工业通讯网络层级全解读，解析工业网络的自动化金字塔

前面我们提到诸多工业通讯上的协议，规范：

最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制

也讲了诸多进行数据采集的文章，随着IT与OT融合的加深，或者把高度提高点，随着数字化浪潮的袭来，必先始于数据与通讯，如果你是工业领域的技术工程师或者技术顾问，学习好工业网络还是很有必要的~

就一般而言，尽管工业网络最佳实践建议将工业网络与业务网络隔离，但是将业务网络与工业网络集成会产生一些好处。出于安全原因，同时为了让工业网络获得更好的性能，业务网络和工业网络之间的连接基本都会通过防火墙（或其它）来限制访问并提供不受外部网络攻击的安全性。大家一定还记得前面我们一篇关于汽车行业自动化标准SICAR的文章：

TIA Portal下的虚拟调试与SICAR解读：标准的进阶之旅与案例分析

在其中有这样一幅图，防火墙模块S602充当了工业网络也IT网络之间的桥梁，起到隔离的同时也是工业网络与IT网络集成在了一起~

来源：西门子

ISA 95建议使用不同层级的工业网络及其互连性（当然有观点认为ISA95的架构过于复杂，感兴趣可以下次分享），以实现业务与工业网络的更好集成，从而在不损害安全性的前提下实现最佳工厂运营。

前面我就从五层架构起说到过工业网络的安全：工业控制系统安全入门与实践—从五层架构和安全标准说起

只要是看过熟悉本号的朋友，应该对于自动化金字塔已经很熟悉了

 以下是ISA 95建议的网络层级。

Level 0：定义实际的物理过程或物理生产过程。

Level 1：定义与感测和操纵物理过程以及过程参数的自动控制有关的活动。这包括传感器，输入/输出（I / O）模块，嵌入式控制器和执行器。

Level 2：定义监视和控制物理过程的活动。人机界面，SCADA等都是该级别的一部分。

Level 3：定义工作流的活动以产生所需的最终产品。在此级别，对生产信息的维护是集中的，以提供更好的记录控制和可用性。

Level 4：定义管理制造组织所需的与业务相关的活动。企业资源计划是位于此级别的关键组件。

对于工厂而言（尤其是大型工厂，小作坊不算），不论是横向或者纵向数据交换，前提条件都得是有一个足以支撑你业务的通讯网络，工业通讯都是你实现各种PLM、APS、MES、SCADA、QMS、WMS、PLC等各个系统集成的基础，而且我可以肯定，在读文章的你，98%以上都或多或少与工业网络有些交集，其实对于你们而言，这应该是很熟悉的，但是对于很多人而言，或许这又是陌生的，你们本应该是最了解工业网络的一群人之一~

没有强大的网络和数据通讯，那就不用谈什么系统集成，数字化，智能工厂，这就是在扯淡一样，不过所谓数字化，真的还有很长很长的路要走，毕竟对于很多企业而而言，基础数据和管理基础远未达标~

为了满足不同应用的各种特定要求，工业网络不仅需要无缝集成到企业 IT 网络中，同时还需要在恶劣环境中确保良好的网络性能。

对于很多大型工厂而言，工业网络一般还进一步分为多个子网络，主要是为了减少关键控制网络中不需要的网络流量，并通过减少网络延迟来提高响应速度。举个例子，下面是某汽车公司自动化控制标准中关于网络的一部分，这就是很典型的例子

减少工业网络中的网络流量非常重要，为了实现这一目标，大多数DCS和PLC供应商都使用基于异常的过程参数报告。例如，只要值发生任何变化（例如从ON到OFF的转换，反之亦然），DCS / PLC都会写入任何数字点（ON到OFF），而不是以固定的频率进行写入，从而减少了网络负载。

说到了网络，我们不得不说交换技术，交换技术是工业网络中广泛使用的另一个重要方面。交换机是智能的第2层设备（此处指的是二层交换机），可以读取MAC地址（第2层），并决定需要通过哪个端口数据发送数据，而不是通过集线器之类的所有端口发送数据。（这都不清楚的可以先参考：最全整理网络基础知识“全家桶”—入门工业网络必备）这减少了冲突的可能性，因此提高了数据传输的整体速度。高级交换机还支持VLAN（虚拟LAN），尽管物理上连接到同一交换机，但VLAN有助于创建节点的逻辑分组。一个VLAN的节点无法与另一个VLAN的节点通信（创建单独的广播域），尽管所有节点都是同一物理LAN的成员。

