบฟูลดูเพล็กซ์ โหนดที่ต่อเข้ากับตัวสวิตช์จะมีค่าการหน่วงการส่งข้อมูลต่ำ ยิ่งกว่านั้นสวิตช์มีความสามารถในการจัดการโหลดของทุกพอร์ตพร้อม ๆ กันโดยไม่เกิดการชนของข้อมูล หรือสัญญาณ นั้นหมายความว่าความเร็วของแบ็คเพลน (Back Plane) จะต้องมีความเร็วมากกว่าผลรวมของความเร็วในแต่ละพอร์ตของอีเทอร์เน็ต
สวิตช์ส่วนใหญ่จะทำงานที่ระดับชั้นดาต้าลิงก์ ดังนั้นมันอาจถูกเรียกว่า สวิตชิ่งฮับ (Switching Hub) หรือ สวิตช์เลเยอร์ 2 (Layer 2 Switch) บางสวิตช์สามารถแปลแอดเดรสในระดับชั้นเน็ตเวิร์กได้ (เช่น IP Address) และสามารถตัดสินใจเลือกเส้นทาง หรือ ทำการเราติ้ง (Routing) ได้ ซึ่งสวิตช์เหล่านี้มักถูกเรียกว่าสวิตช์เลเยอร์ 3 (Layer 3 Switch)
สำหรับสวิตช์ชั้นสูงสามารถถูกคอนฟิก (Configure) ให้สนับสนุนฟังก์ชั่นแลนเสมือน (Virtual LAN) ซึ่งสวิตช์ชั้นสูงอนุญาตให้ผู้ใช้คอนฟิกพอร์ตให้แบ่งเป็นกลุ่มย่อย ๆ ได้ หรือ กรุ๊ปของพอร์ต (Group of Ports) แต่ละกรุ๊ปของพอร์ตถูกอ้างอิงเป็น VLAN (Virtual LAN) หลักการนี้มีประโยชน์ในระบบเครือข่ายงานอุตสาหกรรมซึ่งมีเพียงแต่พอร์ตที่ถูกจัดสรรให้อยู่ใน VLAN เท่านั้น ที่สามารถสื่อสารถึงกันและกันได้
สวิตช์ก็ยังมีข้อกำจัดทางด้านประสิทธิภาพที่อาจส่งผลต่อระบบงานอุตสาหกรรมที่มีความวิกฤติ ถ้ามีทราฟฟิก (Traffic) หรือความคับคั่งของข้อมูลบนสวิตช์ที่มาจากพอร์ตหลายพอร์ต และหวังที่จะออกที่พอร์ตใดพอร์ตหนึ่งเพียงพอร์ตเดียว สวิตช์อาจจะทำการทิ้งบางแพ็กเก็ต (Packet) ได้ ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตที่จะใส่ฟังก์ชั่นพิเศษ ซึ่งมันอาจจะส่งสัญญาณการชนข้อมูล หรือ หน่วงเวลาจนกว่าความคับคั่งของข้อมูลนั้นจะหายไป ลักษณะเช่นนี้ โหนดที่ส่งข้อมูลจะไม่ได้การรับประกันการส่งข้อมูลระหว่างสองโหนด ซึ่งบางทีอาจจะส่งผลกระทบต่อระบบงานที่มีความวิกฤติได้
เพิ่มเติม สวิตช์ไม่สามารถแยกโดเมนของบรอดคาสต์ แต่ละ VLAN จะได้รับผลกระทบจากอีก VLAN อื่น เนื่องจากเมจเซสบรอดคาสต์ที่รับเข้าพอร์ตหนึ่ง จะถูกส่งออกทุกพอร์ตของ VLAN ดังนั้นสวิตช์จะไม่สามารถขจัดปัญหาจากทราฟฟิกที่เกิดจากการบรอดคาสต์ส่งผลทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของระบบเครือข่ายอาจลดลง
TCP/IP ใช้เฟรมบรอดคาสต์ของอีเทอร์เน็ตในการรวบรวมหมายเลข MAC ดังนั้นเฟรมบรอดคาสต์จะต้องมีเสมอในระบบเครือข่าย
