첨단 네트워크의 성능 단순화

첨단 네트워크의 성능 단순화

플러그 앤 플레이 비관리형 스위치(plug-and-play unmanaged switches)는 비싸고 복잡한 관리형 스위치의 혜택과 특징을 제공한다. 설계자는 이 관리 기능을 통합하는 스위치를 선택하여 합리적 비용으로 성능이 최고인 네트워킹을 얻을 수 있다.

고성능 및 보안 생성

이더넷 네트워크는 산업용 시스템 설계자에게 최우선 조건이다. 이더넷은 일반적으로 다양한 설정에 배포되기 때문에, 성능이 훨씬 좋은 하드웨어가 제공되고 보증되더라도 소비자가 선호에 따라 선택한다. 관리형 스위치와 같은 전문가급 솔루션은 상대적으로 구성이 복잡하며 많은 시간이 필요하기 때문에 비용이 증가하는 경우가 많다.

그러나, 산업용 비관리형 이더넷 스위치는 관리형 스위치의 주요 성능을 갖추고 있다. 본문에서는 설계자가 알아야 할 비관리형 이더넷 스위치의 주요 특징을 설명하고, 이더넷 애플리케이션에서 강력한 연결성을 제공하기 위한 사용 방법을 소개한다.

속도를 위한 디지털의 필요성

많은 디지털 시스템 애플리케이션은 속도와 대역폭으로 인해 이더넷 통신을 표준화했다. 거의 모든 유형의 전자 장치가 서로 지능적으로 제어하고 모니터링 시스템에 연결할 수 있다. 산업용 사물 인터넷(IIoT)은 원격 모니터링 및 제어를 지원하기 위해 모든 소스에서 가능한 한 많은 데이터를 수집하려는 노력을 많은 사용자와 함께 진행 중이며 고속 이더넷 통신에 대한 요구가 더욱 커지고 있다. 이는 건물 자동화, 도시 교통 통제, 전력 설비, 물/폐수 처리 산업과 같은 다양한 산업 및 응용 분야와 거의 모든 유형의 제조 기계 또는 장비에 적용된다.

감시장치는 전용 컨트롤러, PLC, 하드웨어 HMI(Human-Machine Interface) 또는 현장에 설치한 PC일 수 있다. 필드 장치 (Field devices)는 IIoT 센서에서 RFID 판독기 또는 프로세스 분석기와 같은 지능형 장치에 이르기까지 다양하다. 기본적으로 여러 이더넷 장치를 연결해야 하는 곳이라면 어디에서나 스위치가 필요하다. 일반적으로 4포트 스위치가 가장 작은 것이지만 많은 사용자는 필드 장치의 수와 사용자 연결 포트에 대한 필요성이 증가함에 따라 더 많은 포트 수가 필요하다는 사실을 알게 되었다. 이러한 사용자 중 다수는 8포트 스위치가 크기와 용량 측면에서 탁월한 균형을 이룬다고 생각한다.

많은 상업 및 산업 애플리케이션은 대부분 업무가 최우선이므로 네트워크 문제로 인한 시간 중단은 용납할 수 없다.

다음 단계는 까다로운 물리적 장소에서도 필요한 성능과 안정성을 제공할 수 있는 모델을 선택하는 것이다.

비관리형 vs 관리형

비관리형 이더넷 스위치는 기본적으로 플러그 앤 플레이이며 일반적으로 사용자 구성이 필요하지 않다.

각 포트는 연결된 장치와 일치하도록 자동 구성되며 스위치는 MAC 주소 테이블을 구축하여 일정 수준의 지능으로 트래픽을 전달하며 보안 조항이 거의 없다. 비관리형 스위치는 매우 경제적이며 변경이 필요하지 않고 평균 성능이 허용되는 소규모 네트워크에 많이 고려된다. 사용자가 통신 속도를 높이고 트래픽과 네트워크 부하를 최소화하며 네트워크 보안을 개선하려는 경우 일반적으로 관리형 이더넷 스위치가 필요하다.

이러한 각 특성은 장비, 장치 및 디지털 서비스가 24시간 안정적으로 작동해야 하는 다양한 유형의 상업 및 산업 설치에 적합하다. 그러나, 관리형 스위치는 일반적으로 상당한 IT 교육을 받은 직원이 구성해야 하며 이러한 구성은 네트워크의 모든 스위치에서 유지되어야 한다. 단순히 고품질 연결을 원하는 사용자에게는 이 작업이 어려울 수 있다.

따라서 관리형 스위치는 원래 더 많은 수의 포트를 제공하고 대부분 데이터 센터에 배포되었지만, 오늘날에는 크기 옵션이 다양하다.

비관리형 이더넷 스위치와 관리형 이더넷 스위치는 모두 신뢰할 수 있는 장치이지만 표준 소비자 또는 상업용 등급 스위치는 열악하거나 산업 환경에 이상적이지 않으며 많은 경우 인클로저에 설치하기가 불편하다. 산업용 등급 장치는 확장된 작동 온도 범위 및 전기적 노이즈 저항과 함께 보다 유연한 장착 및 연결 옵션을 제공하여 일반적인 설치 위치에 적합하기 때문에 선호된다.

비관리형 스위치를 사용하는 필수 요소

고성능 및 강력한 이더넷 연결에 대한 요구가 많은 애플리케이션에서 크게 요구됨에 따라 사용자는 다른 옵션들을 다시 찾고 있다. 최근에는 별도 구성이 필요 없고 다음과 같은 가장 필수적인 관리 기능을 통합한 비용 효율적인 비관리형 스위치가 개발되고 있다.

