第七章工业以太网知识发现

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1、第第7 7章章 工业以太网工业以太网1课堂优质第第7 7章章 工业以太网工业以太网工业以太网简介以太网的物理连接与帧工业以太网简介以太网的物理连接与帧结构结构TCP/IPTCP/IP协议组协议组实时以太网实时以太网EtherNet/IPEtherNet/IP高速以太网高速以太网HSEHSEPROFINETPROFINET嵌入式以太网节点与基于嵌入式以太网节点与基于WebWeb的远程监控的远程监控 2课堂优质 什么是工业以太网什么是工业以太网n什么是工业以太网？什么是工业以太网？是用于工业环境的以太网？还是用于测量控制领域的以太是用于工业环境的以太网？还是用于测量控制领域的以太网？还是某种现场总

2、线？网？还是某种现场总线？目前对工业以太网没有一个严格的定义。各家推出的工业目前对工业以太网没有一个严格的定义。各家推出的工业以太网在技术上也存在相当大的差距。以太网在技术上也存在相当大的差距。工业以太网源于、而又不同于普通以太网技术，它是计算工业以太网源于、而又不同于普通以太网技术，它是计算机网络技术在工业应用领域延伸机网络技术在工业应用领域延伸n将普通以太网改进为适合工业应用环境将普通以太网改进为适合工业应用环境n添加控制应用功能、形成基于以太网通信的测量控制网络添加控制应用功能、形成基于以太网通信的测量控制网络n工业以太网是普通以太网技术在控制网络延伸的产物工业以太网是普通以太网技术在控

3、制网络延伸的产物, ,是工是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体。业应用环境下信息网络与控制网络的结合体。n应用于工业自动化领域的以太网技术。n在以太网技术和TCP/IP技术的基础上发展起来的一种工业网络。3课堂优质PROFINET和PROFIBUSnPROFINET和PROFIBUS是PNO组织推出的两种现场总线。n两者本身没有可比性，PROFINET基于工业以太网，而PROFIBUS基于RS485串行总线，两者协议上由于介质不同完全不同，没有任何关联。n两者相似的地方都具有很好的实时性，原因在于都使用了精简的堆栈结构。n基于标准以太网的任何开发都可以直接应用在PROFINET网络中，世

4、界上基于以太网的解决方案的开发者远远多于PROFIBUS开发者，所以，有更多的可用资源去创新技术。4课堂优质5课堂优质因特网的发展历程n1969年，最早的因特网ARPANET；n20世纪80年代，因特网NSFNET；n20世纪90年代以后，商业因特网。6课堂优质7课堂优质n以太网的物理层命名原则信号速率（Mbit/s）带宽（基带或宽带）长度（米）或电缆类型8课堂优质9课堂优质10课堂优质11课堂优质12课堂优质13课堂优质n以太网的物理层以太网的物理层基带传输是指在一条线上只有一个信道，所有的数据传输只能使用这个信道，基带采用MANCHESTER编码。10BASE5是最早也是最经典的以太网标准

5、1990年发布的10BASE-T是以太网发展史上的一个里程碑，它在双绞线上实现了10Mbit/s的数据传输。1992年发布的10BASE-F系列以太网使用的传输介质是光纤。1995年通过了快速以太网标准IEEE802.3u。1998年开始陆续发布了吉位（千兆位）以太网1000BASE系列，从2002年开始陆续发布了万兆以太网10GBASE系列。大多数的工业以太网技术都是基于快速以太网技术而开发的。控制网络的应用领域一般都是百兆以太网。14课堂优质n以太网的数据链路层以太网的数据链路层以太网的数据链路层分为媒体访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。MACLLC介质访问方式是CSMA

6、/CD15课堂优质工业以太网技术应解决的问题n1.1.通信实时性问题通信实时性问题n以以太太网网采采用用的的CSMA/CDCSMA/CD的的介介质质访访问问控控制制方方式式，其其本本质质上上是是非非实实时时的的。平平等等竞竞争争的的介介质质访访问问控控制制方方式式不不能能满满足足工工业业自自动动化化领域对通信的实时性要求。领域对通信的实时性要求。n以以太太网网一一直直被被认认为为不不适适合合在在底底层层工工业业网网络络中中使使用用。需需要要有有针针对对这这一一间间题题的的切切实实可行的解决方案。可行的解决方案。16课堂优质n2.2.对环境的适应性与可靠性问题对环境的适应性与可靠性问题n以以太太

7、网网是是按按办办公公环环境境设设计计的的，将将它它用用于于工工业业控控制制环环境境，其其鲁鲁棒棒性性、抗抗干干扰扰能能力力等等能能否自动化的要求。否自动化的要求。n在在产产品品设设计计时时要要特特别别注注重重材材质质、元元器器件件的的选选择择。使使产产品品在在强强度度、温温度度、湿湿度度、振振动动、干干扰扰、辐辐射射等等环环境境参参数数方方面面满满足足工工业业现现场场的要求。的要求。17课堂优质n3.3.总线供电总线供电n在在控控制制网网络络中中，现现场场控控制制设设备备的的位位置置分分散散性性使使得得它它们们对对总总线线有有提提供供工工作作电电源源的的要要求求。现现有有的的许许多多控控制制网

8、网络络技技术术都都可可利利用用网网线线对对现现场场设设备备供供电电，工工业业以以太太网网目目前前还还没没有有对对网络节点供电做出规定。网络节点供电做出规定。n4.4.本质安全本质安全n工工业业以以太太网网如如果果要要用用在在一一些些易易燃燃易易爆爆的的危危险险工工业业场场所所，就就必必须须考考虑虑本本安安防防爆爆问问题题，这这是是在在总总线线供供电电解解决决之之后后要要进进一一步步解解决决的的问题。问题。18课堂优质n解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施全双工以太网（fullduplexEthernet）数据优先权（dataprioritization）

9、n数据优先权涉及到为数据帧分配优先级IEEE802.1q服务质量（QualityofService，QoS）n为具体的传输建立确定的参数（确定性问题），保证传输延时（即等待时间）是可预测和有保障的。19课堂优质n用以太网作为现场总线网络的高速网段用以太网作为现场总线网络的高速网段n在工业数据通信与控制网络中，直接采用以在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为控制网络的通信技术只是工业以太太网作为控制网络的通信技术只是工业以太网发展的一个方面，现有的许多现场总线控网发展的一个方面，现有的许多现场总线控制网络提出了与以太网结合，用以太网作为制网络提出了与以太网结合，用以太网作为现场总线网络的

10、高速网段，使控制网络与现场总线网络的高速网段，使控制网络与InternetInternet融为一体的解决方案。融为一体的解决方案。n例如例如HlHl的高速网段的高速网段HSEHSE，EtherNet/IPEtherNet/IP，PROFlNetPROFlNet等，都是工业以太网技术的典型代等，都是工业以太网技术的典型代表。表。20课堂优质n“E E”网到底，远程监控网到底，远程监控n在控制网络中采用以太网技术无疑有助于在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与互联网的融合，实现控制网络与互联网的融合，实现EthernetEthernet的的“E E”网到底，使控制网络无需经过网网到底，使控

11、制网络无需经过网关转换即可直接连至互联网，使测控节点关转换即可直接连至互联网，使测控节点有条件成为互联网上的一员。有条件成为互联网上的一员。n在应用层协议尚末统一的环境下，借助在应用层协议尚末统一的环境下，借助IEIE等通用的网络测览器实现对生产现场的监等通用的网络测览器实现对生产现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们视与控制，进而实现远程监控，也是人们提出且正在实现的一个有效的解决方案。提出且正在实现的一个有效的解决方案。21课堂优质工业以太网非确定性问题的解决措施工业以太网非确定性问题的解决措施n通信非确定性是以太网技术迸人控制领域通信非确定性是以太网技术迸人控制领域的最大障碍。的最

12、大障碍。n控制网络不同于普通计算机网络，其最大控制网络不同于普通计算机网络，其最大特点在于它应该满足控制作用对实时性的特点在于它应该满足控制作用对实时性的要求。要求。n以太网采用以太网采用CSMA/CDCSMA/CD的媒体访问控制方式：的媒体访问控制方式：非确定性非确定性 (non-deterministic) (non-deterministic)网络。网络。22课堂优质n1.提高通信速率提高通信速率n在在相相同同通通信信量量的的条条件件下下，提提高高通通信信速速率率可可以以减减少少通通信信信信号号占占用用传传输输介介质质的的时时间间，从从一一个个角角度度为为减减少少信信号号的的碰碰撞撞冲冲

13、突突，解解决决以以太网通信的非确定性提供了途径。太网通信的非确定性提供了途径。n以太网：以太网： 10Mbit/s 10Mbit/s，100Mbit/s100Mbit/s到千兆到千兆n控控制制网网络络：几几十十千千位位/s/s、几几百百千千位位/s/s、lMbit/slMbit/s、5Mbit/s5Mbit/sn通通信信速速率率的的提提高高是是明明显显的的，对对减减少少碰碰撞撞冲冲突也是有效的。突也是有效的。23课堂优质n2.2.控制网络负荷控制网络负荷n减减轻轻网网络络负负荷荷也也可可以以减减少少信信号号的的碰碰撞撞冲冲突突，提高网络通信的确定性。提高网络通信的确定性。n控控制制网网络络的的

14、通通信信量量不不大大，随随机机性性、突突发发性性通通信信的的机机会会也也不不多多，其其网网络络通通信信大大都都可可以以事事先先预计，并对其做出相应的通信调度安排。预计，并对其做出相应的通信调度安排。在网络设计时在网络设计时正确选择网络的拓扑结构正确选择网络的拓扑结构控制各网段的负荷量控制各网段的负荷量合理分布各现场设备的节点位置合理分布各现场设备的节点位置24课堂优质n3.3.采用以太网络的全双工交换技术采用以太网络的全双工交换技术n采采用用以以太太网网交交换换机机，将将网网络络切切分分为为多多个个网网段段，就就为为连连接接在在其其端端口口上上的的每每个个网网络络节节点点提提供供了了独独立立的

15、的带带宽宽，相相当当于于每每个个设设备备独独点点一一个个网网段段，使使同同一一个个交换机上的不同设备之间不存在资源争夺。交换机上的不同设备之间不存在资源争夺。n在在网网段段分分配配合合理理的的情情况况下下，由由于于网网段段上上的的多多数数数数据据不不需需要要经经过过主主干干网网传传输输，因因此此交交换换机机能能够够过过滤滤掉掉这这些些数数据据，使使数数据据只只在在本本地地网网络络传传输输，而而不不占占用其他网段的带宽。用其他网段的带宽。n交交换换机机之之间间通通过过主主干干线线进进行行连连接接，从从而而有有效效地地降降低低了了各各网网段段和和主主干干网网络络的的负负荷荷，使使网网络络中中产产生

16、生冲冲突的可能性大大降低，提高了网络通信的确定性。突的可能性大大降低，提高了网络通信的确定性。25课堂优质n4.4.提供适应工业环境的元件提供适应工业环境的元件n现现已已开开发发出出一一系系列列密密封封性性好好、坚坚固固、抗抗震震动动的的以以太太网网设设备备与与连连接接件件，例例如如导导轨轨式式收收发发器器、集集线线器器、交交换换机机、带带锁锁紧紧机机构构的的接接插插件件等等。它它们们适适合合在在工工业业环环境境中中使使用用，为为以太网进入工业控制环境创造了条件。以太网进入工业控制环境创造了条件。n采取上述措施可以使以太网的非确定性问采取上述措施可以使以太网的非确定性问题得到相当程度的缓解，但

17、还不能说从根题得到相当程度的缓解，但还不能说从根本上得到了解决。本上得到了解决。26课堂优质n工业以太网组织工业以太网组织: :工业以太网协会工业以太网协会IEA IEA （Industrial Industrial Ethernet AssociationEthernet Association）工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟IAONAIAONA（Industrial Automation Open Industrial Automation Open Network AllianceNetwork Alliance）等）等n推进工业以太网技术的发展、教育和标推进工业以太网技术

18、的发展、教育和标准化管理、工业应用领域运用准化管理、工业应用领域运用n美国电气电子工程师协会美国电气电子工程师协会 (IEEE) (IEEE)也正着也正着手制定现场装置与以太网通信的标准。手制定现场装置与以太网通信的标准。27课堂优质以太网进入工控领域的优势以太网进入工控领域的优势价格优势价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使：由于信息网络的存在和以太网的大量使用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网卡的特点，如网卡技术优势技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为许多人掌握。已为许多人

19、掌握。有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连接，便于与外界沟通信息接，便于与外界沟通信息工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，二是致力于在数据链路层实现实时以太网二是致力于在数据链路层实现实时以太网工业以太网目前还没有一致的定义与规范工业以太网目前还没有一致的定义与规范28课堂优质n以以太太网网技技术术作作为为现现场场总总线线技技术术具具有有如如下下技技术优势术优势: :n（1 1）采用以太网作为现场总线，可

20、以保证）采用以太网作为现场总线，可以保证现场总线技术的可持续发展。现场总线技术的可持续发展。由于以太网的广泛应用，使它的发展一由于以太网的广泛应用，使它的发展一直受到广泛的重视和大量的技术投入，直受到广泛的重视和大量的技术投入，保证了以太网技术的不断发展。保证了以太网技术的不断发展。如果工业控制领域采用以太网作为现场如果工业控制领域采用以太网作为现场总线，将保证技术上的可持续发展，并总线，将保证技术上的可持续发展，并在技术升级方面无需独自的研究投入。在技术升级方面无需独自的研究投入。29课堂优质n以以太太网网技技术术作作为为现现场场总总线线技技术术具具有有如如下下技技术术优优势势: :n（2

21、2）以太网受到广泛的开发技术支持。）以太网受到广泛的开发技术支持。n由由于于以以太太网网是是应应用用最最广广泛泛的的计计算算机机网网络络技技术术，几几乎乎所所有有的的编编程程语语言言都都支支持持以以太太网网的的应应用用开开发发，例例如如JavaJava、VisualC+VisualC+、VisualBasicVisualBasic等。等。n采采用用以以太太网网作作为为现现场场总总线线，可可以以保保证证多多种种开开发发工工具、开发环境供选择。具、开发环境供选择。30课堂优质n以以太太网网技技术术作作为为现现场场总总线线技技术术具具有有如如下下技技术术优势优势: :n（3 3）由于以太网是应用最广

