8. Ethernet Industrial

8.1. Ethernet vs Etherner Industrial (nuevo 2026)

Característica Ethernet Tradicional Ethernet Industrial (Profinet, EtherCAT, Ethernet/IP, TSN, etc.)
Acceso al medio CSMA/CD (no determinístico). Si hay contienda, se reintenta con espera aleatoria. Acceso controlado o programado. El envío está planificado, sin aleatoriedad.
Colisiones Posibles (en half-duplex). Implican retrasos impredecibles. No hay colisiones. Se usa full-duplex o programación estricta.
Determinismo ❌ No determinístico: no se garantiza un tiempo máximo de transmisión. ✔️ Determinístico: se garantiza un tiempo máximo de entrega del mensaje.
Retardo (delay) Variable según carga de la red y colisiones. Acotado y predecible. El tráfico crítico tiene prioridad o ventanas dedicadas.
Jitter (variación del retardo) Alto en redes cargadas. Muy bajo. La temporización está controlada.
Mecanismo para asegurar tiempos Ninguno. Es "best effort". - Priorización de tráfico- Scheduling (ventanas de tiempo)- Sincronización (IEEE 1588/PTP)- Cíclico o por slots- Reservas de ancho de banda
Prioridad de tráfico QoS disponible, pero no garantiza tiempo máximo. QoS rígido + clases de tráfico industrial que sí garantizan tiempos.
Sincronización No está pensada para sincronización en micro/milisegundos. Sincronización distribuida precisa (PTP, SyncE).
Tolerancia a fallos Orientada a redes de oficina; recuperación “lenta” (STP). Recuperación rápida (MRP, DLR, redundancia de anillo en <1–3 ms).
Predictibilidad Baja. El tiempo depende de tráfico, colisiones, congestión. Alta. Los intervalos de transmisión están predefinidos.
Ejemplo de mecanismo estrella: Ninguno (uso general). TSN (Time Sensitive Networking) → crea ventanas temporales reservadas para tráfico crítico.
Adecuado para control industrial? ❌ No ✔️ Sí – especialmente para tiempo real duro o blando.
 
¿Qué hace que Ethernet Industrial sea determinístico?
1) Full-duplex + eliminación total de colisiones. Ya no existe CSMA/CD → el medio no es compartido.
2) Tráfico con prioridad estricta, se crea “tráfico isócrono” o de “tiempo real”, que SIEMPRE se envía primero.
3) Scheduling por ventanas temporales, el envío ocurre dentro de slots, no cuando “queda libre” la red.
Ejemplo: TSN crea Gate Control Lists que abren/cierra ventanas.
4) Sincronización precisa entre nodos, todo el sistema comparte un reloj común (PTP/IEEE 1588).
Todos los dispositivos saben:
  • “cuándo pueden transmitir”
  • “cuánto pueden transmitir”
  • “cuándo deben estar en silencio”
Las implementaciones que vuelven determinística a Ethernet Industrial se hacen en la CAPA 2 del modelo OSI (Capa de Enlace de Datos).
El COMPORTAMIENTO de la capa 2, no la estructura de la trama, no la cambia!.
En capa 2 implementa TSN – Time Sensitive Networking (IEEE 802.1Qbv, Qbu, Qav…)

1) TSN es completamente Capa 2.
Incluye Time-aware shaper (802.1Qbv) → scheduling temporal, Prioridades estrictas (802.1Qav), Preemption (802.1Qbu),Gate Control Lists,  Reserva de ancho de banda.
 
Nota ver que aqui aparecen 802.X => esto es OSI , NO TCP/IP!! 

2. PTP – IEEE 1588 (sincronización de nanosegundos)

PTP (Precision Time Protocol) se transporta dentro de tramas Ethernet como Frame L2 o como UDP L4 (según el perfil), pero:

 El impacto en tiempo real está en

no en capa 3 ni 4.

Los switches industriales incluyen:

  • Boundary clocks

  • Transparent clocks

  • Corrección de delay

Esto es capa 2 interna del switch.

3. Prioridades industriales (VLAN PCP, 802.1Q)

La prioridad está en:

  • encabezado Ethernet 802.1Q (capa 2)

  • El switch decide el orden de transmisión según PCP

Otra vez, capa 2.!!
4. Tráfico cíclico y programado (Profinet IRT, EtherCAT, Sercos III)

Estas tecnologías:

  • Reservan slots temporales

  • Definen ventanas donde ciertos dispositivos transmiten

  • Implementan scheduling en el switch o maestro industrial

Todo en Capa 2, incluso EtherCAT ni siquiera usa IP.