อีกปัญหาหนึ่งของเครือข่ายที่ใช้สวิตช์นั้นคือการซ้ำซ้อนของเส้นทางระหว่างโหนดที่ส่งผลให้เฟรมวิ่งวนระหว่างสองเส้นทางดังกล่าว แต่ก็สามารถขจัดปัญหานี้ด้วยการใช้วิธีการสแปนนิ่งทรี (Spanning Tree) ซึ่ง IEEE ได้ออกมาตรฐานหมายเลข 802.1d มาจัดการ อย่างไรก็ตามวิธีการดังกล่าวทำงานค่อนข้างช้าประมาณ 2-5 วินาทีสำหรับการตรวจเจอ และยกเลิกเส้นทางซ้ำซ้อน ซึ่งในช่วงเวลาดังกล่าวอุปกรณ์ในเครือข่ายทุกตัวจะติดต่อระหว่างกันไม่ได้ เป็นที่ชัดเจนว่ารับไม่ได้สำหรับระบบงานอุตสาหกรรม
วิธีการที่จะแก้ปัญหาคือการเชื่อมต่อสวิตช์โดยใช้โทโปโลยีแบบริงคู่ (Dual Redundant Ring) โดยจะใช้สายใยแก้วนำแสงหรือสายทองแดงก็ได้ แต่ก็ทำให้เกิดปัญหาใหม่ เนื่องจากบรอดคาสต์ของอีเทอร์เน็ตจะวิ่งเป็นลูปไม่มีวันหยุด บริษัท Hirschmann ได้แก้ปัญหานี้โดยการพัฒนาสวิตช์ที่สามารถจัดการรีดันแดนซี่ได้
ตัวจัดการรีดันแดนซี่จะอนุญาตให้สร้างริงที่มีความเร็ว 200 Mbps โดยทำการเทอร์มิเนตปลายทั้งสองด้านของอีเทอร์เน็ตบัสภายในตัวมัน ถึงแม้บัสจะต่อเป็นลูปในตัวมัน ตัวจัดการรีดันแดนซี่จะทำการตัดลูปในทางตรรกะเพื่อป้องกันเมสเซจบรอดคาสต์วิ่งไม่จบ
ทางตรรกะตัวจัดการรีดันแดนซี่ จะทำงานเหมือนเป็นโหนดสองโหนดเพื่อรับข้อมูลที่ และส่งข้อมูลไปยังโหนดอื่นรอบ ๆ ริงโดยใช้มาตรฐาน 802.1p/Q วิธีการนี้จะสร้างเส้นทางที่สามารถประเมินได้ผ่านสวิตช์ที่สนับสนุน 802.1 p/Q (ได้มากถึง 50 ตัว) ในเครือข่าย โดยตรวจสอบและแจ้งสถานะการทำงานของริงตามเวลาจริง
เมื่อเกิดความล่มเหลวของเครือข่าย (ไม่ครบลูป) ตัวจัดการรีดันแดนซี่จะเชื่อมต่อสองเซกเมนต์ที่เชื่อมต่อเพื่อซ่อมแซมลูป โดยกระบวนการนี้จะใช้เวลาประมาณ 20 ms ถึง 500 ms ขึ้นอยู่กับขนาดของริง
7. แอคทีฟอิเล็กทรอนิกส์ (Active Electronics)
โทโปโลยีที่ใช้อีเทอร์เน็ตฮับ (เช่น 10 BaseT, 10 BaseTX) บางทีอาจจะเป็นรีพีตติ้งฮับ หรือสวิตชิ่งฮับ คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแอกทีฟที่ต้องการไฟเลี้ยงในการทำงาน ถ้ามันไม่ปกติมันจะทำให้การสื่อสารระหว่างโหนดที่ต่อเชื่อมกันหยุดชะงัก
การแก้ปัญหาบางผู้ผลิต เช่น Hirschman ได้ใช้หลักการการทำริงคู่ทำงานซ้อนกัน (Dual-redundant Switch Ring) โดยมีความสามารถซ่อมแซมรูปแบบการเชื่อมต่อ (Reconfiguration) ด้วยตัวเองในระยะเวลาสั้น ๆ (30 ms สำหรับระบบขนาดเล็ก และประมาณ 600 ms สำหรับระบบขนาดใหญ่) หลังจากมีสวิตช์ที่ผิดปกติเกิดขึ้น