22、泛的计算机网）由于以太网是应用最广泛的计算机网络技术，它也受到硬件开发商的高度重视，络技术，它也受到硬件开发商的高度重视，这使得以太网系统的设计有广泛的硬件产品这使得以太网系统的设计有广泛的硬件产品可供选择。可供选择。n（4 4）由于以太网己被使用多年，以太网具）由于以太网己被使用多年，以太网具有大量的软件资源，人们对以太网设计、应有大量的软件资源，人们对以太网设计、应用有很多的经验，对以太网技术十分熟悉。用有很多的经验，对以太网技术十分熟悉。31课堂优质n以以太太网网技技术术作作为为现现场场总总线线技技术术具具有有如如下下技技术术优优势势: :n最最重重要要的的是是，如如果果采采用用以以太太

23、网网作作为为现现场场总总线线技技术术，可可以以避避免免现现场场总总线线技技术术游游离离于于计计算算机机网网络络技技术术的的发发展展主主流流之之外外，使使现现场场总总线线技技术术和和计计算算机机网网络络技技术术的的主主流流技技术术很很好好地地融融合合起起来来，形形成成现现场场总总线线技技术和一般的计算机网络技术相互促进的局面。术和一般的计算机网络技术相互促进的局面。n这这将将意意味味着着可可以以实实现现自自动动化化控控制制领领域域的的彻彻底底开开放放，从从而而打打破破任任何何垄垄断断的的企企图图，并并使使自自动动化化领领域域产产生生新的生机和活力。新的生机和活力。32课堂优质n工业以太网与其它控

24、制网络比较的优势工业以太网与其它控制网络比较的优势: :n（1 1）工工业业以以太太网网可可以以满满足足控控制制系系统统各各个个层层次次的的要求，使企业信息网络与控制网络得以统一。要求，使企业信息网络与控制网络得以统一。n（2 2）设设备备成成本本下下降降。以以太太网网卡卡的的价价格格是是现现场场总总线线网网络络接接口口卡卡的的十十分分之之一一，由由于于安安装装量量的的原原因因，现场总线的成本也远远无法与以太网相比。现场总线的成本也远远无法与以太网相比。n（3 3）用用户户拥拥有有成成本本下下降降。几几乎乎每每家家企企业业都都具具有有以以太太网网维维护护能能力力的的人人员员，无无需需再再专专门

25、门学学习习一一种种控控制网络。制网络。n（4 4）以太网易与）以太网易与InternetInternet集成。集成。33课堂优质n工业以太网的现状技术上的改造大公司增加开发力度几种主要的工业以太网nEthernet/IP基于以太网技术、TCP/IP技术和CIP技术，因此它兼具工业以太网和CIP网络的优点。nHSE基于以太网（IEEE802.3）TCP/IPH1的六层结构。34课堂优质n发展n以太网技术最早由以太网技术最早由XeroxXerox开发，后经数字设备公司开发，后经数字设备公司 (digitalequipment(digitalequipment此此rprp) )、lntellntel

26、公司联合扩展，于公司联合扩展，于19821982年年公布了以太网规范。公布了以太网规范。IEEE802.3IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制就是以这个技术规范为基础制定的。定的。n以太网规范只包括通信模型中的物理层与数据链路层。以太网规范只包括通信模型中的物理层与数据链路层。n1999年底，PIPROFINET;2000年底，成为IEC61158-10;2002年，第一个软件包；基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准，是一种实时以太网技术，同时它无缝地集成现有的现场总线系统，从而使现在对于现场总线技术的投资得到保护。支撑技术多，集成的功能强35课堂优质工业以太网技术的发展趋势

27、n以以太太网网描描述述了了物物理理层层和和数数据据链链路路层层，并并已已成为成为InternetInternet的协议。的协议。n所所以以，许许多多现现场场总总线线组组织织也也在在致致力力于于发发展展IPIP和和 以以 太太 网网 技技 术术 ， 当当 前前 快快 速速 发发 展展 的的IT(information IT(information technology)technology)技技术术已已成成为为工业控制网络中的一部分。工业控制网络中的一部分。36课堂优质发展趋势37课堂优质n随随着着微微处处理理器器和和工工业业以以太太网网的的发发展展，末末来来的的I/OI/O设设备备可可以以是是

28、一一台台网网络络服服务务器器，通通过过测测览览器器网网页页就就可可以以实实现现设设备备的加载、组态、监控。的加载、组态、监控。n注注册册时时，系系统统可可以以通通过过IPIP自自动动搜搜索索网网络络上上的的硬硬件件，这这时时组组态态软软件件就就可可以以显显示这些硬件，并提供组态界面。示这些硬件，并提供组态界面。 发展趋势38课堂优质n当当 前前 流流 行行 的的 OPC(OLE(-Object OPC(OLE(-Object Linking Linking and and EmbeddingEmbedding，对对象象连连接接与与嵌嵌入入) ) for for Process Process

29、Control,Control,用用于于过过程程控控制制的的OLE)OLE)、HTTPHTTP等等技技术术将将为为这一过程铺平道路。这一过程铺平道路。n上上位位机机和和底底层层设设备备之之间间的的客客户户端端- -服服务务器器模模式式如如图所示。图所示。n还还可可以以在在现现场场设设备备中中嵌嵌人人称称之之Chip Chip SeverSever的的InternetInternet芯芯片片，从从而而使使InternetInternet无无处处不不在在的的理理念念得到实现。得到实现。发展趋势39课堂优质发展趋势40课堂优质n还还可可以以在在现现场场设设备备中中嵌嵌人人称称之之Chip Chip

30、SeverSever的的InternetInternet芯芯片片，从从而而使使“InternetInternet”无无处处不不在在的的理念得到实现。理念得到实现。nWindowsNTWindowsNT对对以以太太网网驱驱动动程程序序的的支支持持，将将使使其其成成为工业控制中最合适的操作系统。为工业控制中最合适的操作系统。nWindowsCEWindowsCE也也被被认认为为是是设设备备合合适适的的嵌嵌人人式式操操作作系系统。统。Windows NTWindows NT会占据会占据80%80%的市场分额的市场分额Windows CEWindows CE以其实时功能占据以其实时功能占据16%16%

31、剩下的剩下的4%4%是专用系统是专用系统发展趋势41课堂优质n从从信信息息集集成成的的观观点点来来看看，现现场场总总线线的的底底层层信信息息必必然然要要和和上上层层的的通通用用局局域域网网连连接接，将将底底层层信信息息集集成成到到车车间间、公公司司级级的的数数据据库库中中，甚至通过甚至通过WEBWEB方式测览和交互控制。方式测览和交互控制。n因因此此，有有专专家家预预言言，现现场场总总线线技技术术与与以以太太网技术相结合将是未来发展的方向。网技术相结合将是未来发展的方向。 发展趋势42课堂优质43课堂优质n概述实质：为什么还要发展和使用工业以太网？n关于IEC61158n选择什么样的网络技术？

32、n需要解决的问题通信的实时性问题对环境的适应性和可靠性问题总线供电问题本质安全与防爆问题其他问题44课堂优质工业以太网是一系列技术的工业以太网是一系列技术的统称统称n以太网的由来与标准以太网的由来与标准以太网最早由以太网最早由Xerox Xerox 开发，后经数字仪器公司、开发，后经数字仪器公司、IntelIntel公公司联合扩展，形成局域网标准司联合扩展，形成局域网标准IEEE802.3IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制定的就是以这个技术规范为基础制定的n以太网的通信参考模型以太网的通信参考模型 按按ISOISO开放系统互连参考模型的分层结构，以太网只包开放系统互连参考模型的分层结

33、构，以太网只包括通信模型中的物理层与数据链路层括通信模型中的物理层与数据链路层n工业以太网含盖了一系列技术工业以太网含盖了一系列技术以太网规范（物理层与数据链路层）以太网规范（物理层与数据链路层）TCP/IPTCP/IP（网络层的网际互连协议（网络层的网际互连协议IPIP；传输层的传输控制；传输层的传输控制协议协议TCPTCP；用户数据报协议；用户数据报协议UDPUDP）。属）。属TCP/IPTCP/IP协议组下层协议组下层协议协议应用层上的应用层上的SMTPSMTP（电子邮件协议）、（电子邮件协议）、DNSDNS（域名系统服务）（域名系统服务）、FTPFTP（文件传输协议）、（文件传输协议）

34、、HTTPHTTP（超文本传输协议）、动（超文本传输协议）、动态网页发布等；属态网页发布等；属 TCP/IP TCP/IP协议组的上层协议协议组的上层协议45课堂优质n工业以太网技术：工业以太网技术：n不仅包含了物理层与数据链路层的以太网不仅包含了物理层与数据链路层的以太网规范，而且包含规范，而且包含TCP/IPTCP/IP协议组，即包含网协议组，即包含网络层的网际互联协议络层的网际互联协议lPlP、传输层的传输控、传输层的传输控制协议制协议TCPTCP、用户数据包协议、用户数据包协议UDPUDP等。等。n有时甚至把应用层的简单邮件传送协议有时甚至把应用层的简单邮件传送协议SMTPSMTP、域

35、名服务、域名服务DNSDNS、文件传输协议、文件传输协议FTPFTP、再加上超文本链接再加上超文本链接HTTPHTTP、动态网页发布等、动态网页发布等互联网上的应用协议都与以太网这个名词互联网上的应用协议都与以太网这个名词捆绑在一起。捆绑在一起。46课堂优质n过去以太网在工业自动化领域应用有限过去以太网在工业自动化领域应用有限（1 1）以太网采用）以太网采用CSMA/CDCSMA/CD碰撞检测方式：网络碰撞检测方式：网络的不确定性的不确定性（2 2）以以太太网网所所用用的的接接插插件件 (connector)(connector)、集集线线器器 (hub)(hub)、交交换换机机 (switc

36、hes)(switches)和和电电缆缆等等不不符符合合工业现场恶劣环境的要求。工业现场恶劣环境的要求。（3 3）以以太太网网抗抗干干扰扰性性能能较较差差，不不具具备备本本质质安安全全性能。性能。（4 4）以以太太网网还还不不具具备备通通过过信信号号线线向向现现场场仪仪表表供供电的性能。电的性能。47课堂优质n现场总线与以太网融合现场总线与以太网融合n在在现现场场总总线线协协议议中中，为为提提高高传传输输效效率率，一一般般只只定定义义七七层层协协议议中中的的物物理理层层、数数据据链链路路层和应用层。层和应用层。n为为与与以以太太网网融融合合，通通常常在在数数据据包包前前加加入入IPIP地址，并

37、通过地址，并通过TCPTCP来进行数据传递。来进行数据传递。n如今的控制网络中，以太网己经成为企业如今的控制网络中，以太网己经成为企业层和控制层的主要网络技术。层和控制层的主要网络技术。48课堂优质n以太网使用了以太网使用了TCP/IPTCP/IP协议协议n在在IS0/OSI7IS0/OSI7层协议中，以太网本身只定义层协议中，以太网本身只定义了物理层和数据链路层。了物理层和数据链路层。n高层控制协议，以太网使用了高层控制协议，以太网使用了TCP/IPTCP/IP协议。协议。nIP(internet protocol)IP(internet protocol)：确定信息传递：确定信息传递路线路

38、线nTCP(transmission controI protocol)TCP(transmission controI protocol)：保证传输的可靠性。保证传输的可靠性。49课堂优质nIPIP技术技术nIPIP技技 术术 是是 InternetInternet的的 基基 础础 ： IEEE1394IEEE1394，ATM(asynchronous ATM(asynchronous transfer transfer mode)mode)，TCP,UDP(user TCP,UDP(user datagram datagram protocol)protocol)等等等等，它它还还可可以以

39、适适用用于于其其它它的的通通信信标标准准，如如FTP(file FTP(file transfer transfer protocol)protocol)和和SMTP(Simple mail transfer protocol)SMTP(Simple mail transfer protocol)等。等。n以太网已成为事实上的工业标准：以太网已成为事实上的工业标准：办公自动化办公自动化企业的管理网络企业的管理网络50课堂优质TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）n实质nAPRANET的网络控制协议，它基于以下两个原则：一

40、是物理网络不完全可靠二是网络协议不能依赖于特定的硬件或软件51课堂优质TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）n1982年，ARPA将TCP/IP定为ARPANET的协议族，同时国防部也宣布其为军用标准。n互联网即互联的网络集合，特别是使用TCP/IP的网络集合。而因特网就是连接起来的TCP/IP互联网。n上世纪80年代，UNIX绑定了TCP/IP，NSF也命令组成NSFNET的所有NSF资助的超级计算机中心和计算机网络都将TCP/IP作为它们的网络通信协议。n所有这一切基本上确定了TCP/IP在网络通信协议中的事实上标准

41、的地位。52课堂优质nTCP/IP模型nTCP/IP早，OSI晚nTCP/IP没有按一种标准去开发设计，但最终成为公认的标准；OSI是国际标准，但最终使用者很少。nTCP/IP只有4层，最下面的网络接口层实际上不是通常意义上的层，它仅仅是网络层和底层的接口。nTCP/IP模型:开始并没有什么“模型”，为了和OSI进行比较，才画出了一个模型。53课堂优质工业以太网与工业以太网与OSIOSI的通信参考模型对比的通信参考模型对比54课堂优质nTCP/IP 各层的功能各层的功能n网络层n传输层传输控制协议（TCP）用户数据包协议UDPn应用层包含多种协议来满足不同的需要。55课堂优质工业以太网的应用分

