【专家大讲堂】20200409PROFNET网络故障诊断案例分享——直播答疑

直播时间：2020年4月9日   19:30-20:30

主讲专家：冯学卫

直播课主要内容：

 网络对于工业自动化项目的重要性

PROFINET常用的诊断工具介绍

PROFINET现场网络故障诊断案例分享

课程回看链接：

http://www.ad.siemens.com.cn/service/elearning/Course/2599.html

直播答疑精选：

Q1：老师，您好。我们工厂的PROFINET 网络经常出现掉站，怎么判断是哪里出了问题？

A1：这个问题问的很不错！嗯我看到的，这个怎么判断这个问题？这个问题问得很不错，我想很多网友都有类似的问题。对于您说的PROFINET网络经常出现的掉站是最终的故障现象，但是，引起故障现象的原因可能有很多种。网络经常出现掉站的是最终的故障现象，但是引起故障的现象的原因可能有多种，就如我们前面介绍的这三个案例，故障现象都表现为掉站，但故障的原因各不相同。第一个案例是由于网线安装问题造成；第二个是由于通信的逻辑链路路径不合理造成的。第三个是由于交换对协议的兼容性造成的。这里我说一下我们到现场判断问题的思路和方法。首先到现场第一步需要检查物理层是否有问题

第一个案例呢，是由于网线安装问题造成的；

第二个案例呢，是由于通讯的联络逻辑链路径设计不合理造成的；

第三个呢，是由于交换机对协议的兼容性造成的。

这里我们说一下，我们到现场判断问题的思路和方法，首先到现场：

第一步需要检查物理层似乎有问题，比如网线安装、接地处理、屏蔽处理等问题，我们都可以归结到EMI即电磁干扰的问题上。第二步是检查网络的物理拓扑和数据流的逻辑链路是否合理。物理拓扑和逻辑链路需要相结合着一起考虑判断；第三步，就是对应用层协议的抓包分析。这就是在看整个通信的过程是否是一个正常的通信行为。屏蔽处理等问题我们可以归结到EMI及电磁干扰的问题上；

第二步是检查网络的物理拓普和数据流的逻辑链是否合理，物理拓普和逻辑链路需要相结合着一起来判断；

第三步就是对应用层协议的抓包分析，这就是在看整个通讯的过程中是否是一个正常的通讯行为，若需要做到这一步，则需要对PROFINET的通信原理需要深入的掌握。这样才能判断出什么是正常通信行为，什么是不正常的通信行为。这三步需要维护工程师的能力一步比一步高。第一步，停留在EMC的层级、第二步需要交换机网路的知识、第三步则需要对PN的应用非常清楚。我觉的大概上经过这三步，一般情况下是能查找到问题的所在。希望这对您有帮助。这需要对PROFINET的通讯原理要深入的掌握，这样才能判断出什么是正常通讯行为什么是不正常的通讯行为。这三部呢需要维护工程师的能力一步比一步高，第一步停留在EMC的层级，第二步需要掌握交换机的网络基础知识，第三步呢，这需要掌握PN的通讯应用知识。我觉得大概上经过这三步一般情况下是能找到问题的所在，希望这对你有帮助。

Q2：请问X 214交换机报错CRC错误,是什么意思？

A2：X 214交换机报错CRC且错误报文帧统计数值在不断的增加，这说明以太网报文帧在发送的过程中那么如果您在x214的交换机看到了端口上出现了crc的错误报文帧统计数据在不断的增加，这说明这个以太网报文帧在发送的过程中，由于电磁干扰，或者是由于网线原因（如发送或接收的某一根线与屏蔽层的短接）导致了报文帧出错。报文帧出错后，在交换机上接收到这个受干扰后的报文帧以后，经过交换机的校验，发现重新校验后的值与原有的校验值不一样或者是由于接线的这种与屏蔽层的短接导致了报文帧出错、报文帧的某些位出错，那么交换机呢，接到了这个受干扰后的报文帧以后呢，经过这一次的校验，那么发现它校验出来的值于它发送过来的值不一样，那么以太网交换机就认为这是一帧不可信的报文帧，是会丢弃它的。为了避免在对应用的影响，交换机就会把此CRC校验错误的以太网帧做丢弃处理。CRC错误间接地可以反映出物理层出现了问题，那么这个CRC呢，就是用来对报文帧做校验的，看是否被干扰某些位发生了变化。

