IT 網絡（傳統網絡）

IT 網絡是現代計算的支柱，為數據交換、通信和處理提供了基礎設施。典型應用包括

l   辦公網絡

l   數據中心

l   云服務

l   互聯網連接

這些網絡依靠 TCP/IP、DNS 和 HTTP 等標準協議來促進設備之間的通信。通信路徑可能隨時發生變化，傳輸的數據量也有很大差異。通常情況下，足夠多的數據包會以突發方式發送，或者在某些時段連接會被關閉。

連接的可靠性和服務質量對 IT 網絡的質量起著非常重要的作用。安全性也是一個非常重要的因素，在內容傳輸中也發揮著作用。

圖1：IT網絡

OT 網絡（基于機器的網絡）

OT 網絡專為工業控制系統、SCADA 系統或發動機控制而設計，可確保對物理和機械過程進行精確一致的控制。典型應用包括

l   制造自動化

l   過程控制系統

l   樓宇自動化

l   發動機和車輛控制系統（如飛機、汽車和火箭）

l   安全關鍵型系統

這些網絡依靠 PROFINET、Sercos III、EtherNet/IP 或 Modbus 等工業專用協議來促進設備之間的實時數據交換。

圖2：OT網絡

IT/OT 的區別

IT 網絡與 OT 網絡的最大區別之一在于 啟動時的啟用方式 。IT 網絡會隨著時間的推移而發展，新系統上線，舊系統下線。而 OT 網絡通常在 同一時間整體啟動 。網絡本身有一個基本協議，所有設備要么使用該協議直接與網絡通信，要么通過某種形式的耦合站進行通信，耦合站在不同協議之間轉換數據包信息。此外，OT 網絡還有一個配置或啟動階段，用于確保所有預期存在的設備都已存在并配置正確。固件更新也可在此階段自動應用。這一階段通常稱為 異步通信階段 。

一旦正確配置了 OT 網絡和中央系統（在機器應用中稱為 PLC，即可編程邏輯控制器），網絡就會切換到 同步或實時通信模式 。這就是這兩類網絡的主要區別。IT 網絡可以在 任何時間交換任何類型 的信息，而 OT 設備通常傳輸所謂的 IO 映像 。這是一組詳細說明設備當前狀態的信息。與此同時，該設備還希望從其主設備接收 IO 映像，這將告訴設備應切換到何種狀態。這一階段的信息交換定期重復，稱為一個網絡周期。

實時與軟實時

在 OT 網絡中，實時和硬實時應用需要可預測和一致的網絡周期時間，而軟實時應用可以容忍一定程度的延遲。例如，制造自動化系統可能需要硬實時響應來控制物理過程，而樓宇自動化系統可能需要軟實時響應來監控溫度和濕度水平。

實時通常被誤認為是快速通信。事實并非如此。 硬實時和軟實時的區別在于重復周期的抖動容差。硬實時應用通常希望抖動在 納秒級以下，而軟實時可以容忍毫秒甚至 秒級的抖動。

時間戳

在 IT 網絡中，時間戳對于確保準確的數據包排序和檢測異常至關重要。例如，在基于云的環境中，時間戳有助于識別和排除與數據包重新排序或重復相關的問題。

與此相反，OT 網絡需要 高精度 的時間戳來維持分布式系統的同步時鐘，確保對物理流程的一致控制。這在制造自動化等應用中尤為重要，因為在這些應用中，毫秒之差就能決定生產運行的成敗。

延遲和抖動

IT 網絡優先考慮低延遲以實現無縫通信，目標響應時間在 1-10 毫秒之間。

與此相反，OT 網絡側重于最大限度地減少抖動，以保持一致的流程控制，要求響應時間在幾十納秒到幾百納秒之間。

協議

IT 網絡在很大程度上依賴 TCP/IP（傳輸控制協議/互聯網協議）、UDP（用戶數據報協議）、SIP（會話啟動協議）和 HTTP（超文本傳輸協議）等標準協議進行通信，