42、类工业以太网的应用分类n作为工业环境中的计算机网络作为工业环境中的计算机网络n作为其他现场总线网段的上层（高速）网络作为其他现场总线网段的上层（高速）网络n基于普通以太网技术的控制网络基于普通以太网技术的控制网络E E网到底，在实时性要求不严格的场合用作网到底，在实时性要求不严格的场合用作控制网络控制网络n基于实时以太网技术的控制网络基于实时以太网技术的控制网络56课堂优质LH1设备集成设备集成L用于工业环境的计算机网络用于工业环境的计算机网络LH1 离散离散 I/OH1设备集成设备集成COTS 交换机交换机/防火墙防火墙操作员工作站操作员工作站工程师工作站工程师工作站链接设备链接设备HSE

43、间歇控制器间歇控制器MIOFFBHSEPLC非非FF传感器总线传感器总线FFBFFB光缆COTS 交换机交换机/防火墙防火墙应用软件应用软件HSE2000米双绞线对电缆双绞线对电缆100米其它地区其它地区/工厂工厂数据服务器数据服务器57课堂优质作为其它现场总线网段的上层网络作为其它现场总线网段的上层网络58课堂优质 基于普通以太网技术的基于普通以太网技术的嵌入式控制节点n带以太网接口的嵌入式控制节点带以太网接口的嵌入式控制节点随着随着ASICASIC芯片集成度与功能的不断增强，单个芯片内可包芯片集成度与功能的不断增强，单个芯片内可包括括CPUCPU、存储器、通信接口、存储器、通信接口、I/O

44、I/O接口等等接口等等（如（如ARM9） 在现场智能设备中直接集成带以太网接口的多功能芯片，在现场智能设备中直接集成带以太网接口的多功能芯片，添加驱动、隔离电路等，便可形成添加驱动、隔离电路等，便可形成嵌入式嵌入式以太网以太网控制节点。控制节点。还可还可集成集成WebWeb服务器、服务器、CAN2.0BCAN2.0B， Bluetooth Bluetooth等通信接口，等通信接口，以及相关控制功能以及相关控制功能n在实时性要求不高的场合，由带普通以太网接口的在实时性要求不高的场合，由带普通以太网接口的现场智能节点组成控制网络现场智能节点组成控制网络如在楼宇自动化的某些应用场合如在楼宇自动化的某

45、些应用场合59课堂优质典型嵌入式以太网节点的典型嵌入式以太网节点的结构框图结构框图60课堂优质基于普通以太网技术的控制网络基于普通以太网技术的控制网络智能小区监控系（供暖、（供暖、供水、配电、保安、消防）供水、配电、保安、消防）1号楼设备接其它以太网设备9号楼设备接其它以太网设备接上层网络光纤61课堂优质基于普通以太网技术的混合网络基于普通以太网技术的混合网络（计算机网络挂接嵌入式控制节点）62课堂优质基于实时以太网的企业网络63课堂优质以太网与以太网与TCP/IPTCP/IP的分层模型的分层模型64课堂优质n物理层与数据链路层采用物理层与数据链路层采用IEEE802.3IEEE802.3以太

46、网标准以太网标准物理层采用基带曼彻斯特编码物理层采用基带曼彻斯特编码数据链路层媒体访问控制采用载波监听多路访问数据链路层媒体访问控制采用载波监听多路访问/ /冲突检冲突检测（测（CSMA/CDCSMA/CD）n网络层采用网络层采用网际互连协议网际互连协议IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol）；）；网际控制报文协议网际控制报文协议 ICMP ICMP（Internet Control Message Internet Control Message Protocol Protocol ）；负责控制和报告因路由等问题引起的差错）；负责控制和报告因路由等问题

47、引起的差错地址解析协议地址解析协议ARPARP( Address Resolution Protocol)( Address Resolution Protocol)；将；将IPIP地址转换成网络连接设备的物理地址。地址转换成网络连接设备的物理地址。逆向地址解析协议逆向地址解析协议RARPRARP，将网络连接设备的物理地址转，将网络连接设备的物理地址转换为换为IPIP地址地址65课堂优质66课堂优质67课堂优质68课堂优质69课堂优质双绞线中电线的功能分配双绞线中电线的功能分配70课堂优质71课堂优质72课堂优质73课堂优质74课堂优质RJ-45RJ-45插头和制作工具插头和制作工具75课堂优

48、质76课堂优质77课堂优质78课堂优质RJ-45插座的接线方法插座的接线方法79课堂优质n这是超五类双绞线为达到性能指标和统一接线规范而制定的二种国际标准线序。12345678T568A的线序为：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕T568B的线序为：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕网线制作方法80课堂优质n平行线二端都使用相同的接线标准。在通常情况下，业界都使用T568B标准！切记！（网卡和HUB间连线）。n交叉线一端使用T568A线序，另一端则使用T568B线序。（网卡间连线）。平行线与交叉线平行线与交叉线81课堂优质82课堂优质83课堂优质84课堂优质IPIP防护等级防护等级IP

49、IP（INGRESS PROTECTIONINGRESS PROTECTION）防护等级系统是由）防护等级系统是由IECIEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSIONCOMMISSION）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。IPIP防防护等级是由两个数字所组成，第护等级是由两个数字所组成，第1

50、1个数字表示灯具个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第离尘、防止外物侵入的等级，第2 2个数字表示灯具个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高护等级越高. .85课堂优质86课堂优质工业以太网物理连接工业以太网物理连接87课堂优质88课堂优质89课堂优质具有不同类型接口的网卡具有不同类型接口的网卡 90课堂优质现场工业以太网交换机现场工业以太网交换机 OSMITP62-LDESMTP80工业以太网OLM91课堂优质以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构二、以太网

51、的帧结构二、以太网的帧结构IEEE802.3IEEE802.3标准具体定义了以太网数据帧的封装格标准具体定义了以太网数据帧的封装格式，如图所示。式，如图所示。前导码帧前定界码目的MAC源MAC类型数据CRC7字节字节1字节字节6字节字节6字节字节2字节字节46-1500字节字节4字节字节G(x)=xG(x)=x3232+x+x2626+x+x2323+x+x2222+x+x1616+x+x1212+x+x1111+x+x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1CRC-32 :CRC-32 :92课堂优质以太网通信帧的结构以太网通信帧的结构（

52、RFC894）internet标准（标准（Request for Comment）前导码前导码7字节字节 帧前定帧前定界码界码1字节字节目的目的地址地址6字节字节源地址源地址6字节字节类型类型2字节字节数据域数据域461500字节字节CRC4字节字节以太网首部以太网首部（802.3MAC）类型类型0800IP数据报数据报46-1500类型类型0806ARP请求请求/应答应答28PAD18类型类型8035RARP请求请求/应答应答28PAD1893课堂优质n前导码前导码用来表示数据流的开始用来表示数据流的开始通知接收端即将有数据帧到来，使接收端能够利用曼彻斯特编码的通知接收端即将有数据帧到来，使

53、接收端能够利用曼彻斯特编码的信号跳变来同步时钟。信号跳变来同步时钟。前导码包含前导码包含7 7个字节（个字节（5656位），全部是二进制位），全部是二进制“1 1” “0 0”的交替代的交替代码码n帧前定界码帧前定界码只有一个字节，内容为只有一个字节，内容为“1010101110101011”表示传输内容的开始表示传输内容的开始n目的地址目的地址6 6字节字节标记下一目的地的物理地址；标记下一目的地的物理地址；n可以是下一可以是下一LANLAN的路由器地址；的路由器地址；n在到达目标网络后为目的设备的地址。在到达目标网络后为目的设备的地址。n源地址源地址6 6字节，包含发送或转发数据包设备的物

54、理地址字节，包含发送或转发数据包设备的物理地址94课堂优质以太网的帧结构与封装过程以太网的帧结构与封装过程三、以太网的通信帧结构与工业数据封装三、以太网的通信帧结构与工业数据封装95课堂优质1.2 1.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构三、以太网的通信帧结构与工业数据封装三、以太网的通信帧结构与工业数据封装TCP/IPTCP/IP封装的工业控制数据包封装的工业控制数据包96课堂优质1.2 1.2 以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构以太网的物理连接与帧结构三、以太网的通信帧结构与工业数据封装三

55、、以太网的通信帧结构与工业数据封装 工业以太网中通常利用工业以太网中通常利用TCP/IPTCP/IP协议来发送非实时数据，而用协议来发送非实时数据，而用UDP/IPUDP/IP来发送实时数据。来发送实时数据。 非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。非实时数据的特点是数据包的大小经常变化，且发送时间不定。实时数据的特点是数据包短，需要定时或周期性通信。实时数据的特点是数据包短，需要定时或周期性通信。 TCP/IPTCP/IP一般用来传输组态和诊断信息，一般用来传输组态和诊断信息，UDP/IPUDP/IP用来传输实时用来传输实时I/OI/O数数据。据。 现场总线控制网络与以太网结

56、合，用以太网作为现场总线上层现场总线控制网络与以太网结合，用以太网作为现场总线上层( (高高速速) ) 网段的场合，通常会采用网段的场合，通常会采用TCP/IPTCP/IP和和UDP/IPUDP/IP协议来包装现场总线协议来包装现场总线数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，或异数据，让现场总线网段的数据借助以太网通过传送到管理层，或异地的另一现场总线网段上。地的另一现场总线网段上。97课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组一、一、TCP/IPTCP/IP协议组协议组二、二、IPIP协议协议三、用户数据报协议三、用户数据报协议UDPUDP四、传输控制协议四、传输

57、控制协议TCPTCP五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMPSNMP98课堂优质n在诸多网络互连协议中,传输控制协议/互连网协议TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局DARPA为实现ARPANET(后来发展为Internet)互连网而开发的，也是很多大学及研究所多年的研究及商业化的结果。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，TCP/IP已成为一个事实上的工业标准。TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组99课堂优质nTCP

58、/IP是一组协议的代名词，它还包括许多别的协议，组成了TCP/IP协议簇。一般来说，TCP提供运输层服务，而IP提供网络层服务。TCP/IP的体系结构与ISO的OSI七层参考模型的对应关系如图4-2所示。n在TCP/IP层次模型中，第二层为TCP/IP的实现基础，其中可包含MILNET，IEEE802.3的CSMA/CD、IEEE802.5的TokenRing。n在第三层网络中，IP为网际协议(InternetProtocol)、ICMP为网际控制报文协议(InternetControlMessageProtocol)、ARP为地址转换协议(AddressResolutionProtocol)

59、、RARP为反向地址转换协议(ReverseARP)。n第四层为运输层，TCP为传输控制协议、UDP为用户数据报协议(UserDatagramProtocol)。n第五七层中，SMTP为简单邮件传送协议(SimpleMailTransferProtocol)、DNS为域名服务(DomainNameService)、FTP为文件传输协议(FileTransferProtocol)、TELNET为远程终端访问协议。100课堂优质101课堂优质一、一、TCP/IPTCP/IP协议组协议组102课堂优质n物理层与数据链路层采用物理层与数据链路层采用IEEE802.3IEEE802.3以太网标准以太网标

60、准物理层采用基带曼彻斯特编码物理层采用基带曼彻斯特编码数据链路层媒体访问控制采用载波监听多路访问数据链路层媒体访问控制采用载波监听多路访问/ /冲突检冲突检测（测（CSMA/CDCSMA/CD）n网络层采用网络层采用网际互连协议网际互连协议IPIP（Internet ProtocolInternet Protocol）；）；网际控制报文协议网际控制报文协议 ICMP ICMP（Internet Control Message Internet Control Message Protocol Protocol ）；负责控制和报告因路由等问题引起的差错）；负责控制和报告因路由等问题引起的差错地址

61、解析协议地址解析协议ARPARP( Address Resolution Protocol)( Address Resolution Protocol)；将；将IPIP地址转换成网络连接设备的物理地址。地址转换成网络连接设备的物理地址。逆向地址解析协议逆向地址解析协议RARPRARP，将网络连接设备的物理地址转，将网络连接设备的物理地址转换为换为IPIP地址地址103课堂优质网络层最重要的协议是IP，它将多个网络联成一个互连网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互连网分发出去。104课堂优质n1、IP协议主要具有以下几部分功能：n（1）寻址n（2）路由选择n路由选择是以单个IP数据包为基础

62、的，概括而言是确定某个IP数据包到达目的主机需经过哪些路由器。路由选择可以由源主机决定，也可以由IP数据包所途经的路由器决定。n在IP协议中，路由选择依靠路由表进行。在IP网上的主机和路由器中均保存了一张路由表，路由表指明下一个路由器（或目的主机）的IP地址。路由表由目的主机地址和去往目的主机的路径两部分组成。其中，去往目的主机的路径通常是下一个路由器的地址，也可是目的主机的IP地址。n（3）分段与组装nIP数据包在实际传送过程中所经过的物理网络帧的最大长度可能不同，当长IP数据包需通过短帧子网时，需对IP数据包进行分段与组装。nIP协议实现分段与组装的方法是给每个IP数据包分配一个惟一的标志

63、符，且报头部分还有与分段与组装相关的分段标记和位移。IP数据包在分段时，每一段需包含原有的标志符。为了提高效率、减轻路由器的负担，重新组装工作由目的主机来完成。105课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组二、二、IPIP协议协议 IPIP数据报的格式数据报的格式106课堂优质n3、ARP和RARPn在一些象以太网这样的网络结构中，可以使用Internet协议栈中的两个子协议ARP（地址解析协议）和RARP（逆向地址解析协议）动态的获得网络主机的IP地址。ARP协议可以通过发送网络广播信息的方式，确定与某个网络层IP地址相对应的物理层地址（即MAC地址）。RARP是ARP的反向

64、协议，同样通过网络广播的方式决定与某个硬件地址相对应的网络层IP地址。RARP协议对于无盘工作站尤为重要，因为无盘工作站系统启动时不知道本机的网络层地址，但是可以通过RARP协议找到与本机硬件层地址相对应的IP地址。107课堂优质ARPARP地址解析地址解析为两种不同地址形式提供映射为两种不同地址形式提供映射32位位Internet地址地址 IP地址地址，如，如 166.111.73.225 ARP RARP MAC地址地址，如：，如：00e04ce28bc5 48位以太网地址位以太网地址108课堂优质n传输层传输层传输控制协议传输控制协议TCP TCP （Transfer Control P