Q3：PROFINET 有没有关于电磁兼容的安装要求？

A3：我的回答是肯定的，当然有。，虽然说PROFINET类似与以太网类似于以太网，但毕竟是用到了工业的场景，有强的电磁干扰。环境比较恶劣，不像办公网络的工作环境。那么强的电磁干扰环境比较恶劣，不像办公网络的工作环境那么PROFINET关于电磁兼容的要求类似于关于电磁兼容的要求呢，类似于PROFIBUS的安装要求。会涉及、接地要求、等电势连接的要求，会涉及到接地的要求等电视连接的要求、屏蔽处理、强弱电布缆的要求已经在高强磁环境下采用光纤等等。这个可以参考PI组织的安装规范，强弱电布榄的要求，以及在高强磁环境下采用一些光纤等等，这可以参考PI组织的的安装规范。

Q4：老师，PROFINET网络对交换机有要求吗？

A4：嗯，这又是一个好问题，这也是一个经常被提及的问题。首先我们要说“PROFINET网络对交换机确实有要求”。按照PI组织的要求是参与PN网路的设备必须需要做强制认证。从这一点就可知，对用于PROFINET网络的交换机来说是有要求的。认证的过程中需要测试了交换机的端口延迟是否能满足实时性能的要求；还涉及交换机内置的协议是否于PN的协议兼容等。可定，有网友现在想说，我在PROFINET网络中用了非PI组织认证的交换机也是可以的呀，我想说的是在实验环境下测试能通，不代表在实际的工厂网络能正常的通。这涉及到的是网络性能的问题。当网络规模小，拓扑简单时没问题，但接入到实际工厂网络中，可能由于性能原因出现各种所谓的“奇怪的问题”。比如说我们PN的交换机使用了802.1Q的标准，也即能支持优先级报文帧的识别。PN的报文帧的优先级比较高，当普通以太网报文帧和PN报文帧都到达同一交换机时，交换机会优先转发PN的报文帧，（以此来保证实时控制应用的要求）。但此时若换成普通的、不支持802.1Q协议的交换机，则会采用用排队的机制转发，先接收的先处理，后接收的后处理，这样PN的实时性能就被丢掉了。从连通的的角度来看会出现有可能通，也有可能不通的现象。当其它网络通信负载不重的情况下，表现为PN通信正常；当其它网络通信负荷繁重的情况下，表现为PN网络通信的不正常。所以不是一个简单的能用和不能用来表述。而需要根据具体的网络环境来决定。我想我应该解释清楚这个网友问的这个问题了。

Q5：profinet io能用路由器吗？还有西门子tcp通信我路由器有要求吗，普通可以不？

A5：对于这个问题，我看它相当于问两个问题，那么接下来我来分别答一下：第一个PROFINET IO通讯即我们就说的PNIO 的RT通讯不能用路由器的。原因是PROFINET RT的报文帧是基于二层以太网帧来封帧的，也就意味着对于PROFINET RT报文帧中没有IP头部也没有TCP头部,那么意味着对于路由器来说，它是基于IP地址来进行转发的。那么如果对于pnio的RT报文帧没有IP地址，那么路由器就不能对数据做进一步的处理。所以，对于PROFINET IO的RT通信来说只能用交换机，不能使用路由器的。第二问，对于西门子的tcp通讯，用路由器可以吗？普通的可以不？ 举例，对于西门子S7通讯，因为它用的是ISO-ON-TCP协议，那么也就用到了四层TCP和三层IP协议。既然用到三层的协议栈了，议那么路由器就可以基于IP的头部信息中的目的IP地址进行路由转发。所以，基于TCP/IP的协议是可以使用路由器的且可以使用普通的路由器。