ข้อมูลเพิ่มเติม ไฟเลี้ยงจะถูกต้องการโดยการ์ดอีเทอร์เน็ต (และส่วนอื่น ๆ) มากกว่าในฟิลด์บัสการ์ด (เช่น Foundation Field Bus) เนื่องจากไม่มีการส่งไฟเลี้ยงอุปกรณ์ผ่านสายสัญญาณ
8. ฟาสต์อีเทอร์เน็ต และจิกะบิตอีเทอร์เน็ต
จากการพัฒนาของเทคโนโลยีอีเทอร์เน็ตได้ทำให้มันโดดเด่นขึ้นในตลาดอุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรม ฟาสต์อีเทอร์เน็ต ถูกนิยามโดย IEEE ในหมายเลข 802.3u ซึ่งเป็นอีเทอร์เน็ตที่วิ่งด้วยความเร็ว 100 Mbps ด้วยโครงสร้างของเฟรมที่ยังเหมือนเดิม ใช้วิธีการหาโหนดต้นทาง และปลายทางเหมือนเดิม และยังใช้วิธีการ CSMA/CD ที่ความเร็ว 10 Mbps เหมือนเดิมเช่นกัน
ข้อมูลเพิ่มเติมอีกอย่างของฟาสต์อีเทอร์เน็ต คือสามารถทำงานในโหมดฟูลดูเพล็กซ์ที่ไม่ใช้วิธี CSMA/CD ส่งผลให้ไม่มีการชนของสัญญาณ ฟาสต์อีเทอร์เน็ตมีความเร็วประมาณ 10 เท่าของมาตรฐาน IEEE 802.3 ระบบงานที่ส่งข้อมูลเสียง และภาพสามารถทำงานมีประสิทธิภาพบนฟาสต์อีเทอร์เน็ต
อย่างไรก็ตามระบบงานที่ส่งเฟรมขนาดเล็กจะสังเกตไม่พบความแตกต่าง ระบบเครือข่ายที่มีโหลดหนัก ๆ จะทำงานเสมือนโหลดใครโหลดมันทำให้พบว่าประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างชัดเจน ดังนั้นถ้าปริมาณของโหลด และอัตราการชนของข้อมูลไม่ได้เป็นประเด็นปัญหาของระบบเครือข่ายที่ใช้ความเร็ว 10 Mbps แล้วการปรับปรุงเครือข่ายมาวิ่งที่ความเร็ว 100 Mbps จึงไม่ค่อยมีประโยชน์มากนัก
จำไว้ว่าปัจจุบันคุณสมบัติออโตเนโกชิเอชั่นได้ถูกติดตั้งจนเป็นมาตรฐานของสวิตช์ รวมทั้งการ์ดแลน อุปกรณ์จะสามารถส่งข้อมูลได้ 2 ความเร็ว ทั้ง 10 Mbps และ 100 Mbps อีกอย่างหนึ่งสายสัญญาณ Cat 5 ที่ติดตั้งแล้วสำหรับ 10 BaseT สามารถนำมาใช้กับมาตรฐานความเร็ว 100 Mbps ได้
จิกะบิตอีเทอร์เน็ต คือเทคโนโลยีอีกอย่างที่สามารถใช้เชื่อมอุปกรณ์เครื่องมือวัดและ PLC อย่างไรก็ตามความเร็วดังกล่าวจะใช้ประโยชน์ไม่คุ้มค่าตามเหตุผลที่ได้ระบุไว้ข้างต้น
9. TCP/IP และงานอุตสาหกรรม (TCP/IP และ Industrial System)
โปรโตคอล TCP/IP เป็นโปรโตคอลเปิด และทำงานร่วมกับอีเทอร์เน็ตได้ดี ซึ่งสามารถพิจารณาได้ว่าทั้งสองเป็นมาตรฐานที่เปิดอย่างแท้จริงสำหรับผู้ใช้รวมทั้งผู้ผลิต อย่างไรก็ตามก็ยังมีปัญหาในระดับแอพพลิเคชัน (Application Layer)