65、rotocolTransfer Control Protocol）用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP（User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol）。）。n应用层应用层域名服务域名服务DNSDNS文件传输协议文件传输协议FTPFTP简单网络管理协议简单网络管理协议SNMPSNMP（Simple Network Management Protocol Simple Network Management Protocol ）简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTPSMTP简单网络定时协议简单网络定时协议SNTPSNTP超文本传输协议超文本传输协议H

66、TTPHTTP109课堂优质ARP分组格式分组格式n28字节字节ARP请求请求/应答应答n 硬件地址长度硬件地址长度n 协议地址长度协议地址长度221126464硬件硬件类型类型协议协议类型类型操作操作类型类型发送端发送端以太网地址以太网地址发送端发送端IP地址地址发送端发送端以太网地址以太网地址目的目的以太网地址以太网地址目的目的IP地址地址110课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组二、二、IPIP协议协议IPv6IPv6IPv6IPv6是互联网协议第是互联网协议第6 6版版“Internet Protocol Version 6Internet Protocol Ver

67、sion 6”的缩的缩写。写。IPv6IPv6是是IETFIETF（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议（互联网工程工作组）为了代替现有的互联网协议IPIP第第4 4版（版（IP v4IP v4）而推出的下一代协议版本。）而推出的下一代协议版本。 IPv4IPv4已有差不多已有差不多2020年历史，年历史，IPv4IPv4地址空间越来越少，所有需要加地址空间越来越少，所有需要加入互联网的新设备需要更大的地址空间。入互联网的新设备需要更大的地址空间。IPv6IPv6将将IPIP地址从地址从3232位扩充为位扩充为128128位之后，据称能为地球上每一个沙位之后，据称能为地球上每一个沙粒配备

68、一个唯一的粒配备一个唯一的IPIP地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控地址。不管这一说法是否夸张，但它的确为控制网络中的设备各自提供一个全球唯一的制网络中的设备各自提供一个全球唯一的IPIP地址提供了可能，这为地址提供了可能，这为控制网络的技术发展添加了新的活力。控制网络的技术发展添加了新的活力。111课堂优质IPIP数据报的格式数据报的格式报文头报文头20 - 6020 - 60字节字节数据数据版本版本4位位报文长度报文长度4位位服务类型服务类型8位位总长度总长度16位位标识标识16位位标志标志3位位段偏移段偏移13位位生存周期生存周期8位位协议协议8位位报文头校验和报文头校验和16位位

69、源源IP地址（地址（32位）位）目标目标IP地址（地址（32位）位）选项选项IP报文头的组成报文头的组成112课堂优质n版本版本第一个域定义了第一个域定义了IPIP的版本号。目前的版本是的版本号。目前的版本是IPV4IPV4，它的二进制表示为，它的二进制表示为01000100。n报文长度报文长度( (字节数字节数) )报文长度域定义了报文头的长度，这四位可以表示从报文长度域定义了报文头的长度，这四位可以表示从0 01515的数字。它的数字。它以以4 4字节为一个单位。将报文长度域的数乘以字节为一个单位。将报文长度域的数乘以4 4，就得到报文头的长度，就得到报文头的长度值。报文头长度最大为值。报

70、文头长度最大为6060字节。字节。n服务类型服务类型服务类型域定义了数据报应该如何被处理。它包括数据报的优先级（服务类型域定义了数据报应该如何被处理。它包括数据报的优先级（3 3位），也包括发送者所希望的服务类型（位），也包括发送者所希望的服务类型（4 4位）。还有位）。还有1 1位未用（须置位未用（须置0 0）这里的服务类型包括最小迟延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费）这里的服务类型包括最小迟延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用，用，4 4位中只能有位中只能有1 1位置位置1 1，4 4位均为位均为0 0是一般服务是一般服务。 113课堂优质n总长度总长度总长度域定义了总长度域定义了IPIP

71、数据报的总长度。这是一个两字节数据报的总长度。这是一个两字节的域（的域（1616位），能定义的长度最长可达位），能定义的长度最长可达6553665536个字节。个字节。n标识标识标识域用于识别分段。一个数据报在通过不同网络的标识域用于识别分段。一个数据报在通过不同网络的时候，可能需要分段以适应网络帧的大小。这时，将时候，可能需要分段以适应网络帧的大小。这时，将在标识域中使用一个序列号来识别每个段。在标识域中使用一个序列号来识别每个段。n标记标记标记域在处理分段中用于表示数据可以或不可以被分标记域在处理分段中用于表示数据可以或不可以被分段，是属于第一个段、中间段还是最后一个段等。段，是属于第一个

72、段、中间段还是最后一个段等。n段偏移段偏移段偏移是一个指针，表示被分段的数据在原始数据报段偏移是一个指针，表示被分段的数据在原始数据报中的偏移量中的偏移量 114课堂优质n生存周期（生存周期（time to livetime to live）数据报可以经过的路由器的数目。数据报的生存数据报可以经过的路由器的数目。数据报的生存时间由原主机设置为时间由原主机设置为3232或或6464，经过一个路由器减，经过一个路由器减1 1，该字段为，该字段为0 0时数据报被丢弃并通知原主机。时数据报被丢弃并通知原主机。n协议协议用于识别是哪个协议向用于识别是哪个协议向IPIP传送的数据（传送的数据（ICMPIC

73、MP、IGMPIGMP、TCPTCP、UDPUDP）n报文头校验和报文头校验和对首部中每个对首部中每个1616位进行二进制反码求和，结果存位进行二进制反码求和，结果存于该字段。于该字段。115课堂优质IPIP地址地址nIPIP地址是一种逻辑编号地址地址是一种逻辑编号地址有别于计算机网卡、路由器等的有别于计算机网卡、路由器等的MACMAC地址地址IPIP地址为一个地址为一个3232位的二进制数串，位的二进制数串，4 4个个8 8位字节位字节每个字节的取值范围为每个字节的取值范围为0 0255255，采用带点的十进，采用带点的十进制标记法制标记法n例如：例如：1661661111111701701

74、0 10 nIPIP地址的地址的3232位数串被分成位数串被分成3 3个域：类型、网络个域：类型、网络标识、主机标识标识、主机标识 116课堂优质InternetInternet的的IPIP地址被划分为地址被划分为5 5类类 （ IPv4 IPv4 ）A A类类0网络标识网络标识7位位主机标识主机标识24位B B类类10网络标识网络标识1414位位主机标识主机标识1616位位C C类类110网络标识网络标识2121位位主机标识主机标识8 8位位D D类类1110多点广播地址多点广播地址28位E E类类11110保留给将来用图9. 7IP地址的格式 117课堂优质IPIP资源与资源与IPV6IP

75、V6n目前使用的目前使用的IPIP协议是在协议是在19811981年制定的，称为年制定的，称为IPv4IPv4，地址长度为，地址长度为3232位位 nIPv4IPv4所限定的地址将耗尽所限定的地址将耗尽n新的新的IPIP协议版本被定名为协议版本被定名为IPv6 IPv6 nIPIP地址由原来的地址由原来的3232位增加到了位增加到了128128位（约合位（约合10103838）nIPv6IPv6为现场智能节点成为互联网上的站点提为现场智能节点成为互联网上的站点提供了条件供了条件 118课堂优质各类各类IPIP地址的范围地址的范围n类型类型 地址范围地址范围nA 0.0.0.0 到到 127.2

76、55.255.255nB 128.0.0.0 到到 191.255.255.255nC 192.0.0.0 到到 223.255.255.255nD 224.0.0.0 到到 239.255.255.255nE 240.0.0.0 到到 247.255.255.255119课堂优质TCPTCP的报文格式（的报文格式（TCPTCP首部首部2020字节）字节）源端口地址源端口地址16位位目的端口地址目的端口地址16位位顺序编号顺序编号32位位确认编号确认编号32位位报头长度报头长度4位位保留保留6位位标志标志6位位窗口大小窗口大小16位位校验和校验和16位位紧急指针紧急指针16位位选项和填充选项和

77、填充数据区数据区120课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组三、用户数据报协议三、用户数据报协议UDPUDP用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP是一个无连接的端到端的传输是一个无连接的端到端的传输层协议，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校层协议，仅仅为来自上层的数据增加端口地址、校验和以及长度信息。验和以及长度信息。UDPUDP所产生的包称为用户数据报。所产生的包称为用户数据报。UDPUDP的报文格式的报文格式121课堂优质n用户数据报协议UDP是对IP协议组的扩充，它增加了一种机制，发送方使用这种机制可以区分一台计算机上的多个接收者。每个UDP报文除了包含某用户进程发

78、送数据外，还有报文目的端口的编号和报文源端口的编号，从而使UDP的这种扩充，使得在两个用户进程之间的递送数据报成为可能。nUDP是依靠IP协议来传送报文的，因而它的服务和IP一样是不可靠的。这种服务不用确认、不对报文排序、也不进行流量控制，UDP报文有可能会出现丢失、重复、失序等现象。nUDP协议不提供端-端的确认和重传功能,不保证信息包一定能到达目的地,因此称为不可靠协议。应用开发人员选择UDP时,应用层协议软件几乎是直接与IP通信。122课堂优质用户数据报协议用户数据报协议UDPUDPn用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP是端到端无连接的传输层协议是端到端无连接的传输层协议nUDPUD

79、P所产生的包称为用户数据报所产生的包称为用户数据报在上层数据的基础上增加端口地址、校验和以及长度信息在上层数据的基础上增加端口地址、校验和以及长度信息nUDPUDP首部为首部为8 8字节，以下字节，以下4 4项各项各2 2个字节个字节n源端口地址源端口地址（2 2字节）字节） 创建报文应用程序地址创建报文应用程序地址( (发送进程发送进程) ) 。n目的端口地址目的端口地址（2 2字节）字节） 接收报文应用程序的地址（接收进程）接收报文应用程序的地址（接收进程）n长度信息长度信息（2 2字节）字节） 长度信息定义用户数据报的总长度，以字节为单位。长度信息定义用户数据报的总长度，以字节为单位。n

80、校验和校验和（2 2字节）字节） 用于差错控制用于差错控制123课堂优质端口号端口号端口号（地址）端口号（地址）端口号用于识别应用程序端口号用于识别应用程序TCPTCP和和UDPUDP采用采用1616位端口号来识别应用程序位端口号来识别应用程序n知名端口号知名端口号知名端口号用来识别常用程序知名端口号用来识别常用程序如识别服务器等：如识别服务器等：FTPFTP服务器的服务器的TCPTCP端口号是端口号是2121，TelnetTelnet服务器的服务器的TCPTCP端口号是端口号是2323，FTPFTP文件传输协议的文件传输协议的UDPUDP端口号是端口号是6969；知名端口号的范围是知名端口号

81、的范围是1 110231023；n一般知名端口号介于一般知名端口号介于1 1255255；n25625610231023由由UnixUnix占用占用客户端口号客户端口号n客户端口号客户端口号客户端口号又称为临时端口号；客户端口号又称为临时端口号；客户端口号范围是客户端口号范围是1024102450005000之间之间n大于大于50005000的端口号是预留的的端口号是预留的124课堂优质n源端口地址源端口地址源端口地址定义了源计算机上的应用程序地址。源端口地址定义了源计算机上的应用程序地址。n目标端口地址目标端口地址目标端口地址定义了目标计算机上的应用程序地址。目标端口地址定义了目标计算机上的

82、应用程序地址。n顺序编号顺序编号顺序编号域表示数据在原始数据流中的位置顺序编号域表示数据在原始数据流中的位置应用程序的数据流可以被划分为两个或更多的应用程序的数据流可以被划分为两个或更多的TCPTCP段。段。n确认编号确认编号3232位的确认编号用于确认接收到来自其他通信设备的数据位的确认编号用于确认接收到来自其他通信设备的数据这个编号只有在控制域中的这个编号只有在控制域中的ACKACK置位之后才有效置位之后才有效确认编号指出下一个期望到来的段的顺序编号确认编号指出下一个期望到来的段的顺序编号。125课堂优质n报文头长度域报文头长度域4 4位的报文头长度指出了位的报文头长度指出了TCPTCP报

83、文头的长度报文头的长度报文头的长度以报文头的长度以3232位（位（4 4个字节）为一个单位个字节）为一个单位4 4比特报文头的长度可以定义的最大值为比特报文头的长度可以定义的最大值为1515个单位个单位报文头最多可以达到的字节数是报文头最多可以达到的字节数是4*15=604*15=60字节字节n保留域保留域6 6位，保留给将来使用。位，保留给将来使用。n控制标志控制标志6 6位的控制标志域中每位都有其独立功能。位的控制标志域中每位都有其独立功能。n报文头最长报文头最长6060个字节个字节报文头最少需要报文头最少需要2020个字节来表达个字节来表达可以有可以有4040字节保留给选项域使用字节保留

84、给选项域使用126课堂优质n 数据域的长度数据域的长度可以从可以从4646到到15001500个字节不等个字节不等4646个字节是数据域的最小长度，以便让局域网上所有站点个字节是数据域的最小长度，以便让局域网上所有站点都能检测到该帧都能检测到该帧数据段小于数据段小于4646个字节时由高层软件把数据域填充到个字节时由高层软件把数据域填充到4646个字个字节节n循环冗余校验循环冗余校验CRCCRC共共4 4个字节个字节检验范围：从目的地址域开始一直到数据域结束检验范围：从目的地址域开始一直到数据域结束发送站点在发送时就边发送边进行发送站点在发送时就边发送边进行CRCCRC校验，形成该校验，形成该3

85、232位位的循环冗余校验码的循环冗余校验码接收站点也从目的地址域开始，边接收边进行接收站点也从目的地址域开始，边接收边进行CRCCRC校验，校验，得到的结果如果与收到的得到的结果如果与收到的CRCCRC域的数据相同，则说明该帧域的数据相同，则说明该帧传输无误，否则表明出错传输无误，否则表明出错 127课堂优质nTCP提供的是一种可靠的数据传输服务。当传送受差错干扰的数据，或基础网络故障，或网络负荷太重而使网际基本传输系统(无连接报文递交系统)不能正常工作时，就需要通过其它协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议，它对应于OSI模型的传输层，它在IP协议的基础上，提供端到端的面向连接的可靠传输

