淺析 PROFINET 報文優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實時數據的優先級。這也就意味著，PROFINET循環的實時數據報文具有優先級，且用戶優先級為6。VLAN標示符VID=0表示報文僅包含優先級信息，而不是一個有效的VLAN標識。




【符合IEEE802.1p標準的報文特點：具有“用戶優先級”定義】
支持IEEE802.1p的交換機會優先轉發高優先級的數據：1、通過在OSI 2層給數據加入優先級以及交換機中的不同隊列分配，實現加速報文轉發。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個優先級，其中0為最低優先級，而7為最高優先級。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先級。5、賦予普通的應用較低的優先級。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個優先等級，將時間敏感的視頻/音頻以較高的優先級在交換式以太網中傳送，以支持以太網上各類業務的QoS。

種類	描述	優先級
語音	最高優先級；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先級業務的分類處理，即支持IEEE802.1p，根據數據幀中的“用戶優先級”字段內容的不同進行緩存、數據轉發等操作。理想情況下，以太網交換機能支持的優先級與802.1p規定的優先級相同，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系列具有兩個優先級堆棧，高的優先級堆棧處理具有用戶優先級4，5，6，7的數據，低的優先級堆棧處理具有用戶優先級3，0，1的數據。對于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優先級與IEEE802.1p所規定的優先級相同。具有4個優先級堆棧，每個堆棧處理不同用戶優先等級的數據。

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

SCALANCE X以太網交換機會優先對高優先級的堆棧中的高優先級數據進行轉發。參考圖3 IEEE802.1p報文優先轉發原則。幀1正在被發送，表明不會中斷正在發起的數據傳輸。幀2的優先級低于幀3，所以優先轉發幀3。最終端口1的數據幀發送順序為幀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，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不具有優先級，與普通的數據一樣，不會被交換機優先轉發。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，所以會優先轉發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數據的優先級一樣，這樣不會優先轉發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。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》。http://www.ad.siemens.com.cn/service/prompt.asp



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