ถึงแม้การทำงาน TCP/IP ทั้งสี่ชั้นจะเปิด (ชั้นเนตเวิร์ดอินเตอร์เฟซ, ชั้นอินเทอร์เน็ต, ชั้นทรานสปอร์ต และชั้นแอพพลิเคชั่น) แต่ผู้ผลิตอุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมยังใช้ระดับชั้นแอพพลิเคชั่นของตัวเอง จากตรงนี้อุปกรณ์จากหลาย ๆ ผู้ผลิตที่อยู่ในโรงงานเดียวกันอาจไม่สามารถเชื่อมต่อเข้าหากันได้ ดังนั้นจึงมีการสร้างโปรโตคอลมาตรฐานในระดับแอพพลิเคชั่นขึ้น เช่น MMS (Manufacturing Messaging Service) แต่ยังได้รับการยอมรับในวงที่จำกัดในปัจจุบัน
10. สถาปัตยกรรมของอีเทอร์เน็ตในงานอุตสาหกรรม
มีหลายเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องในการออกแบบสถาปัตยกรรมของระบบงานอุตสาหกรรมที่ใช้อีเทอร์เน็ต ซึ่งมีเทคโนโลยีสวิตชิ่ง, การรับประกันการให้บริการ (QoS: Quality of Service), การควบรวมอุปกรณ์ที่ใช้ฟิลด์บัส, ความเชื่อถือได้, การสื่อสารข้อมูล และการจัดการระบบเครือข่าย
สำหรับระบบที่ต้องการความต่อเนื่องในการทำงานสูง การเชื่อมต่อระบบโดยเส้นทางเดียว อาจทำให้เกิด SPOF (Single Point of Failure) นั้นคือปัญหาจุดเดียวที่สามารถทำให้ระบบล้มเหลวได้ มีหลายวิธีการที่สามารถขจัด SPOF ขึ้นอยู่กับระดับความยืดหยุ่นที่ต้องการ (รวมทั้งงบประมาณ) ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มเติมในระบบต้องถูกชั่งน้ำหนัก หรือประเมินกับค่าความเสียหายถ้าระบบหยุดทำงาน
โทโปโลยีที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เช่น การต่อสวิตช์แบบวงริง นั้นมีความจำเป็นที่ต้องใช้สวิตช์ที่ความสามารถพิเศษ (Redundancy Manager) เพื่อการป้องกันระบบจาก SPOF อย่างไรก็ตามมันไม่สามารถป้องกันการทำงานผิดปกติของการ์ดแลนที่มีเพียงหนึ่งอันบนอุปกรณ์บางชนิดได้
คุณสมบัติที่ต้องการระดับถัดไปนั้นคือการเชื่อมต่อสองระบบเครือข่ายบนคอนโทรลเลอร์หรือโหนด (Dual-homed system) แต่ละอุปกรณ์จะถูกต่อเชื่อมต่อกับสวิตช์ที่แตกต่าง การเชตอัพ (Setup) ที่ดีจะทำให้ระบบสามารถทนทานต่อ SPOF รวมทั้งการทำงานล้มเหลวของการ์ดแลนได้