86、。TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组四、传输控制协议四、传输控制协议TCPTCP128课堂优质nTCP采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。简单的“带重传的肯定确认”是指与发送方通信的接收者，每接收一次数据，就送回一个确认报文，发送者对每个发出去的报文都留一份记录，等到收到确认之后再发出下一报文分组。发送者发出一个报文分组时，启动一个计时器，若计时器计数完毕，确认还未到达，则发送者重新送该报文分组。TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组四、传输控制协议四、传输控制协议TCPTCP129课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组四、传输控制协议四、

87、传输控制协议TCPTCP传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。传输控制协议为用户提供完整的传输层服务。TCPTCP是一个可靠的面向连接的端到端协议。通信两端在传输数据是一个可靠的面向连接的端到端协议。通信两端在传输数据之前必须先建立连接。之前必须先建立连接。TCPTCP通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条虚电路，通过创立连接，在发送者和接收者之间建立起一条虚电路，这条虚电路在整个传输过程中都是有效的。这条虚电路在整个传输过程中都是有效的。TCPTCP通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连接通知接收者即将有数据到达来开始一次传输，同时通过连接中断来结束连接。中断来结束连接。

88、 通过这种方法，使接收者知道这是一次完成的传输过程，而不仅通过这种方法，使接收者知道这是一次完成的传输过程，而不仅仅是一个包。仅是一个包。130课堂优质1.3 TCP/IP1.3 TCP/IP协议组协议组协议组协议组四、传输控制协议四、传输控制协议TCPTCPTCPTCP的报文格式的报文格式131课堂优质nTCP与与UDP的比较的比较n传输层的作用是提供应用程序间(端到端)的通信服务,它提供两个协议:用户数据报协议UDP(userdatagramprotocol),其负责提供高效率的服务,用于传送少量的报文,几乎不提供可靠性措施,使用UDP的应用程序须自己完成可靠性操作;传输控制协议TCP(t

89、ransmissioncontrolprotocol),其负责提供高可靠的数据传送服务,主要用于传送大量报文,并为保证可靠性做了大量工作。下表列出它们之间的主要区别。132课堂优质TCP与UDP之比较内容TCPUDP连接建立过程需要不需要传输方式分组传输总是避免分组报文分组顺序报文总是以发送的顺序到达主机,并得到接收者的确认,以确保投递成功报文以它们到达的顺序到达主机传输可靠性采用超时重发,三次握手,滑动窗口等保证可靠传输几乎不提供可靠性,须由应用层来完成可靠性操作表2TCP与UDP之比较TCP与与UDP的用途的用途133课堂优质TCP 与与UDP 的用途的用途n虽然UDP几乎不提供可靠性措施

90、,但其实现机制简单,假如通信子网提供足够的可靠性,使用UDP将获得可观的效率。比如远程过程调用(RPC),生产过程数据交换等,这种场合一次传输发送分组的数量不多,为这种有限几次的交互而建立一个连接开销太大,让每个分组携带IP地址并进行寻址也不会太影响效率,即便传输出错,导致几次重传,其效率也比面向联接方式为高,所以RPC建立在UDP之上。应用层依赖于UDP的还有简单网络管理协议SNMP、单纯文件传输协议TFTP、引导协议BOOTP等。n面向联接的TCP不要求每一分组都含目的IP地址,只要求包含一个很短的联接号,所以非常适合于每个分组仅发送很少字符的交互式终端应用。另外,TCP也适合于进行大数据

91、量的文件传输,因为每次大文件传输可能要传送许多分组,建立联接后就不必为每个分组进行单调的寻址,传输的效率显然比每个分组都进行寻址高出许多。应用层依赖于TCP的协议包括大量交互型的虚拟终端协议TELNET、远程登录和远程shell执行以及文件传输型的电子邮件协议SMTP、文件传输协议FTP等。134课堂优质TCP/IPTCP/IP协议组协议组协议组协议组五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMPSNMPSNMP(Simple Network Management Protocol)SNMP(Simple Network Management Protocol)属于应用层协议。属于应用层协议

92、。管理程序和代理程序按客户服务器方式工作。管理程序和代理程序按客户服务器方式工作。管理程序运行管理程序运行 SNMP SNMP 客户程序，向某个代理程序发出请求（或命客户程序，向某个代理程序发出请求（或命令），代理程序运行令），代理程序运行 SNMP SNMP 服务器程序，返回响应（或执行某个服务器程序，返回响应（或执行某个动作）。动作）。在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服务在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户程序与很多的服务器程序进行交互。器程序进行交互。 在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的在多种不同协议控制网络并存的形式下，可以借助应用层的SNMP

93、SNMP，实现不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成。，实现不同控制网络设备之间的数据交互和信息集成。135课堂优质n简单网络管理协议(SimpleNetworkManagementProtocol)是一种应用层协议，是TCP/IP协议族的一部分，它使网络设备间能方便地交换管理信息。SNMP能够让网络管理员管理网络的性能，发现和解决网络问题及进行网络的扩充。n现在有两个版本的SNMPv1和SNMPv2，这两个版本都有一些共同特性，但SNMPv2提供了加强的功能，比如：额外的协议操作命令。136课堂优质五、简单网络管理协议五、简单网络管理协议SNMPSNMP网络管理的一般模型网络管理的一般模型

94、 管理站因特网网络管理员被管设备管理程序（运行SNMP客户程序）代理程序（运行SNMP服务器程序）AAAAM被管设备被管设备被管设备MAA被管设备网管协议137课堂优质工业数据封装工业数据封装n控制网段之间借助以太网的通信控制网段之间借助以太网的通信控制数据通过控制数据通过TunnelingTunneling打包为打包为TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP数据报数据报TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP数据报借助以太网传输数据报借助以太网传输目的地设备打开封装，提取出原来的控制数据目的地设备打开封装，提取出原来的控制数据由目的地设备或网络采用本地协议解读控制数据信息由目的地设备或网络采

95、用本地协议解读控制数据信息138课堂优质TunnelingTunnelingn工业以太网中工业以太网中非实时数据（组态和诊断信息），采用非实时数据（组态和诊断信息），采用TCP/IPTCP/IP数数据包发送据包发送实时数据（实时数据（I/OI/O数据），采用数据），采用UDP/IPUDP/IP数据包发送数据包发送nTunnelingTunneling将某个工业数据放置在将某个工业数据放置在TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP数据域组成数数据域组成数据报据报将这个数据报发送到以太网上传送到目的地将这个数据报发送到以太网上传送到目的地目的地设备收到数据后，打开目的地设备收到数据后，打开TCP/

96、UDP/IPTCP/UDP/IP封装解封装解读读139课堂优质140课堂优质在工控领域在工控领域以太网技术应用受限的原因以太网技术应用受限的原因nCSMA/CDCSMA/CD的媒体访问控制方式的媒体访问控制方式不能满足不能满足一些控一些控制场合的制场合的实时性要求实时性要求n接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计的，不适应工业现场恶劣环境的要求的，不适应工业现场恶劣环境的要求n抗电磁干扰能力抗电磁干扰能力n本质安全本质安全n总线供电总线供电141课堂优质适应工业应用环境的解决方案适应工业应用环境的解决方案n可安装在可安装在DINDIN导轨上的导轨式收发

97、器、集线器、导轨上的导轨式收发器、集线器、交换机系列交换机系列Synergetic Micro System(Synergetic Micro System(美美) )、Hirschmann(Hirschmann(德德) )公司开发的系列产品公司开发的系列产品n工业级接插件工业级接插件特殊封装的工业以太网接插件，如特殊封装的工业以太网接插件，如Woodhead Woodhead ConnectivityConnectivity公司的公司的RJ-LnxxIP67RJ-LnxxIP67采用采用DB-9DB-9结构的接插件结构的接插件n冗余电源供电冗余电源供电142课堂优质针对通信实时性的解决方案针

98、对通信实时性的解决方案n通信实时性的问题通信实时性的问题以太网采用的以太网采用的CSMA/CDCSMA/CD随机访问、平等竞争的介质随机访问、平等竞争的介质访问控制方式访问控制方式具有不确定性具有不确定性（nondeterministicnondeterministic） 不能满足不能满足工业自动化领域某些数据对通信工业自动化领域某些数据对通信实时性的实时性的要求要求n解决方案解决方案利用以太网现有的技术优势，扬长避短利用以太网现有的技术优势，扬长避短开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口芯片芯片nNet SiliconNet Silicon等

99、等143课堂优质扬长避短的措施扬长避短的措施n利用通信速率高的优势利用通信速率高的优势相同通信量的条件下，相同通信量的条件下，高通信速率高通信速率可以减少通信信号可以减少通信信号占用传输介质的时间，可占用传输介质的时间，可减少信号的碰撞冲突减少信号的碰撞冲突，为，为提提高通信确定性高通信确定性提供了途径提供了途径以太网的通信速率从以太网的通信速率从10MbpS10MbpS，100MbpS100MbpS到千兆到千兆控制网络传统通信速率的几十、几百控制网络传统通信速率的几十、几百KbpsKbps，1M1M、5Mbps5Mbps通信量一定的条件下，利用以太网的高通信速率有效通信量一定的条件下，利用以

100、太网的高通信速率有效减少碰撞冲突减少碰撞冲突 144课堂优质n采取控制网络负荷的措施采取控制网络负荷的措施减轻网络负荷减轻网络负荷也可有效减少信号碰撞冲突的几率，提也可有效减少信号碰撞冲突的几率，提高网络通信的确定性。高网络通信的确定性。控制网络的控制网络的通信量不大通信量不大，随机性、突发性通信的机会，随机性、突发性通信的机会也不多，其网络通信大都可以事先预计并作出相应的也不多，其网络通信大都可以事先预计并作出相应的通信调度安排通信调度安排如在网络设计时能如在网络设计时能合理分布合理分布各现场设备的各现场设备的节点位置节点位置，控制或减少各网段的负荷量，可有效避免冲突控制或减少各网段的负荷量

101、，可有效避免冲突研究表明，在网络负荷研究表明，在网络负荷低于满负荷的低于满负荷的3030时，以太网时，以太网基本可以基本可以满足对控制系统通信确定性的要求满足对控制系统通信确定性的要求。145课堂优质n采用全双工交换技术采用全双工交换技术半双工通信发送或接收报文均在一对网线上完成，发半双工通信发送或接收报文均在一对网线上完成，发生碰撞的几率大生碰撞的几率大使网络处于全双工通信状态，一对线用来发送数据，使网络处于全双工通信状态，一对线用来发送数据，另一对线用来接收数据另一对线用来接收数据采用全双工以太网交换机采用全双工以太网交换机n将网络切分为多个网段，为连接在其端口上的每个网络节点提将网络切分

102、为多个网段，为连接在其端口上的每个网络节点提供独立带宽，相当于每个设备独占一个网段，数据只在本地网供独立带宽，相当于每个设备独占一个网段，数据只在本地网络传输而不占用其他网段的带宽。络传输而不占用其他网段的带宽。n连接在同一个交换机上的不同设备不存在资源争夺连接在同一个交换机上的不同设备不存在资源争夺n交换机可使网段上多数数据不经主干网传输交换机可使网段上多数数据不经主干网传输n交换式全双工以太网消除了冲突的可能，有条件达到确定性网交换式全双工以太网消除了冲突的可能，有条件达到确定性网络的要求络的要求 146课堂优质实时以太网实时以太网RTE(Real Time Ethernet)RTE(Re

103、al Time Ethernet)n实时以太网是考虑到现场总线的实时性与以太网通信技术相结合，建立的适合于工业自动化并有实时能力的以太网总线。n实时的含义是指对一个给定的应用，保证在一个确定的时间内控制系统能对信号做出响应，而以太网由于采用带冲突的载波侦听多路存取的介质访问控制机制，而具有通信不确定性的特点。将高速以太网技术应用到实时工业控制网络中，用以提高网络传输速度，其中的关键问题在于提高以太网的实时性与可靠性。147课堂优质实时以太网实时以太网RTE(Real Time Ethernet)RTE(Real Time Ethernet)n针对普通以太网媒体访问控制的不确定性，针对普通以太网

104、媒体访问控制的不确定性，企图从根本上企图从根本上解决以太网实时性问题解决以太网实时性问题的新的的新的技术方案技术方案n其通信控制，其通信控制，ASICASIC芯片等都可能不同于普通芯片等都可能不同于普通以太网以太网n实时以太网实时以太网属于控制网络技术属于控制网络技术n分为分为有线有线实时通信与实时通信与无线无线实时通信两大部分实时通信两大部分148课堂优质几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较149课堂优质有线实时通信有线实时通信WiredRealTimeCommunicationsnIEC61784-

105、2IEC61784-2中目前已有中目前已有1111个基于实时通信以太网个基于实时通信以太网的的PASPAS文件文件n其中其中EPAEPA是中国正在开发的工业以太网协议是中国正在开发的工业以太网协议n不同实时以太网，其实时机制与时间性能等级是不同实时以太网，其实时机制与时间性能等级是有差异的有差异的RT-CSMA/CD RT-CSMA/CD 10ms10msIRTIRT：Isochronous Real time Isochronous Real time 1ms 1ms 150课堂优质IEC61784-2实时以太网实时以太网151课堂优质实时以太网介质访问控制协议实时以太网介质访问控制协议 (

106、RT-CSMA/CD)n网络节点分为网络节点分为实时节点实时节点与与非实时节点非实时节点两类两类n系统中的非实时节点遵循标准的系统中的非实时节点遵循标准的CSMA/CDCSMA/CD协议协议, ,而实而实时节点遵循时节点遵循RT-CSMA/CDRT-CSMA/CD协议协议n网络上相距最远的网络上相距最远的2 2个节点的信号传播时延的个节点的信号传播时延的2 2倍为倍为最小竞争时隙。最小竞争时隙。n某个节点当有数据要发送时某个节点当有数据要发送时, ,首先侦听信道首先侦听信道, ,如果在如果在一个最小竞争时隙内没有检测到冲突一个最小竞争时隙内没有检测到冲突, ,则该节点获得则该节点获得信道的访问