                           这张图是随便放的，和上下文都没关系

我知道很多人肯定觉得上面的东西多而杂，因为前面其实我们写过一些关于VLAN,关于协议分析的一些文章，阅读量都不高，大家都觉得和自己没关系，但是其实工业网络，拆解下来，也就是适合于工业环境的网络技术，它的本质还是网络技术，我还记得前面写过转载过几个案例：

一个烟厂PROFINET工业网络故障诊断与分析案例

西门子S7系列PLC与Kepserver网络通讯下的诊断与分析实例

S7–1500遇上工业无线AP：一个立体仓库无线网络故障诊断分析案例

很多朋友都说案例挺有参考价值，但是就是不知道如何自己也能做到这一点，其实我可以给大家说，难，也不难，为什么呢？

说不难，因为其实我们几乎都是处于网络的应用层，并不需要像一个算法工程师一样去了解数据结构、算法那种普通人望而生畏的东西，只是需要你在意网络基础基础，这并没有什么太大的技术门槛。

说难，是因为很多人总是觉得网上看几篇文章就能学会，或者每天都在去各种各样的公众号搜集“80G资料拿走”、“400G最全收录”，说真的，我的很多资料，是大多数人在互联网绝对找不到的，而且加起来超过10T，但是对于大多数人而言，这是没有必要的，即使都给你，你又能如何呢？这是一个信息爆炸的时代，并不缺少资料，也并不缺少信息来源，我可以举个例子，前面我在文章：

记自己16天备考的PMP，谈人到中年的迷茫，转型与思考

当中提到的华为的哥们儿（这是我的多年无话不谈的好友），当时在一个三线小城市月薪过万，也能放弃自己工作脱产学习半年备考CCIE，顺利进入华为，当然我这里不是建议大家脱产半年，就在工业领域的大多数人而言，也没有必要学的那么深入，也不是说去夸华为多牛逼，而是在于他的魄力和系统性学习的态度，不是我们可以比的，毕竟他当时也知道很多人学了CCIE之后，出来一样水的一逼，你不信可以自己试想一下他当时的魄力，在安逸区呆着，却能脱产半年没有任何收入，去做一个前途未卜的事~

其实如果你接触过很多技术大牛，或者很多能力很强的工程师或者专家，他们的网络知识和IT技能都比一般人扎实，就更别提所谓的OT技术了，这本就是他们擅长的技术领域，他们也并不是专业的工业网络工程师，但是却具有扎实的网络基础和丰富的实践。

对于很多人而言，这真的并不是太难，或许你不用成为大牛，至少你不应该是一个小白，就像我们说了很多虚拟调试，我不信做虚拟调试的工程师不用到OPC UA的，我也不信你在现场没遇到过上面案例说的那些情况，我也更不相信今后所谓的数字化工厂会没有网络一席之地~

在IT、OT不断融合的今天，CT技术更会具有自己的位置，我们也应该找准自己的位置：

就像前面说的：

自动化早已不是原来的自动化，为何你却还是原来的你

前对众多的技术，深度为主，广度为辅，选择一个合适自己的方向，如果你不知道哪个合适你，我们普通人如何扩展自己的深度和广度呢？

我的看法是，让兴趣来引导自己，把本职工作做到公司无人替代的位置，而不止步于此，并在此基础上广度发展。

下面具体来说说要如何权衡自己的广度和深度：

1.广度为辅，深度为主。人生、时间有限，我们不可能精通所有的技术，但我们可以努力地精通工作相关的、有前景的、感兴趣的技术。

2.基础扎实，深入底层。只是解决工作上的问题是远远不够的，应该在工作之余去学习更底层的技术，所谓知其然还得知其所以然。多多思考：为什么要这样用？怎么实现的？还有更好的办法去实现吗？

3.触类旁通，适度学习。学任何的知识都要形成一个体系，才能学得深，记得牢。