ยิ่งกว่านั้นสิ่งที่ต้องป้องกัน คือป้องกันระบบจากการซ้ำซ้อนของจริงที่ถูกเชื่อมต่อแต่ละพอร์ตแบบดูอัลโฮมไปยังวงริงที่แตกต่าง ปัจจัยอื่น ๆ ที่สนับสนุนความยืดหยุ่นสูงคือความสามารถการเปลี่ยนสวิตช์ หรือการ์ดแลนในขณะที่มีไฟเลี้ยงได้รวมทั้งการมีซอฟต์แวร์ช่วยในวิเคราะห์เครือข่ายแบบออนไลน์
การแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับระบบเครือข่าย
1. ข้อมูลเบื้องต้น
การจัดการกับปัญหาข้อบกพร่องทั่วไปของระบบเครือข่ายอีเทอร์เน็ต โดยทั่วไปอีเทอร์เน็ตทำงานเพียง 2 ชั้น คือ ระดับฟิสิคอล และดาต้าลิงก์อ้างอิงตามโมเดล OSI เทียบเคียงเป็นระดับล่างสุด (Network Interface Lager) ในโมเดลของ ARPA ซึ่งวิธีการแก้ไขปัญหาในบทความนี้จะมุ่งไปที่สองลำดับชั้นดังกล่าว
2. ปัญหาและข้อบกพร่องทั่วไป
ฮาร์ดแวร์ของระบบอีเทอร์เน็ตนั้นมีความง่ายในการใช้งาน และมีความคงทน ดังนั้นระบบเครือข่ายที่ได้ถูกทดสอบใช้งาน และใช้ระบบสายสัญญาณที่ถูกติดตั้งตามมาตรฐาน ระบบเครือข่ายนั้นจะไม่ค่อยมีปัญหาการใช้งาน
ปัญหาส่วนใหญ่จะเกิดในช่วงทดสอบก่อนใช้งาน ทั้งในเรื่องการติดตั้งสายสัญญาณ และอุปกรณ์แลน (เช่น ฮับ, สวิตช์), การ์ดแลน หรือ การเซตอัพชั้นโปรโตคอลในตัวโหนด
ระบบสายสัญญาณ (Wiring System) ควรถูกติดตั้ง และทดสอบโดยผู้ติดตั้งที่ดี คือวิธีการตัดปัญหาเรื่องสายสัญญาณของระบบใหม่
ถ้าอุปกรณ์แลน เช่น ฮับ หรือสวิตช์มาจากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียง โอกาสน้อยมากที่ระบบเครือข่ายใช้งานแล้วมีปัญหา แต่อย่างไรก็ตามถ้าเป็นสวิตช์แบบจัดการได้ต้องมีความระมัดระวังในการเซตอับให้ถูกต้อง การ์ดแลนหรือ NICS ก็เช่นกัน ชำรุดยาก ปัญหาที่เกิด 9 ใน 10 มักเกิดจากปัญหาซอฟต์แวร์ประเภทไดรฟ์เวอร์ หรือการคอนฟิกไม่ถูกต้องในเรื่องโปรโตคอล เช่น หมายเลข IP เป็นต้น
3. เครื่องมือ
ความชำนาญพื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานกับเทคโนโลยี ขึ้นอยู่กับเวลาในการศึกษา การช่างสังเกต และความอดทน รวมถึงเครื่องมือที่ช่วยในการทำงานดังที่จะกล่าวต่อไปนี้
* มัลติมิเตอร์
มัลติมิเตอร์ธรรมดาที่หาได้ร้านอิเล็กทรอนิกส์สามารถถูกใช้สำหรับตรวจสอบความต่อเนื่อง หรือค่าความต้านทานในสายสัญญาณ
รูปที่ 8 มัลติมิเตอร์
* เครื่องทดสอบสายสัญญาณแบบพกพา (Handheld Cable Tester)
มีหลากหลายชนิดที่หาซื้อได้ในท้องตลาดตั้งแต่ระดับง่าย ๆ ตรวจสอบความต่อเนื่องของสายสัญญาณจนถึงระดับที่ซับซ้อน เช่น อุปกรณ์ที่ตรวจสอบสายสัญญาณตามมาตรฐาน 1000 BaseT เครื่องมือมีผู้ผลิตหลายราย เช่น MicroTest, Fluke, Prokit และ Scope
