[네트워크] 이더캣이란?

■ 이더캣

이더캣(EtherCAT, Ether for Control Automation Technology)은 산업용 이더넷 기술의 일종으로, 이더넷 표준인 IEEE 802.3에 정의된 프레임과 물리적 계층을 사용하는 통신 방식을 의미한다.

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이더캣은 기존 이더넷의 복잡한 7계층 중 하나만을 사용하고 DMA(Direct Memory Access) 방식을 활용함에 따라 고성능이면서 저비용인 사용하기 쉬운 통신 방식이다.

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산업용 컴퓨팅 기술이 발전하면서 CPU의 성능이 빠르게 성장하였다. 하지만 기존의 통신 방식들은 이러한 흐름을 맞춰주지 못했다.

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가장 빠른 통신기술 중 하나인 이더넷 방식은 이더넷 프레임이 84바이트 밖에 되지 않는 문제도 있으며, 데이터의 크기가 더 작아진다면 효율성에 대한 부분과 응답속도 부분에서 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 이더캣 프로토콜이 제안되었고, 현재 산업용 통신 방식에서 활발히 사용되고 있다.

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이더캣 통신의 중요한 기능적 원리는 이더캣 노드(디바이스)들이 이더넷 프레임을 어떻게 처리하는가에 있다. 각 노드는 프레임이 이동하는 동안 자신에게 전달된 데이터를 읽고, 그리고 자신의 데이터를 모두 프레임에 기록한다. 이러한 동작원리는 스위치나 허브의 필요성을 없애면서 대역폭 이용률을 높일 수 있다.

■ 이더캣 장점

(1) 네트워크 성능 : 이더캣이 프레임을 처리하는 방법은 이더캣을 가장 빠른 산업용 이더넷 기술이 되게 했다. 어떤 다른 기술도 이더캣의 대역폭 이용률 또는 이에 상응하는 보여줄 수 없다(10억분의 1초의 정확도로 동기화 됨). 빠른 반응 시간으로 인해 프로그램 처리 단계들 사이에 이동하는 데 걸리는 대기시간을 줄일 수 있고 이로 인해 효율이 높아진다. 그렇기 때문에 다른 버스 통신들 보다 25~30% 정도 CPU의 부하를 줄일 수 있다.

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(2) 유연한 토폴로지 : 기존의 산업용 이더넷 시스템에서는 접속할 수 있는 스위치와 허브의 갯수에 제한이 있고 이러한 제약이 전체 네트워크 토폴리지를 제한한다. 하지만, 이더캣 네트워크는 연결에 있어서 제약이 없기 때문에 토폴로지에 제한을 받지 않으면서 최대 65,535개의 디바이스들을 연결할 수 있다. EtherCAT에서 이용하는 고속 이더넷 방식의 물리적 연결은 두 개의 디바이스들 사이의 거리를 최대 100m까지 허용하며, 더 먼거리는 광섬유의 사용으로 가능하다.

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(3) 다용도 : 이더캣은 중앙 집중 시스템 및 분산 시스템 구조 모두에 적합하다. 이더캣은 마스터-슬레이브, 마스터-마스터, 슬레이브-슬레이브 통신을 지원하며 또한 하위의 필드버스들도 통합할 수 있다. 공장 전체 측면에서 EAP(EterCAT Automation Protocol)는 기존의 인프라를 모두 포괄할 수 있는 통신이다.

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(4) 사용의 편리성 : 전통적인 필드버스*시스템과 비교했을 때, 이더캣 통신 방식은 노드 어드레스가 자동적으로 설정될 수 있고 네트워크 설정이 필요 없으며 진단 및 빠른 고장 위치 확인은 오류를 정확하게 찾아내게 한다. 이런 고급 기능에도 불구하고 이더캣은 다른 산업용 이더넷보다 사용하기 쉽다. 네트워크를 구성할 때 스위치를 사용하지 않고 MAC 또는 IP 어드레스의 복잡한 조작이 요구되지 않는다.

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* 필드버스 : 필드버스(fieldbus)는 실시간 분산 제어를 위해 사용되는 산업용 컴퓨터 네트워크 프로토콜집합의 통칭으로서, 현재 IEC 61158로 표준화되어 있다.