서비스 품질(QoS, Quality of Service)

QoS는 지정된 네트워크 트래픽의 우선순위를 지정하기 위해 스위치에서 사용하는 방법이므로 가장 중요한 패킷이 먼저 처리된다. 산업용 애플리케이션의 경우 플랜트 네트워크를 혼잡하게 하는 이더넷 장치의 수가 많이 증가하여 통신 지연 및 데이터 손실에 대한 우려가 발생한다.

EtherNet/IP는 PC, PLC, HMI, 입력/출력 모듈, 가변 속도 드라이브, 지능형 기기 등과 같은 장치 간의 중요한 통신을 처리하는 데 사용하는 일반적인 산업 자동화 프로토콜이다. 따라서 EtherNet/IP 트래픽에 대한 내장 QoS를 제공하는 비관리형 스위치는 다른 일반 트래픽보다 중요한 데이터 패킷에 대한 우선순위를 자동으로 보장하는 것이 큰 이점이다. 사용자는 QoS를 구성할 필요가 없지만, 단일 외부 DIP 스위치로 쉽게 켜고 끌 수 있어야 한다.

IGMP 스누핑

이더넷 트래픽은 모든 장치에 전송되는 일부 메시지, 장치를 선택하기 위한 멀티캐스트 및 특정 장치에 대한 다른 유니캐스트로 구성될 수 있다. IGMP 스누핑(Snooping)은 호스트와 라우터 간의 대화를 모니터링하고 어떤 링크가 어떤 전송을 해야 하는지에 대한 맵이나 필터를 만들고 유지하기 위해 스위치에서 사용하는 방법이다. IGMP 스누핑은 필요한 곳에만 메시지를 전달함으로써 네트워킹 트래픽과 필요한 리소스를 크게 줄인다. IGMP 스누핑은 일반적으로 활성화하는 것이 바람직하지만 필요한 경우 QoS DIP 스위치를 사용하여 비활성화할 수 있어야 한다.

과다한 전송

온보드 장비 또는 대규모 시설 내에 설치된 이더넷 네트워크의 경우, 신중한 설계 및 프로토콜 선택을 통해 중복성을 위해 네트워크 링을 활용할 수 있다. 그러나 부적절한 링 연결로 인해 네트워크가 중단되는 중복 메시지가 발생할 수 있다.

예를 들어 표준 스위치를 사용하는 경우 사용자가 실수로 두 개의 스위치 포트를 함께 연결하면 메시지가 포트에서 반복적으로 재전송되어 네트워크가 넘치고 압도될 때까지 그 수는 증가한다. 과다한 전송에 대한 보호는 이 문제를 감지하고 중복 메시지를 삭제한다. QoS와 마찬가지로 단일 외부 DIP 스위치로 이 기능을 활성화하는 것 외에는 사용자 구성이 필요하지 않다.
설계자가 상업용 및 산업용 스위치를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 다른 사항이 있다. 최고의 유연성을 위해 스위치는 속도, 완전 이중 또는 반 이중 모드의 자동 절충, 직선 또는 교차 케이블 감지와 함께 항상 최소 10Mb/s 및 100Mb/s의 속도로 작동해야 한다.

저장 후 전달 기술은 각 통신 프레임이 메모리로 완전히 수신되고 CRC에서 무결성을 검사한 후 대상으로 전달하기 때문에 작동에 가장 적합하다. 이 기능은 다른 전략에 비해 스위칭 지연이 매우 짧지만, 최고 품질의 통신을 보장한다.

견고한 금속 하우징은 산업용으로 유용하다. 전기적 노이즈, 전자파 장해(EMI), 전자파 적합성(EMC)에 대한 물리적 강도와 우수한 성능을 제공하는 반면, IP30 등급은 2.5mm 이상의 단단한 물체가 하우징에 들어갈 수 없도록 인클로저가 설계되었음을 의미한다. 또한 RJ45 이더넷 포트는 사용하지 않는 포트를 보호하기 위해 IP30 등급 덮개와 함께 제공되어야 한다. 사용자는 35mm DIN 레일 또는 인클로저 내의 후면패널에 스위치를 장착할 수 있는 옵션이 필요하다.

환경에 적합한 작동 온도 범위를 찾는 것이 중요하며 -40~75°C의 확장된 범위에서 작동할 수 있는 스위치는 몇 개뿐이다. 전체 온도 범위가 필요하지 않더라도 보다 나은 정격을 가진 장치는 더 견고하게 제작되어 더 큰 신뢰성과 더 긴 수명을 제공한다.

물론 설계자는 UL508, CE, FCC 및 Class I Division 2 위험 지역 승인과 같은 모든 승인 등급이 필요에 따라 존재하는지 확인해야 한다. 마지막 참고 사항은 많은 중요 애플리케이션에 사용할 수 있는 중복 전원이 있으므로 스위치는 하나의 전원 공급 장치에 오류가 발생하는 경우 제로 장애 조치 시간을 위해 두 개의 개별 전원 공급 장치 연결을 허용하도록 설계되어야 한다는 것이다. 플러그형 단자대는 설치 및 서비스를 더 쉽게 한다.

네트워크 성능 향상

오늘날의 산업 및 상업 애플리케이션은 일반적으로 많은 수의 디지털 컨트롤러, PLC 및 HMI를 사용하며, 증가하는 지능형 필드 장치는 모두 이더넷에 의존한다. 이제 설계자는 가장 중요한 관리형 스위치의 기능이 내장된 비 관리형 스위치를 선택하여 별도의 구성이 없이 간단한 설치로 최고의 네트워킹 가격 및 성능 비율을 얻을 수 있는 옵션을 갖게 되었다. 자료 제공: IDEC(www.IDEC.com)