รูปที่ 9 เครื่องมือทดสอบสายสัญญาณ OMNIScanner2
* เครื่องมือทดสอบสายใยแก้วนำแสง (Fiber Optic Cable Tester)
เครื่องมือทดสอบสายใยแก้วนำแสงเป็นเครื่องมือที่ง่ายกว่าตัวทดสอบโปรโตคอล UDP เพราะว่ามันเพียงวัดความต่อเนื่อง และการสูญเสียในสายสัญญาณ บางเครื่องมือทดสอบ UDP สามารถถูกเปลี่ยนไปทดสอบสายใยแก้วนำแสงโดยการจัดซื้อคอนเน็กเตอร์ที่เหมาะสมกับเครื่องมือทดสอบ สำหรับปัญหาที่มีความซับซ้อน เช่น หาตำแหน่งชำรุดของสายใยแก้วนำแสง เครื่องมือที่เหมาะสมคือ OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) แต่ราคาของเครื่องมือนั้นแพง และอาจประหยัดกว่า ถ้าจัดจ้างผู้มาทดสอบแทนการจัดซื้อ OTDR ในกรณีมีความจำเป็นต้องทดสอบ
รูปที่ 10 เครื่องมือทดสอบ OTDR
* เครื่องสร้างทราฟฟิก (Traffic Generator)
เครื่องสร้างทราฟฟิก หรือ ทราฟฟิกเจนเนเรเตอร์ คือ อุปกรณ์ที่สามารถสร้างแพ็กเก็ตที่มีรูปแบบตามความต้องการเข้าไปรบกวนในระบบเครือข่าย ถึงแม้มันไม่ได้ถูกใช้สำหรับการหาจุดบกพร่องโดยตรง แต่มันถูกใช้ในการคาดการณ์พฤติกรรมของเครือข่ายเมื่อปริมาณโหลด หรือทราฟฟิกเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง เช่น เมื่อต้องการการวางแผนปรับปรุง หรือเปลี่ยนระบบเครือข่าย ทราฟฟิกเจนเนเรเตอร์สามารถจะเป็นอุปกรณ์แยก หรือรวมในเครื่องวิเคราะห์แลน เช่น Hewlett Packard 3217
* โพรบ RMON
โพรบ RMON (Remote Monitoring) คือ อุปกรณ์ที่สามารถทดสอบเครือข่ายที่ตำแหน่งต้องการ และวิเคราะห์ข้อมูลที่ดักจับมา ประโยชน์ของ RMON คือสามารถตรวจสอบเครือข่ายจากระยะไกลได้ ข้อมูลที่ถูกดักจับโดยโพรบ RMON สามารถถูกโหลด และแสดงในซอฟต์แวร์ RMON Manager
โพรบ RMON และซอฟต์แวร์สามารถจัดหาได้จากหลายผู้ผลิต เช่น 3com Bay Network และ NetScout ในปัจจุบัน โพรบ RMON สามารถสร้างเป็นซอฟต์แวร์ทำงานบนคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพก็ไม่ดีเท่ากับโพรบ RMON ที่ออกแบบมาเฉพาะทาง
* เครื่องวิเคราะห์เฟรมแบบพกพา (Handheld Frame Analyzers)
มีหลายผู้ผลิตที่จำหน่ายเครื่องวิเคราะห์เฟรมแบบพกพา เช่น Fluke, Scope, Finisar และ PsiberNet ตั้งแต่ความเร็วปกติจนถึงระดับจิกะบิต อุปกรณ์ขนาดเล็กนี้สามารถใช้ทดสอบลิงก์, รวบรวมสถิติของทราฟฟิก และแม้กระทั่งแตกเฟรมตามชนิดโปรโตคอลเพื่อนำมาวิเคราะห์
