什么是丢包?
丢包(Packet Loss)是指在网络数据传输过程中,部分数据包未能成功到达目的地而丢失的现象。具体表现为接收端接收到的数据包数量少于发送端发出的总数据包数。
工业网络中防止丢包的要求通常比办公网络更为苛刻。在普通办公网络中,丢包率在5%以下一般不会造成太大影响。但对于工控网络而言,即使极低的丢包率(如万分之一),都可能导致数据传输出错、通信中断,从而影响整个工业生产的实时性和可靠性。
因此,降低甚至杜绝丢包问题一直是工控网络设计和优化的重要目标。理想状态下,工厂内网络环境的丢包率应当控制在万分之几到零的水平。
丢包的常见成因
那么,工业网络中究竟存在哪些导致丢包的常见因素呢?根据研究,主要可分为以下几个方面:
1. 网络拥塞
这是导致丢包最常见的原因。当网络带宽资源无法满足所有数据流量传输需求时,就会出现网络拥塞。路由器等网络节点会丢弃部分数据包,以腾出带宽资源。
2. 硬件故障
工控环境恶劣,温度、振动、电磁环境变化等都可能导致网络硬件故障。以太网卡接口损坏、光纤接头老化脱落等,都会引发数据包损耗。
3. 链路错误
码错、叠码、丢码都是数据链路层常见的错误类型,严重时会导致整个数据帧被丢弃。特别是对于无线链路,干扰、信号衰落会加剧这一问题。
4. 路由选路失败
路由选路失败时,分组会被丢弃并重新发送。这种情况在大型工业网络中相对常见,如网络拓扑突变、链路故障切换等。
5. 缓存区溢出
当路由器的缓存区内存不足时,超出缓存区大小的数据包就会被丢弃。码率突变或恶意攻击流量激增都可能导致这一问题。
6. 协议stackover
工业协议如 Modbus、CIP 通信过程中,接收端缓存溢出后会导致协议栈错误,引发一连串数据包被丢弃的情况。
7. 工业设备BUG
偶尔也会出现工控设备本身存在软硬件bug,造成无端的包丢弃问题。
简单总结一下,导致工业网络丢包的主因主要是网络拥塞、硬件故障和链路错误等。而引发丢包的诱因可能来自网络流量、工况环境、设备缺陷等诸多方面。
丢包的危害
数据包丢失对工业控制系统来说绝非无关紧要的小事,其影响是全方位的:
1)通信质量下降
丢包会直接导致通信质量严重degradation。视频监控离线、设备遥控指令延迟、前后台数据不同步等问题将随之而来。
2)设备离线中断
工控协议对丢包极为敏感,较高丢包率可能导致PLC、HMI等关键设备离线中断,影响整个生产线的正常运行。
3)运维监控盲区
丢包会让管理员无法全面掌握现场设备工作状态,失去监控能力。漏诊隐患,被动等待故障的发生。
4)复杂故障分析
一旦出现设备异常,工程师往往难以判断根源是通信故障或设备本身故障,需要漫长复杂的分析排查。
5)停工损失惨重
如果丢包问题一直得不到解决,生产车间的数据网络将难以为继,整个生产线可能被迫停工,造成经济损失。
以上列举的只是丢包带来的部分直接影响。事实上,对于高度集成化、信息化的智能工厂而言,丢包问题的连锁反应是无孔不入的。所以我们必须给予高度重视,全面分析丢包成因,并采取有效的监测和预防措施。
在下一篇文章中,我们将进一步探讨如何对工业网络的丢包率进行检测监控,并分享解决丢包问题的实践经验。如果你也有过相关的应用案例或心得体会,欢迎留言交流。