而 OT 網絡則采用專為實時控制和監控而設計的工業專用協議。PROFINET 是一種基于以太網的現場總線，用于設備與設備之間的通信，而 CAN（控制器局域網）和 Modbus 則是自動化系統中廣泛使用的協議。這些 OT 協議優先考慮可靠性、確定性和低延遲，通常需要定制實施，以確保與工業設備無縫集成。相比之下，IT 協議則側重于數據包交換、糾錯和高效數據傳輸，以實現通用通信。

OT 協議有哪些種類

OT 協議形形色色。有些協議（如 Modbus 或 Ethernet/IP）基于傳統的 IT 協議（如 Modbus/TCP 中的 TCP）。 我們的 IOTA 有針對此類協議的特定儀表板，可以幫助分析設備或 PLC 網絡。

其他協議則基于完全不同的體系，如 CAN 或 PROFIBUS。對于這些協議，需要使用特定的嗅探器硬件，而且由于這些協議不是基于 RJ45 或類似標準，因此追蹤工作需要使用能夠符合協議物理特性的專用硬件。

另一類協議通常被稱為工業以太網。這類協議通常基于 IEEE802.3，并根據特定需求采用更高層協議。例如，以太網 POWERLINK 在標準以太網幀的基礎上使用特定幀來傳輸數據。另一方面，TTEthernet 也需要交換機和終端內的特定硬件組件，以利用時間同步協議實現硬實時應用。最新的此類協議稱為 TSN。TSN 使用特定類型的交換機和硬件組件來同步整個網絡的數據包。使用該協議，可以保證在幾微秒內接收數據包。

數據包捕獲面臨的挑戰

所有工業以太網協議都有相同的目標：確保在給定時間內傳輸和接收數據包。因此，分析方法需要與 IT 協議不同。了解傳輸的信息并不難，難的是如何精確應用和理解時間間隔。使用普通 PC 或硬件進行分析往往會導致錯誤的分析。原因在于，幾乎所有以太網硬件的實現都是為了滿足吞吐量和保證數據包的接收，而不是理解數據包的接收時間。例如，如果使用基于 Windows 的 PC 進行網絡分析，數據包往往會在毫秒級的捕獲過程中發生抖動，這使得任何分析方法都無法進行。

另一個問題是以太網前綴和后綴。一些 OT 協議使用這些部分來傳輸附加信息和同步。現代網卡在捕獲數據包時會刪除這些部分，因為操作系統通常不需要或不想要它們。

因此，必須盡可能精確和準確地接收數據包并正確標注時間戳。此外，數據包的相關信息（數據包來自何處、何時收到......）以及數據包 MAC 層的附加信息通常只有在直接從網絡上捕獲數據包時才能讀取。

最后，由于 OT 網絡通常需要精確的時間，而精確的時間又取決于電纜長度等因素，因此數據包捕獲應盡可能減少對整個網絡的干擾。

ProfiShark 和 IOTA 如何幫助您

ProfiShark 和 IOTA EDGE 型號均采用基于 FPGA 的捕獲引擎，可完整捕獲所有信息，而不會受到捕獲本身的進一步干擾。此外，所有數據包在接收到引擎后都會以極低的抖動（以毫微秒為單位）標注時間戳。這樣就可以對定時間隔、延遲、抖動和其他問題（這是 OT 網絡最常見的問題）進行非常精確和簡明的分析。

如今，許多工業公司都在使用 ProfiShark 分析 PROFINET、TSN 和以太網 POWERLINK 等各種協議。其非常精確的時間戳比目前市場上的大多數其他解決方案都要好得多。此外，切換時的網絡中斷時間非常短，而且帶外捕獲引擎允許直接在機器中實施 ProfiShark 和 IOTA，這使得未來的分析變得輕而易舉。IOTA 可以直接集成，并使用與現代機器相同的功率級別，利用其 API，可以在疊加 PLC 系統需要時執行分析和記錄軌跡的任務，使詳細和精確的分析變得前所未有的簡單。