 
¿Un switch industrial es igual a otro que no es industrial?
No. Un switch de Ethernet Industrial no es igual a uno común.
Aunque ambos conmutan tramas Ethernet, los switches industriales incluyen características adicionales como sincronización PTP, soporte para tiempo real (TSN, prioridad estricta), redundancia de alta velocidad, protección ambiental y comportamiento determinístico del retardo.
Los switches estándar de oficina no garantizan tiempos máximos ni soportan las exigencias de control industrial.
 
 
🟥 Ethernet tradicional

  • Basado históricamente en CSMA/CD (half-duplex).

  • En switches modernos: “best effort” sin colisiones pero sin determinismo.

  • No hay garantías estrictas de:

    • retardo máximo

    • jitter

    • tiempo de entrega

--->>>  El acceso al medio es indeterminado.

🟩 Ethernet Industrial

El switch industrial aplica mecanismos adicionales sobre las mismas tramas para volver la red determinística y de tiempo real.

Ejemplos:

✔ PTP (IEEE 1588)

  • Sincroniza todos los equipos con precisión de microsegundos.

✔ TSN (Time Sensitive Networking)

  • Ventanas de tiempo donde solo ciertos flujos pueden transmitir (time-aware shaper).

  • Controla cuándo se puede transmitir → determinismo temporal.

✔ Colas de prioridad estricta

  • El tráfico de control (PLC, motion control, seguridad) pasa antes que todo lo demás.

✔ Programación del tráfico (scheduling)

  • Define qué flujo transmite en qué instante.

✔ Eliminación total de colisiones

  • Full-duplex + control temporal.

---->>>> Esto significa que la trama es la misma, pero el acceso al medio NO lo es. Ethernet Industrial tiene control de acceso “por tiempo” y no por competencia”.


¿Puede conectarse Ethernet Industrial a un switch LAN común?

La respuesta es sí. Pero la pregunta importante es:  ¿Mantendrá sus propiedades de tiempo real y determinismo?

Y la respuesta es: No necesariamente. La conectividad se mantiene porque todos hablan Ethernet, pero las prestaciones de tiempo real solo se conservan si toda la infraestructura involucrada soporta los mecanismos necesarios (QoS, PTP, TSN, IRT, etc.).

Lo que sí funciona

Las tramas Ethernet siguen siendo válidas porque respetan el formato IEEE 802.3.

Por ejemplo: PLC <----> Switch LAN <----> PC de Ingeniería

La PC puede:

  • Hacer ping al PLC.
  • Acceder a su interfaz web.
  • Programarlo.
  • Leer variables mediante TCP/IP.

Todo eso funciona sin problemas.

Lo que deja de estar garantizado

Supongamos que ese mismo PLC controla un robot que necesita intercambiar datos cada 250 μs.

Si la red pasa por un switch LAN común:

  • El switch puede introducir retardos variables.
  • No existe sincronización temporal precisa.
  • No hay ventanas reservadas para tráfico crítico.
  • El jitter aumenta.

Entonces la comunicación sigue existiendo, pero deja de ser determinística, dejamos de GARANTIZAR.

Ejemplo con PROFINET

PROFINET RT puede funcionar sobre switches Ethernet normales.

Sin embargo:

PROFINET RT → tiempos del orden de milisegundos.
PROFINET IRT → requiere infraestructura compatible para garantizar sincronización y tiempos isócronos.

Si colocas un switch común en medio, normalmente el sistema degrada su funcionamiento a RT.

Ejemplo con EtherNet/IP

EtherNet/IP utiliza TCP/UDP/IP estándar.

Puede atravesar:

switches corporativos,
routers,
VLANs.

Pero el comportamiento temporal dependerá completamente de la congestión y de la calidad de la infraestructura.

TSN cambia el panorama

Con Time-Sensitive Networking ocurre algo interesante. TSN es una extensión de Ethernet estándar definida por IEEE.

Para que funcione:

  • todos los equipos del camino deben soportar TSN,
  • incluidos los switches.

Si en medio aparece un switch Ethernet convencional, las garantías TSN desaparecen en ese segmento.

Resumiendo:

Ethernet Industrial no es una tecnología ajena a Ethernet. Está basada en los estándares IEEE 802 y, en muchos casos, utiliza extensiones o perfiles específicos de esos estándares para proporcionar características de tiempo real, sincronización y determinismo.