107、控制权，开始传输信道的访问控制权，开始传输152课堂优质n实时节点实时节点在发送后如果检测到冲突在发送后如果检测到冲突, , 则发送长度不小则发送长度不小于最小竞争时隙的于最小竞争时隙的竞争信号竞争信号；非实时节点非实时节点检测到冲突检测到冲突后后停止发送停止发送, ,退出竞争；退出竞争；n实时节点按照优先级的大小决定是坚持发送竞争信号实时节点按照优先级的大小决定是坚持发送竞争信号还是将信道让给更高优先级的节点。还是将信道让给更高优先级的节点。n某个节点发送完一个竞争信号后某个节点发送完一个竞争信号后, ,如果检测到信道上如果检测到信道上的冲突已消失的冲突已消失, ,说明其它的节点都已经退出竞

108、争说明其它的节点都已经退出竞争, ,该节该节点就取得信道的访问控制权点就取得信道的访问控制权, ,停止发送竞争信号停止发送竞争信号, ,重传重传被破坏的数据帧。被破坏的数据帧。nRT-CSMA/CDRT-CSMA/CD在一定程度上提高了网络的实时性，优先在一定程度上提高了网络的实时性，优先权高的实时节点可以保证其实时性要求。权高的实时节点可以保证其实时性要求。153课堂优质等时同步实时通信等时同步实时通信IsochronousRealtime 在在所所有有相相关关站站点点间间要要求求严严格格精精确确同同步步的的网网络络，如如在在高高精精度度运运动动控控制制中中，采采用用等等时时同步实时通信同步

109、实时通信 其其通通信信方方式式分分为为：普普通通以以太太网网，软软实实时时（SRTSRT），等等时时同同步步实实时时（IRTIRT）三三种种不不同通信同通信 等等时时同同步步实实时时通通信信要要求求有有专用芯片支持专用芯片支持154课堂优质IEEE1588 IEEE1588 PTP(PrecisionTimeProtocolPTP(PrecisionTimeProtocol）n是目前基于以太网是目前基于以太网实现精确时间同步实现精确时间同步的一个综合解决方的一个综合解决方案。这一协议最重案。这一协议最重要的特点是可以实要的特点是可以实现微秒级甚至小于现微秒级甚至小于1 1个微秒（亚微秒级）个微

110、秒（亚微秒级）的时间同步的时间同步。 155课堂优质n该该系系统统将将网网络络上上的的节节点点划划分分为为两两类类，主主(Master)(Master)时时钟节点和从钟节点和从(Slave)(Slave)时钟节点。时钟节点。主时钟：作为时间同步标准、即提供同步时钟源主时钟：作为时间同步标准、即提供同步时钟源从时钟：根据主时钟进行调整的节点时钟从时钟：根据主时钟进行调整的节点时钟 n测量时钟偏移值测量时钟偏移值 主时钟周期性地主时钟周期性地( (例如每例如每2 2秒秒1 1次次) )发出一个带时间戳的同发出一个带时间戳的同步步(Sync)(Sync)报文，并测量出准确的发送时间报文，并测量出准确

111、的发送时间(TM(TM1 1) )通过后续报文把发送时间通过后续报文把发送时间TMTM1 1 发送给从时钟节点。发送给从时钟节点。从时钟在接收到同步报文时测量出准确的接收时间从时钟在接收到同步报文时测量出准确的接收时间(TS(TS1 1) )由从时钟计算出偏差值由从时钟计算出偏差值TSTS1 1- TM- TM1 1 156课堂优质n测量传输延迟测量传输延迟从时钟向主时钟发送从时钟向主时钟发送“延迟请求延迟请求”（Delay_RegDelay_Reg）报文，并测出该报文的准确发送时间报文，并测出该报文的准确发送时间TSTS3 3。主时钟在收到该报文时测得接收时间主时钟在收到该报文时测得接收时间

112、TMTM3 3，并将该并将该时间封装在时间封装在“延迟响应延迟响应”（Delay_RespDelay_Resp）报文中）报文中返回给从时钟。返回给从时钟。从时钟根据发送时间从时钟根据发送时间TSTS3 3和主时钟返回的接收时间和主时钟返回的接收时间TSTS3 3，从时钟为计算传输延迟计算出从时钟为计算传输延迟计算出TMTM3 3- TS- TS3 3157课堂优质n从对测量过程分析可以得到从对测量过程分析可以得到 nTSTS1 1- TM- TM1 1 = t = tDelayDelay+ t+ tOffsetOffsetnTMTM3 3- TS- TS3 3 = t = tDelayDela

113、y - t- tOffsetOffsetn从时钟与主时钟之间的偏差值为从时钟与主时钟之间的偏差值为nt tOffsetOffset = =（TSTS1 1- TM- TM1 1 - TM - TM3 3 + TS + TS3 3）/ 2/ 2n根据该偏差值调整从时钟，使主从时钟同步根据该偏差值调整从时钟，使主从时钟同步158课堂优质1、IEC61158标准nIEC61158是国际电工委员会IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)的现场总线标准。目前，IEC61158现场总线标准已经发展了一系列的标准，最新版本为IEC61158-6-20（2007

114、年发布），总共有20种现场总线加入该标准。n2005年12月5日9日，IEC/SC65C/MT9（现场总线维护工作组）和WG11（实时以太网工作组）在外国-美国Phoenix召开了联合工作组会议，来自世界各大工控公司和总线组织的技术专家以及全球-国际电工委员会IEC有关官员共32人参加了本次会议，共同研究起草IEC61158现场总线（第四版）和IEC61784-2实时以太网两个全球-国际标准的CDV（CommitteeDraftwithVote）。159课堂优质此次修订的IEC61158现场总线（第四版）与第三版相比，在内容和格式方面有两个重大改变：n（1）对现场总线类型进行了增减n删除Swi

115、ftNet（Type7）总线。由于IEC/SC65C联系SwiftNet总线组织对其技术进行维护，因此会议决定将其从新版本中删除。增加新的总线类型。考虑到市场需要和技术发展趋势，会议决定将今年5月份发布的实时以太网公共可用规范PAS也作为IEC61158现场总线（第四版）中的正式内容。其中，EPA被列入为第十四类型（Type14）。n（2）每种总线的内容编写相对独立和完整n为方便开发商和最终用户使用新的现场总线标准，会议决定将每种类型总线的数据链路层服务定义、数据链路层协议规范、应用层服务定义、应用层协议规范等四个独立的部分予以编写。其中，IEC61158-314/414/514/614分别为

116、EPA的数据链路层服务定义、数据链路层协议规范、应用层服务定义、应用层协议规范。160课堂优质2、IEC61784-2标准nIEC61784是“与工业控制系统中使用的现场总线有关的用于连续和离散制造的行规集”，即在IEC61158基础上制定的实时以太网应用行规国际标准。它描述IEC61158中规定的“服务”集的子集，该子集用于特定的现场总线系统的通信或基于以太网系统的通信。用这种方法定义的特定的通信行规（CP）被组合在“通信行规簇（CPFCommunicationProfileFamily）中并对应于他们在各自通信系统中的使用情况。”nIEC61784-2定义了系列实时以太网的性能指标以及一致

117、性测试参考指标。包括：传输时间，指应用进程所测量的实时应用层协议数据单元从源端传送到目的端的时间；终端节点数；网络拓扑结构；交换机数目；实时以太网吞吐量；非实时以太网带宽；时间同步精度；非时间性能的同步精度；冗余恢复时间。161课堂优质几种进入几种进入IEC61784IEC61784的工业以太网技术的工业以太网技术HSEEtherNet/IPProfiNet Modbus-TCPPowerLinkEtherCatEPA162课堂优质Ethernet/IPEthernet/IPnEthernet/IPEthernet/IP网络采用商业以太网通信芯片和网络采用商业以太网通信芯片和物理介质，采用星形

118、拓扑结构，利用以太网交物理介质，采用星形拓扑结构，利用以太网交换机实现各设备间的点对点连接。能同时支持换机实现各设备间的点对点连接。能同时支持10M10M和和100M 100M 以太网的商业产品。一个数据包最以太网的商业产品。一个数据包最多可达多可达15001500个字节，个字节， 数据传输速率可达数据传输速率可达10/100M bps10/100M bps163课堂优质EtherNet/IPEtherNet/IPnEtherNet/IP是ODVA发起的基于以太网传输的协议标准，全称为“以太网工业协议”。负责支持和推广EtherNet/IP在工业自动化领域应用的相关组织有：控制网国际有限公司C

119、ontrolNetInternational(CI)、工业自动化开放网络联合会IndustrialAutomationOpenNetworkingAlliance（IAONA）、工业以太网协会IndustrialEthernetAssociation(IEA)、开放设备网供应商协会OpenDeviceNetVenderAssociation(ODVA)。这个协议旨在应用层建立一个开放的网络协议，以构建开放式的工业控制网络。164课堂优质EtherNet/IPEtherNet/IP的分层模型的分层模型165课堂优质UDPUDPARPARPIPRARPRARPICMPICMPOSPFOSPFTCP

120、FTPHTTPBOOTPDHCPOPCSNMPIGMPIGMPIGRPIGRPUpper Layers(Session, Presentation, Application, Device Profiles)Data Link & Physical LayersNetwork LayerTransport LayerExplicitMessagingReal-timeI/O ControlEtherNet/IP =EtherNet/IP =标准标准TCP/IPTCP/IP以太网以太网+ CIP+ CIPEthernet/IPEthernet/IP实时以太网实时以太网Ethernet/IPEth

121、ernet/IP166课堂优质控制与信息协议控制与信息协议CIP（ControlInformationProtocol）nCIPCIP采用面向对象（采用面向对象（ObjectObject）的设计方法，为操作控）的设计方法，为操作控制设备和访问控制设备中的数据提供服务集。它运制设备和访问控制设备中的数据提供服务集。它运用对象来描述控制设备中的通信信息、服务、节点用对象来描述控制设备中的通信信息、服务、节点的外部特征和行为等。的外部特征和行为等。n对象可看作对设备中一个特定组件的抽象描述。每对象可看作对设备中一个特定组件的抽象描述。每个对象都有自己的属性（个对象都有自己的属性（AttributeA

122、ttribute），并提供一系），并提供一系列的服务（列的服务（ Service Service）来完成各种任务，在响应外）来完成各种任务，在响应外部事件时具备一定的的行为（部事件时具备一定的的行为（ Behavior Behavior）特征。作）特征。作为控制网络节点的自控设备可以被描述成各种对象为控制网络节点的自控设备可以被描述成各种对象的集合。的集合。nCIPCIP把一系列标准的、自定义的对象集合在一起，形把一系列标准的、自定义的对象集合在一起，形成对象库成对象库 167课堂优质CIPCIP包含了各种工业实时控制需要的服务和行规包含了各种工业实时控制需要的服务和行规 (Profiles)

123、;(Profiles);CIPCIP将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要将网络上数据按照有实时控制要求和没有实时控制要求以不同的优先等级区别对待。求以不同的优先等级区别对待。通用工业协议通用工业协议CIP（CommonIndustrialProtocol）设备应设备应用描述用描述App ProfilesLay 7应用层应用层168课堂优质CIPCIP的对象模型的对象模型169课堂优质UCMMUCMM指指Unconnected Message ManagerUnconnected Message Manager，为无连接报文，为无连接报文管理对象；管理对象；TransportsTran

124、sports为传输对象；为传输对象；Message RouterMessage Router为报文路由对象；为报文路由对象；Link ObjectLink Object为链接对象；为链接对象；Identify ObjectIdentify Object为描述节点所有标识信息的标识对象；为描述节点所有标识信息的标识对象；Connection ManagerConnection Manager为连接管理对象；为连接管理对象；Assembly ObjectsAssembly Objects为包含组态数据集或为包含组态数据集或I/OI/O数据块的封数据块的封装对象：装对象：Application Ob

125、jectsApplication Objects为描述设备专门功能的应用对象为描述设备专门功能的应用对象CIPCIP把一系列标准的、自定义的对象集合在一起，形成把一系列标准的、自定义的对象集合在一起，形成对象库对象库。 170课堂优质CIPCIP应用层软件设计采用对象的属性、服务和行为来应用层软件设计采用对象的属性、服务和行为来描述。而传统软件中运用数据结构、函数与过程描述。而传统软件中运用数据结构、函数与过程 由不同的功能子集和不同类型的对象构成一个设备由不同的功能子集和不同类型的对象构成一个设备通过标识代码识别对象、理解通信数据包的意义通过标识代码识别对象、理解通信数据包的意义每个对象类都

126、有唯一的一个对象类标识每个对象类都有唯一的一个对象类标识Class IDClass ID，它的取值范围是它的取值范围是 0 06553565535。每个对象类中的对象实例有唯一的实例标识每个对象类中的对象实例有唯一的实例标识 Instance IDInstance ID，它的范围是，它的范围是0-655350-65535。属性标识属性标识Attribute IDAttribute ID用于唯一标识每个类或对象用于唯一标识每个类或对象中的具体属性，取值范围从中的具体属性，取值范围从0 0255255。服务代码服务代码Service CodeService Code则用于唯一标识每个类或对则用于唯

127、一标识每个类或对象所提供的具体服务，取值范围从象所提供的具体服务，取值范围从0 0255255。171课堂优质 由于交换机基于队列和由于交换机基于队列和存储转发机制，在网络存储转发机制，在网络负载较大的情况下，每负载较大的情况下，每个数据包的延迟时间是个数据包的延迟时间是不等的，这样计算出的不等的，这样计算出的时间同步精度不高。时间同步精度不高。 当采用当采用IEEE1588边边界时钟，由于是点点界时钟，由于是点点连接，主时钟和从时钟连接，主时钟和从时钟之间几乎没有延迟时间之间几乎没有延迟时间抖动，而且与交换机的抖动，而且与交换机的内部队列延迟、抖动和内部队列延迟、抖动和时间的传输方向无关。时