Q6：老师讲了这么多的PN诊断工具，能告诉我们哪个工具最实用吗？

A6：我认为没有最适用的。只要是适合您需求的就适用的。但需求都不太一样！比如说您工厂需要上一条自动化系统项目，有您来负责，此时可能需要考虑的自动化项目中的网络是如何规划，尽量避免由于设计的不合理造成系统的不稳定。您的这个需求，可能此时SINETPLAN最适用了。如您是一个维护工程师，需要对您的网络维护，但网络规模太大了，且在项目实施的时候没有网络的竣工资料，此时，可能PRONATA最适用了。它可以帮助您快速获取到整个PROFINET网络的拓扑结构及网络设备的类型、IP地址、设备名、MAC地址等详细的信息。若您的工厂中的某一条产线经常性出现掉站现象，此时、可能Bany PNIO可能最适用了。借助它可以很好分析PNIO通信及抓包分析。但这些都是工具，还是需要我们具备PROFINET的相关知识。有了这些知识我们才能知道使用这些工具的目的。给您一台B超机，您就可以当医生了吗？答案肯定是NO。

Q7：我也想做到能够诊断PN网络的故障，老师能给些学习的建议吗？

A7：这个问题可能有点比较难回答，这需要根据每个人的具体情况，我才能给出一些学习的建议。我就按一个您从来没有接触过PN的网络的情况来说吧。大概分这几个步骤：首先需要能够会组态PROFINET网络，这是最基本的需求。其次需要学习一下以太网的基础知识，包括MAC地址知识、IP地址知识、交换机工作原理等。然后，在有了以太网基础知识的基础上再深入学习一下PN实时以太网的知识、PN RT的以太网报文帧、PN的实时特性的体现等知识。最后，需要PN网络的诊断工具。只要前面的这些知识您掌握好了，相信您也就成了一个PN网络的专家了。

Q8：请教老师，什么样式的拓扑结构合理，谢谢您

A8：对于这个问题来说呢，可能根据具体的需求来考虑。比如如果您是说我需要一个高可用性的网络，比如当一个网线断线，我的网络还能正常，那么这时候需要一个容易架构的网络，那么对于PN网络来说呢，您可能需要做环网的拓朴结构。而如果您没有这方面的要求，您希望的是说我现场由于成本的考虑，我尽量的不想使用交换机，那么这时候可能线性的拓扑结构是对您最合适的。那么有的可能在考虑线性的拓朴由于网线断线，后面的设备都会出现掉站，对于这么要求高的地方您可能还需要考虑通过交换交换机来做星型的拓朴，换句话至于说哪种拓扑合理？可能根据不同的需求、不同的场景来选择不同的拓扑结构。在做网络方案时可能在一个网络会在不同的地方使用不同的网络拓扑结构，这些不同的网络拓扑结构最终也是可以连接在同一个网络中的。也就是可以灵活地使用拓扑结构。不是使用了线性拓扑就不能使用星性拓扑。

Q9：对于pn网络使用什么交换机？

A9：对于PN网络，我建议是使用X200的交换机。因为对于交换机来说，它不仅仅是帮助我们转发数据帧，同时它作为PN网络中的一个设备，当这个交换机出现了故障，我们也需要能够诊断到是交换机的故障。所以最好使用X200系列带有诊断功能的交换机这样有助于帮我们快速定位故障。哪怕是交换机出了故障，我们也可以知道是故障发生在那个交换机上。交换机作为PN的设备可以发送报警信息到PN的控制器上。所以，我强烈的建议在PN网络中尽量使用管理型的X200系列交换机。

Q10：第二个案例路径设计不合理，只能通过sinetplan才能知道吗？

A10：是这样的，如果您对PN网络非常了解，那么其实不使用SINETPLAN您可以做一个大致的分析，也能够分析出网络设计的合理与不合理。但这只是定性的分析没有做到定量的分析，而使用SINETPLAN可以做到定量的分析网络的拓扑合理不合理。SINETPLAN帮您去计算有没有通信数据流在某个地方出现拥堵，超了PN所规定的负荷。从某种角度来说，那怕您对PN网络不是很熟悉，也可以使用SINETPLAN可以规划网络拓扑。

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