ข้อด้อยของเครื่องทดสอบนี้ คือขนาดจอแสดงผลเล็ก และหน่วยความจำน้อย ซึ่งส่งผลทำให้บันทึกสถิติ และประวัติการทำงานได้น้อย และแต่บางตัวมีคุณสมบัติที่น่าสนใจเช่น เครื่องของ PsiberNet โพรบคือไม่ต้องเจาะหรือ สัมผัสกับตัวนำในสายสัญญาณ แต่จะใช้วิธีการคล้องสายสัญญาณแทน
รูปที่ 11 โพรบ ของ PsiberNet
* ซอฟต์แวร์โปรโตคอลอะนาไลเซอร์
ซอฟต์แวร์โปรโตคอลอะนาไลเซอร์ คือชุดของซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ และใช้การ์ดแลนแบบพิเศษที่สามารถตรวจจับเฟรมบนระบบเครือข่าย การ์ดแลนพิเศษจะถูกควบคุมโดยไดรฟ์เวอร์ที่ทำให้การ์ดแลนสามารถตรวจจับทุกแพ็กเก็ตที่อยู่บนบัสสื่อสาร ไม่เฉพาะเฟรมบรอดคาสต์ หรือยูนิคาสต์
โปรแกรมขนาดเล็กที่เป็นอะนาไลเซอร์แบบพื้นฐานสามารถดาวน์โหลดมาจากอินเทอร์เนตไม่ว่าจะเป็นฟรีแวร์ หรือแชร์แวร์ สำหรับขนาดกลาง เช่น NDG NetBoy Suite ซึ่งราคาค่อนข่างคุ้มค่า แต่ต้องการผู้ใช้ที่มีความชำนาญในเรื่องโปรโตคอล สำหรับระดับสูงคือซอฟท์แวร์ Network Associate Sniffer หรือ WaveTek Wandel Goltemann Domino Suite มีระบบที่ช่วยในการวิเคราะห์ แต่ก็มีราคาที่สูง
* โปรโตคอลอะนาไลเซอร์ชนิดฮาร์ดแวร์
มีหลายผู้ผลิตเช่น Hewlett Packard, Network Associates หรือ WaveTek Wandel Goltemann Domino ที่ยังผลิตฮาร์ดแวร์ที่เป็นโปรโตคอลอนาไลเซอร์ที่มีเฟิร์มแวร์ทำงานบนฮาร์ดแวร์เฉพาะ โดยมากมีราคาแพงมากแต่ประสิทธิภาพก็เพิ่มสูง เช่นกัน สำหรับระบบฟาสต์อีเทอร์เน็ตและจิกะบิตอีเทอร์เน็ตโปรโตคอลอะนาไลเซอร์ชนิดฮาร์ดแวร์เป็นทางเลือกที่เหมาะสม
เอกสารอ้างอิง
1. J.E Goldman and P.T Rawles, Applied Data Communications. Addison-Wesley, New York,2001
2. J. Fulcher, An Introduction to Microcomputer Systems: Architecture and Interfacing. Addison-Wesley, Sydney,1989
3. S. Mackay, E. Wright, D. Reynders and .J Park, Practical Industrial Data Network: Design, Installation and Troubleshooting. IDC Technologies, Perth,2004
4. J.R. Vacca, High-speed Cisco Networks: Planning, Design, and Implemention. CRC Press LLC, Florida,2001
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