128、间的传输方向无关。结合结合CIP SyncCIP Sync（基于（基于 IEEE-1588IEEE-1588技术）技术）EtherNet/IPEtherNet/IP实实现现+-100ns+-100ns高精度时间同步高精度时间同步 一、一、Ethernet/IPEthernet/IP172课堂优质EtherNet/IPEtherNet/IP的报文种类的报文种类n在在EtherNet/IPEtherNet/IP控制网络中，设备之间在控制网络中，设备之间在TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP基础上通过基础上通过CIPCIP协议来实现通信。协议来实现通信。nCIPCIP采用采用控制协议控制协议来实

129、现实时来实现实时I/OI/O报文传输或者报文传输或者内部报文传输；采用内部报文传输；采用信息协议信息协议来实现信息报文来实现信息报文交换或者外部报文传输。交换或者外部报文传输。n CIP CIP把报文分为把报文分为I/OI/O数据报文、信息报文与网数据报文、信息报文与网络维护报文三种络维护报文三种173课堂优质I/OI/O数据报文数据报文nI/OI/O数据报文是指数据报文是指实时性要求较高实时性要求较高的测量控制数据。的测量控制数据。nI/OI/O数据包利用数据包利用UDPUDP的高速吞吐能力的高速吞吐能力, , 采用采用UDP/IPUDP/IP协议协议传输传输 nI/OI/O数据报文又称为数

130、据报文又称为隐性报文隐性报文，隐性报文中包含有应，隐性报文中包含有应用对象的用对象的I/OI/O数据，没有协议信息。数据，没有协议信息。 n数据接收者知道数据的含义。这种隐性报文仅能以面数据接收者知道数据的含义。这种隐性报文仅能以面向连接的方式传送。面向连接意味着数据传送前需要向连接的方式传送。面向连接意味着数据传送前需要建立和维护通信连接。建立和维护通信连接。174课堂优质信息报文信息报文n信息报文通常指信息报文通常指实时性要求较低实时性要求较低的组态、诊断、趋的组态、诊断、趋势数据等，一般为比势数据等，一般为比I/OI/O数据报文大得多的数据包。数据报文大得多的数据包。n信息报文交换是一个

131、数据源和一个目标设备之间短信息报文交换是一个数据源和一个目标设备之间短时间内的链接。可以采用面向连接的通信方式、也时间内的链接。可以采用面向连接的通信方式、也可以采用非连接的通信方式来传送显性报文（非连可以采用非连接的通信方式来传送显性报文（非连接的通信方式不需要建立或维护链路连接）接的通信方式不需要建立或维护链路连接）n信息报文包采用信息报文包采用TCP/IPTCP/IP协议协议并利用并利用TCPTCP的数据处理特的数据处理特性。性。n信息报文属于信息报文属于显性报文显性报文，需要根据协议及代码的相，需要根据协议及代码的相关规定来理解报文的意义。或者说，显性报文传递关规定来理解报文的意义。或

132、者说，显性报文传递的是协议信息的是协议信息 175课堂优质网络维护报文网络维护报文n网络维护报文指在一个节点与多个节点之间起网络网络维护报文指在一个节点与多个节点之间起网络维护作用的报文。维护作用的报文。n在系统专门指定的维护时间内，由地址最低的节点在系统专门指定的维护时间内，由地址最低的节点在此时间段内发送时钟同步和一些重要的网络参数，在此时间段内发送时钟同步和一些重要的网络参数，以便网络中各节点同步时钟，调整与网络运行相关以便网络中各节点同步时钟，调整与网络运行相关的参数。的参数。n网络维护报文一般采用广播方式发送网络维护报文一般采用广播方式发送176课堂优质技术特点技术特点n具有高速率处

133、理大尺寸数据传输的能力。每个数据包最多可容纳具有高速率处理大尺寸数据传输的能力。每个数据包最多可容纳15001500个字节，传输速率为个字节，传输速率为10/100M bps10/100M bps。 nEtherNet/IPEtherNet/IP网络上典型的设备有主机，网络上典型的设备有主机，PLCPLC控制器，机器人，控制器，机器人，HMIHMI，I/OI/O设备等。设备等。n使用使用星形拓扑结构星形拓扑结构，多组设备连接到一个交换机上实现点对点通，多组设备连接到一个交换机上实现点对点通信。同时支持信。同时支持10M10M和和100M bps 100M bps nEtherNet/IPEth

134、erNet/IP现场设备具有内置的现场设备具有内置的Web ServerWeb Server功能，不仅能提供功能，不仅能提供WWWWWW服务，能提供诸如电子邮件等众多的网络服务，其模块、网服务，能提供诸如电子邮件等众多的网络服务，其模块、网络和系统的数据信息可以通过网络浏览器获得。络和系统的数据信息可以通过网络浏览器获得。EtherNet/IPEtherNet/IP的的现有产品已经能够通过现有产品已经能够通过HTTPHTTP提供诸如读提供诸如读/ /写数据，读诊断，发送写数据，读诊断，发送电子邮件，编辑组态数据等能力电子邮件，编辑组态数据等能力 177课堂优质178课堂优质Modbus/TCP

135、 Modbus/TCP 通信参考模型通信参考模型179课堂优质19791979年年ModiconModicon公司公司( (现现Schneider Schneider 的一部分的一部分) )提出的提出的ModbusModbus。ModbusModbus最初作为工业串行链路的事实标准。最初作为工业串行链路的事实标准。19971997年年SchneiderSchneider电气在电气在TCP/IPTCP/IP上实现上实现ModbusModbus协议。协议。 20042004年年ModbusModbus作为我国国家标准。作为我国国家标准。Modbus/TCP Modbus/TCP 180课堂优质二、

136、二、 Modbus TCP ModbusModbus TCP Modbus协议规范协议规范181课堂优质二、二、 Modbus TCP Modbus TCP ModbusModbus是一种简单客户机是一种简单客户机/ /服务器应用协议。服务器应用协议。客户机能够向服务器发送请求。客户机能够向服务器发送请求。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。服务器分析请求，处理请求，向客户机发送应答。182课堂优质二、二、 Modbus TCP Modbus TCP 通用通用ModbusModbus帧结构协议数据单元帧结构协议数据单元 (PDU)(PDU)ModbusModbus是一个可选择部分使用的

137、协议是一个可选择部分使用的协议 ：服务器可执行部分服务器可执行部分ModbusModbus协议。协议。ModbusModbus由公共功能码和用户定义的功能码组成。由公共功能码和用户定义的功能码组成。ModbusModbus应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器应用协议使用功能码列表读或写数据，或者在远程服务器上进行远程处理。上进行远程处理。读读/ /写寄存器列表，读写寄存器列表，读/ /写比特列表。写比特列表。诊断，标识。诊断，标识。183课堂优质二、二、 Modbus TCP Modbus TCP ModbusModbus的数据模型是以一组具有不同特征的表为基础建的数据模型是以一

138、组具有不同特征的表为基础建立的立的。四个基本表为：四个基本表为：基本表基本表对象类型对象类型访问类型访问类型注释注释离散量输入离散量输入单个位只读I/O系统可提供这种类型数据线圈线圈单个位读写通过应用程序可改变这种类型数据输入寄存器输入寄存器16位字只读I/O系统可提供这种类型数据保持寄存器保持寄存器16位字读写通过应用程序可改变这种类型数据184课堂优质Modbus公共功能码的定义公共功能码的定义功能码码子码（十六进制）数据访问位访问物理离散量输入读离散量输入0202内部位或物理线圈读线圈0101写单个线圈0505写多线圈150F16位访问输入寄存器读输入寄存器0404内部寄存器或物理输出寄

139、存器读保持寄存器0303写单寄存器0606写多寄存器1610读/写多寄存器2317屏蔽写寄存器2216读FIFO队列2418文件记录访问读文件记录20614写文件记录21615诊断读异常状态07诊断0800-18获得通信事件计数器11OB获得通信事件记录120C报告从站ID1711读设备识别码43142B其它封装接口传输432B185课堂优质二、二、 Modbus TCPModbus TCPModbus TCP/IPModbus TCP/IP是一种互联网协议是一种互联网协议 。Modbus/TCPModbus/TCP主要是以一种简单的方式将主要是以一种简单的方式将ModbusModbus框架嵌

140、入到框架嵌入到TCPTCP结结构中。构中。MODBUS/TCP MODBUS/TCP 协议已经成为一种（实际的）自动化标准。协议已经成为一种（实际的）自动化标准。186课堂优质二、二、 Modbus TCPModbus TCP连接至连接至TCP/IPTCP/IP网络的网络的Modbus TCP/IPModbus TCP/IP客户机和服务器设备互连设备，客户机和服务器设备互连设备，如：在如：在TCP/IPTCP/IP网络和串行链路子网之间互连的网桥、路由器或网关网络和串行链路子网之间互连的网桥、路由器或网关等设备。等设备。187课堂优质用户应用通讯应用层MODBUS客户接口MODBUS客户接口M

141、ODBUS客户机MODBUS服务器TCPTCP管理层栈参数化连接管理访问控制TCP/IP栈资源管理与流量控制ModbusModbus报文传输服务结构报文传输服务结构188课堂优质二、二、 Modbus TCPModbus TCPMODBUS/TCP MODBUS/TCP 可以采用单一的连接方式，要求支持多个独立的事可以采用单一的连接方式，要求支持多个独立的事务处理。务处理。TCP TCP 允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接允许很大数量的并发连接，在每次请求时重新建立连接MODBUS/TCPMODBUS/TCP请求通过请求通过TCPTCP从端口从端口502 502 发出。发出。18

142、9课堂优质三、三、LXILXI自自20042004年年9 9月安捷伦科技公司和月安捷伦科技公司和VXIVXI科技公司联合成立国际科技公司联合成立国际LXILXI联联盟至今，已有包括多数国际著名测试测量公司在内的盟至今，已有包括多数国际著名测试测量公司在内的5151家公司家公司加入该联盟，加入该联盟，20082008年年1010月月1.31.3版本的版本的LXILXI标准发布。截止标准发布。截止20092009年年8 8月，基于月，基于LXILXI的仪器有超过的仪器有超过13001300种，有超过种，有超过2020家的产品供应商。家的产品供应商。对于对于LXILXI总线的推出国内测试界也积极响应

143、，目前，陕西海泰电总线的推出国内测试界也积极响应，目前，陕西海泰电子有限责任公司、北京无线电计量测试研究所、北京航天测控子有限责任公司、北京无线电计量测试研究所、北京航天测控技术开发公司、哈尔滨工业大学等单位已加入了技术开发公司、哈尔滨工业大学等单位已加入了LXILXI联盟。联盟。190课堂优质三、三、LXILXI所谓所谓LXILXI就是一种基于以太网技术等工业标准的、由中小型总线就是一种基于以太网技术等工业标准的、由中小型总线模块组成的新型仪器平台。模块组成的新型仪器平台。LXILXI仪器是严格基于仪器是严格基于IEEE 802.3IEEE 802.3、TCPTCPIPIP、网络总线、网络浏

144、、网络总线、网络浏览器、览器、IVIIVIC0M C0M 驱动程序、时钟同步协议驱动程序、时钟同步协议(IEEE1588)(IEEE1588)和标准模和标准模块尺寸的新型仪器。与带有昂贵电源、背板、控制器、块尺寸的新型仪器。与带有昂贵电源、背板、控制器、MXIMXI卡和卡和电缆的模块化插卡框架不同，电缆的模块化插卡框架不同，LXILXI模块本身已带有自己的处理器、模块本身已带有自己的处理器、LANLAN连接、电源和触发输入。连接、电源和触发输入。LXILXI模块的高度为一个或二个机架单位，宽度为全宽或半宽，因模块的高度为一个或二个机架单位，宽度为全宽或半宽，因而能容易混装各种功能的模块。而能容

145、易混装各种功能的模块。191课堂优质四、四、PowerlinkPowerlink通信参考模型通信参考模型192课堂优质193课堂优质五、高速以太网五、高速以太网HSEn现场总线基金会将现场总线基金会将HSEHSE定位于将控制网络集成定位于将控制网络集成到到InternetInternet的技术。的技术。HSEHSE采用采用链接设备链接设备将远程将远程H1H1网段的信息传送到以太网主干上。这些信息网段的信息传送到以太网主干上。这些信息可以通过以太网送到主控制室，并进一步送到可以通过以太网送到主控制室，并进一步送到企业的企业的ERPERP和管理系统。操作员在主控室可以和管理系统。操作员在主控室可以

146、直接使用网络浏览器等工具查看现场操作情况。直接使用网络浏览器等工具查看现场操作情况。也可以通过同样的网络途径将操作控制信息送也可以通过同样的网络途径将操作控制信息送到现场到现场194课堂优质实验工厂实验工厂Baytown, TX链接设备链接设备100 Mbit/s交换机交换机H1H1主机主机主机主机HSEHSE链接设备链接设备Lee College HSE Demo 1999年年12月月195课堂优质LH1设备集成设备集成L 设备与子系统集成设备与子系统集成LH1 离散离散 I/OH1设备集成设备集成COTS 交换机交换机/防火墙防火墙操作员工作站操作员工作站工程师工作站工程师工作站链接设备链

147、接设备HSE 间歇控制器间歇控制器MIOFFBHSEPLC非非FF传感器总线传感器总线FFBFFB光缆COTS 交换机交换机/防火墙防火墙应用软件应用软件HSE2000米双绞线对电缆双绞线对电缆100米其它地区其它地区/工厂工厂数据服务器数据服务器196课堂优质HSEHSE通信模型的分层结构通信模型的分层结构197课堂优质HSEHSE通信系统的模块结构通信系统的模块结构HSEHSE是工业以太网与是工业以太网与H1H1技术的结合体技术的结合体 198课堂优质基本功能块基本功能块模拟输入模拟输入 模拟输出模拟输出 偏移与增益偏移与增益 控制选择器控制选择器 离散输入离散输入 离散输出离散输出 手动

