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”.