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PROFINETオープンセミナー

Ethernet Switch

日本プロフィバス協会

PROFINET WG小栗 英人

（フエニックス・コンタクト株式会社）

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PROFINET Open Seminar 2011

AGENDA

・ Ethernet Switchの役割

・産業用Ethernet Switchの特長

・産業用Ethernet Switchの適用範囲

・PROFINETに有効な機能

・選定ポイント

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PROFINET Open Seminar 2011

Ethernet Switchの役割

ノード間を接続する集線機器

�パケットを送信先ノードのみに転送（スイッチ機能）�パケットの衝突（コリジョンエラー）を回避� Auto-Negotiation機能 （伝送速度、Duplexの自動判別）

� Auto-MDI/MDIX機能（クロス・ストレートの自動反転）

�異なる伝送速度（例: 10/100/1000Mbps）の接続が可能

� スイッチ間接続（カスケード）段数に制限がない�自由度の高いトポロジ（敷設制限の低減）

Node B

Node A Node C

Node D

A→→→→C

B→→→→C B←←←←D

100Mbps

100Mbps

100Mbps

10Mbps

Ethernet Switch

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産業用Ethernet Switchの特長

産業現場環境に対応した機能

別途ラック施工が必要取付方法DINレール取付AC100V （商用電源）動作電源DC24V （制御電源）

定義なし（FAには不向き）振動・衝撃IEC 60068-2準拠

I/Oデータ、アライドテレシス、コレガ、シスコ、バッファローなど

メーカー

シーメンス、フエニックス・コンタクト、

ワイドミュラー、ワゴ、タークなど

0～40℃（FAには不向き）動作温度（MIN）0～55℃（FA機器同等）定義なし（弱い）ノイズ特性EMC指令準拠（産業用）

OA用Ethernet Switch産業用Ethernet Switch

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産業用Ethernet Switchの特長

機能により2種類に大別

×

効率の良いデータ転送

（Multicast Filtering）◎

×

ネットワークの管理・監視・診断

（WBM、LLDP、SNMP）◎

×

ネットワークの冗長化

（RSTP、MRP）◎

×

仮想的複数のネットワーク構成

（VLAN）◎

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データの優先転送識別

（QoS）◎

アンマネージドスイッチマネージドスイッチ

上記機能はTCP/IPで使用されるものですが、PROFINETでも有効です

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産業用Ethernet Switchの特長

保護等級 IP67タイプやリモートI/Oに実装されたものもあり

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産業用Ethernet Switchの適用範囲

R-IO PNDevice R-IO R-IO Safety

DeviceR-IO

Router Internet

旧旧旧旧 情報系情報系情報系情報系ネットワークネットワークネットワークネットワーク

旧旧旧旧 フィールドバスフィールドバスフィールドバスフィールドバス

旧旧旧旧 コントローラネットワークコントローラネットワークコントローラネットワークコントローラネットワーク

マネージドスイッチマネージドスイッチマネージドスイッチマネージドスイッチ

アンマネージドスイッチアンマネージドスイッチアンマネージドスイッチアンマネージドスイッチ

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PROFINETに有効な機能①

QoS （Quality of Service）Switch内でのパケット転送優先機能。IEEE 802.1pで定義されている優先度情報に従ってパケット転送を行う機能。制御データを優先的に転送し、転送遅延を最小化。

AB

Switch

AB

A

B

BA

SwitchA

B

B優先度高

A優先度低

QoS

A B低優先（管理データ等） 高優先（制御データ等）

QoSなしSwitchに届いた順番で転送

QoSあり優先度に従い、後から

Switchに届いた「B」を先に転送

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PROFINETに有効な機能②

VLAN （Virtual LAN/IEEE 802.1Q）1つのスイッチに接続されていても、仮想的に分けられた異なるネットワークを形成する機能。異なるネットワークは相互に通信することはない。IEEE 802.1Qは、VLANの規格の1つで、パケット内にTag（タグ）を付与し、そこへVLAN IDを含めることにより、スイッチを経由した複数のネットワーク構築が可能となる。スイッチ間は、全てのVLAN IDのパケットを転送するが、転送されたパケットを受信したスイッチはVLAN IDを読み取り、当該のVLAN IDグループのノードのみにパケットを転送する。

Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node

VLAN ID-1 VLAN ID-2 VLAN ID-3

Node

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MRP （Media Redundancy Protocol）IEC 62439として定義されている高速冗長化（二重化）プロトコル。IEEE 802.1wで定義されているRSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）の相違は、①障害検知⇒回線切替までを0.2秒内で実現 （RSTPは最大3秒）②純粋なリングトポロジのみ（メッシュトポロジは不可）

③MRP マネージャとクライアントに分けられ、MRPマネージャがネットワークを監視

MRP ManagerSwitch

MRP ClientSwitch

MRP ClientSwitch

MRP ClientSwitch

PROFINETに有効な機能③

コントローラ

リモートI/O

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LLDP （Link Layer Discovery Protocol）

IEEE 802.1abで定義されている隣接する機器間で情報を交換・管理するプロトコル。このプロトコルが実装されている機器がネットワーク内あれば、その機器がどのような

機器で、その機器のどのポートに、どのような機器が接続されているかを簡単に管理する

ことが可能となり、ネットワークの敷設状況・状態監視をすることができる。

PROFINETに有効な機能④

Ethernet Topology

SW-2192.168.0.40

Port7Port1

SW-1192.168.0.200

Port7Port1

SW-5192.168.0.160

Port7Port1

SW-4192.168.0.120

Port7Port1

SW-3192.168.0.80

Port7Port1

SW-1192.168.0.10

Port1Port7

Port3

PC-1192.168.0.1PC-1

192.168.0.1

Production Line

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PROFINET IO機能スイッチにGSDMLファイルがあり、スイッチがPROFINETのノードとして、コントローラーのツール上で認識される。これによりツール上からスイッチの各ポートからネットワークの

状態監視・管理・診断等が可能となり、システムの一元化・簡易化を実現。

PROFINETに有効な機能⑤

EngineeringTool

コントローラ

Switch

リモートI/O

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PROFINETに有効な機能⑥

ミラーリング機能

他のポートのトラフィックをコピーして、ネットワークアナライザ等へ転送しトラフィック状況

を解析が可能（ただし、ミラーポートは実通信には使用できない）

Node1 Node2 Node3 Node4

COPY

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選定ポイント

• PROFINETネットワークの適用範囲の決定⇒ネットワークデバイスの種類と数量

• 何をどれくらい通信させるのか

⇒ネットワークセグメントの定義（VLAN等の使用可否）⇒通信相手、通信頻度、通信量等 （QoS、RT/IRT等の使用可否）

• サービスレベルの決定（許容されるネットワーク単位の許容ダウンタイム）

⇒ 冗長化技術（MRP）の使用可否、保守用ネットワークの使用可否

• 運用ツールの決定

⇒ リアルタイムでのネットワーク状態の把握が必要か否か

⇒SNMP（&MIB）によるネットワーク状態監視の使用可否⇒ミラーリングによる特定箇所の通信状態の監視の使用可否

（マネージド or アンマネージドスイッチ）

• 産業現場での使用に適している製品か（産業用スイッチの使用）

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ご清聴ありがとうございましたご清聴ありがとうございました

Thank Thank you for your attention.you for your attention.

資料提供

シーメンスジャパン株式会社

フエニックス・コンタクト株式会社

日本ワイドミュラー株式会社

ワゴジャパン株式会社

タークジャパン株式会社