148、装载手动装载 PID PD 比值比值标准功能块标准功能块 基础过程控制基础过程控制高级功能块高级功能块模拟量报警模拟量报警 算法算法迟延（死区）时间迟延（死区）时间 设备控制设备控制 输入选择器输入选择器 迟延迟延/惯性惯性 Integrator 设定值斜坡发生器设定值斜坡发生器 信号特征器信号特征器 Splitter 定时器定时器先进过程控制先进过程控制H1HSE 和柔性功能块应用能力的扩展和柔性功能块应用能力的扩展柔性功能块柔性功能块柔性功能块柔性功能块多输入多输入/输出输出 - 8 通道通道 I/O 基本基本 I/O 接口接口具体应用具体应用 (IEC 61131) Coordinate

149、d Drives 监控数据采集监控数据采集 批量先后顺序批量先后顺序 Burner 管理管理 高级高级 I/O接口接口间歇间歇/离散离散/混合控制混合控制HSE199课堂优质HSEHSE的网络系统与设备类型的网络系统与设备类型200课堂优质HSEHSE与现场设备间的通信与现场设备间的通信n在在HSEHSE中，中，TunnelingTunneling的工作是由的工作是由链接设备（链接设备（Linking Linking DeviceDevice）完成的。它负责从所挂接的完成的。它负责从所挂接的H1H1网段收集现场网段收集现场总线信息，然后把总线信息，然后把H1H1地址转换成为地址转换成为IPv4

150、IPv4或者或者IPv6IPv6的地的地址，这样址，这样H1H1网段的数据就可以在网段的数据就可以在TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP网络上进网络上进行传送。另一方面，接收到行传送。另一方面，接收到TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP信息的链接设信息的链接设备可以将备可以将IP/IPv6IP/IPv6地址转换为地址转换为H1H1地址，将要发往地址，将要发往H1H1网网段的信息放到现场的目的网段中进行传送。这样，通段的信息放到现场的目的网段中进行传送。这样，通过链接设备就可以过链接设备就可以实现跨实现跨H1H1网段的组态，甚至可以把网段的组态，甚至可以把PLCPLC等其他控制系统集成起

151、来等其他控制系统集成起来。跨网段组态在。跨网段组态在H1H1技术技术下是无法实现的，它下是无法实现的，它同时也使较远距离被控对象的闭同时也使较远距离被控对象的闭环实时控制成为可能环实时控制成为可能。201课堂优质n企业管理网络中的计算机同样挂接在这个以太网上，企业管理网络中的计算机同样挂接在这个以太网上，可以与现场仪表通过可以与现场仪表通过TCP/IPTCP/IP等标准网络协议进行通等标准网络协议进行通信。同时，最新的以太网设备可以以网页的形式发信。同时，最新的以太网设备可以以网页的形式发布现场信息，布现场信息，InternetInternet上任何一个拥有访问权限的上任何一个拥有访问权限的用

152、户都可以远程查看设备的当前信息，甚至可以远用户都可以远程查看设备的当前信息，甚至可以远程修改设备的工作状态，而不再需要通过监控工作程修改设备的工作状态，而不再需要通过监控工作站进行现场信息的中转，大大站进行现场信息的中转，大大加强了现场控制层与加强了现场控制层与企业管理层和企业管理层和InternetInternet之间的信息集成。之间的信息集成。 202课堂优质HSE的柔性功能块的柔性功能块n柔性功能块包括为高级过程控制、离散控制、柔性功能块包括为高级过程控制、离散控制、间歇过程控制、连续间歇过程控制、连续/ /离散离散/ /间歇的混合系统的间歇的混合系统的控制而开发功能模块。控制而开发功能

153、模块。n柔性功能块包括多输入柔性功能块包括多输入/ /输出（输出（MIOMIO）的模拟和）的模拟和数字柔性功能块，还有为实现特定控制策略而数字柔性功能块，还有为实现特定控制策略而包装定制的柔性功能块。柔性功能块的开发提包装定制的柔性功能块。柔性功能块的开发提高了现场控制功能的能力，在增强过程控制能高了现场控制功能的能力，在增强过程控制能力的同时，弥补了力的同时，弥补了H1H1系统用于离散或间歇控制系统用于离散或间歇控制应用领域的不足应用领域的不足 203课堂优质HSE支持对交换机、链接设备的冗余配置与接线支持对交换机、链接设备的冗余配置与接线204课堂优质 HSEHSE的链接设备的链接设备n链

154、接设备是链接设备是HSEHSE体系结构中将体系结构中将H1H1（31.25 kbit/s31.25 kbit/s）设）设备连接到备连接到100Mbit/s100Mbit/s的的HSEHSE主干网的关键组成部分主干网的关键组成部分n链接设备的网桥功能用来连接多个链接设备的网桥功能用来连接多个H1H1总线网段，并且总线网段，并且使不同使不同H1H1网段上面的网段上面的H1H1设备之间能够进行对等通信而设备之间能够进行对等通信而无需主机系统的干预。无需主机系统的干预。 n链接设备的网关功能允许将链接设备的网关功能允许将HSEHSE网络连接到其他的工网络连接到其他的工厂控制网络和信息网络厂控制网络和信

155、息网络 nHSEHSE链接设备不需要为链接设备不需要为H1H1子系统做报文解释的工作。子系统做报文解释的工作。它们的功能是将来自它们的功能是将来自H1H1网段的报文集合起来，并且将网段的报文集合起来，并且将H1H1地址转化成为地址转化成为IPv4IPv4或者或者IPv6IPv6地址。把其它网络参数，地址。把其它网络参数，监视和控制参数直接映射到标准的基金会功能块或者监视和控制参数直接映射到标准的基金会功能块或者“柔性功能块柔性功能块”中中。 205课堂优质六、PROFINETnPROFINETPROFINET技术是技术是PROFIBUSPROFIBUS国际组织在国际组织在19991999年开始

156、年开始发展的新一代通信系统，是分布式自动化标准的发展的新一代通信系统，是分布式自动化标准的现代概念。现代概念。n以互联网和以太网标准为基础以互联网和以太网标准为基础，简单且无需作任，简单且无需作任何改变地何改变地将将PROFIBUSPROFIBUS系统与现有的其它现场总线系统与现有的其它现场总线系统集成系统集成，对于满足从公司管理层到现场层的一，对于满足从公司管理层到现场层的一致性要求是一个非常重要的方面。致性要求是一个非常重要的方面。n它的重大贡献在于它的重大贡献在于保护了用户的投资保护了用户的投资，因为现有，因为现有系统的部件仍然可应用到系统的部件仍然可应用到PROFINETPROFINE

157、T系统中并不作系统中并不作任何改变。任何改变。206课堂优质nPROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUSInternational，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。n它主要包含3方面的技术：基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统；规定了Profibus和标准以太网

158、之间的开放、透明通信；提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。207课堂优质nPROFInet采用标准TCP/IP+以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPCDCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到PROFInet网络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在PROFInet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与PROFInet上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象之间的调用。208

159、课堂优质nPROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。nPROFINET覆盖了自动化工程的所有需求。PROFINET概念是模块化的，它使用户能够选择他们自己所需要的功能。PROFINET功能的差别仅在于其侧重于数据交换的特质，以满足某些情况下极其苛刻的速度要求。图7-1表示了PROFINET的结构。PROFINET分为两大方面：用于集成分布式I/O的PROFINETIO，用于创建模块化装备的PROFINETCBA。209课堂优质PROFINET的结构PROF

160、INET的结构210课堂优质PROFINET是由PROFIBUS&PROFINETInternational(PI)推出的开放式工业以太网标准PROFINET是基于工业以太网PROFINET遵循TCP/IP和IT标准PROFINET是实时以太网PROFINET可以无缝集成现场总线系统211课堂优质nPROFINET的通信通信模型212课堂优质nPROFINET的通信n通信通道模型通信通道模型及其实质213课堂优质nPROFINET的通信n实时通信机理通过软件的方法来完成实时通道的功能去除一些协议层，减少文本长度；提高通信双方传输数据的确定性，把数据传输准备就绪的时间减至最小；（EtherTyp

161、e和FrameID）采用IEEE802.1q标准，增加对数据流传输优先级处理环节。（VLANTag）PEOFINET把实现RT功能的标志嵌入到了以太网的帧结构中214课堂优质Ethernet采用随机争用型介质访问方法(CSMA/CD)存在的问题：如果网络负载过高，无法预测网络延迟时间TransmitterSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchReceiverABCDEFFurtherstations只要有通信需求，各以太网节点(A-F)均可向网络发送数据报文可能在主干网中被缓冲215课堂优质nPROFINET的通信n通信通道模型通信采用的是生产者（Provid

162、er）和消费者（Consumer）方式影响数据循环周期的因素分析，提高响应速度，缩小循环时间的方法216课堂优质以太网帧的优先级划分在IEEE802.1q标准中定义四个额外的数据字节用于控制不同优先级数据帧的传输数据帧1正在发送中，无法中断正在进行的传输任务数据帧2的优先级低于数据帧3，因而被暂时搁置Port1Queueforport1Port2Port3132132123217课堂优质nPROFINET的通信=通信等级通信等级n不同的应用对象对通信的实时性要求不同n可以进行缩放的模型n使用TCP/UDP和IP，解决非苛求时间的数据通信，如组态和参数赋值；n使用软实时（SRT）技术，解决苛求时

163、间的数据通信，如自动化领域的实时数据；n使用等时同步实时（IRT）技术，解决对时间要求严格同步的数据通信，如运动控制。218课堂优质数据准备和处理所需的时间与通信无关优化通信堆栈循环时间线路传输时间可忽略(100Mb/s)提供数据通信堆栈提供者处理数据通信堆栈消费者传输T1T2T3219课堂优质nPROFINETIO概述n相当于PROFIBUS-DP；PROFINETIO的组成IO控制器IO监视器IO设备n通信关系220课堂优质nPROFINETIOPROFINETIO的工作过程n设备模型由模块、槽和通道组成；nGSD文件：有XML编写nID号：16位制造商标识符、16位设备标识符n工作过程2

164、21课堂优质nPROFINETIOPROFINETIO的工作过程n通信关系（CR）和应用关系（AR）PROFINET中的数据交换是通过各种通信关系CR实现通信关系的建立在应用关系建立后完成n初始化工作：建立控制器和IO设备之间的AR把有关AR的参数传递给IO设备；建立起各种CR，并把CR的参数传递给IO设备；设备模型的匹配；建立起报警CR，并把其CR的参数传递给IO设备。222课堂优质nPROFINETIOPROFINETIO的工作过程n三种基本的CR非循环CRs：它是最先建立起来的CR，它用来传递组态数据、启动参数、诊断数据等对时间要求不苛刻的数据。I/OCRs：它用来在控制器和IO设备之间

165、循环交换实时I/O数据。报警CR：它用来传递报警信息，是非循环的。223课堂优质nPROFINETCBA概述n基于组件的自动化CBA（Component-BasedAutomation）技术是一种实现分布式（Distributed）装置、机器模块、局部总线等设备级智能模块自动化应用的概念。n实质：CBA的控制对象是一个整体的装置、智能机器或系统，它的I/O之间的数据交换在它们内部完成，这些智能化的大型模块之间通过标准的接口相连，进而组成大型系统。n产生原因：在工业生产过程中存在着许多功能相同的装置或工艺过程相似的环节，自动化领域的发展已进入到了创建模块化装置和机器的阶段。n举例224课堂优质n

166、PROFINETCBA概述n好处大大减少了设计工作量；组件之间只需少量的接口完成级联；每个模块都具有高度的自治性，从测试到诊断都无需对整个系统进行操作；单个的组件调试可提前进行，从而使系统总体调试简单化；系统维护变得容易。225课堂优质nPROFINETCBA工艺技术模块和组件模块n定义：生产实际中，每个独立的环节在组成上都有相似的地方，那就是它们都是由机械、电气/电子设备和控制逻辑（软件）来实现其功能的。由这些要素构成的整体单元就是工艺技术模块（technologymodule）。n组成：一个工艺技术模块代表的是一个专用的组件，它包括机械的、必需的电控装置和相关的软件。n划分原则必须周密地考

167、虑在不同使用设备中的可复用性、成本和实用性。不能过小、过细；也不能过大、过粗。226课堂优质nPROFINETCBA现场设备的结构现场设备的结构n定义：现场设备是组件的另外一种称谓，在最简单的情况下，CBA就是现场设备。但是，也可以把多个现场设备组合成一个组件。n现场设备的组成：现场设备的组成：只有一个物理设备（PDev一个或多个逻辑设备（LDev每个LDev有一个或多个运行期对象（RT-Auto227课堂优质nPROFINETCBA使用过程n三个阶段创建组件；组件互连；把互连信息下载到现场设备。nPCD（PROFINETComponentDescription）语言相当于GSD文件IP地址网

168、络部分（networkID）用户部分（HostID）228课堂优质229课堂优质PROFINETPROFINET的网络结构的网络结构n PROFINETPROFINET可可以以采采用用星星形形结结构构、树树形形结结构构、总总线形结构和环形结构线形结构和环形结构 ( (冗余冗余) )。nPROFINETPROFINET技技术术的的核核心心设设备备是是代代理理设设备备ProxyProxy。代代理理设设备备负负责责将将所所有有的的PROFlBUSPROFlBUS网网段段、以以太太网网设设备备以以及及DCSDCS、PLCPLC等等集集成成到到PROFINETPROFINET系系统统中。代理服务器完成中

169、。代理服务器完成COMCOM对象之间的交互。对象之间的交互。230课堂优质PROFINETPROFINET的网络结构的网络结构231课堂优质232课堂优质PROFINETPROFINET与与OPCOPC的数据交换的数据交换nOPC-OPC-用于过程控制的用于过程控制的OLEOLE（对象链接与嵌入）（对象链接与嵌入）nPROFINETPROFINET和和OPCOPC在在DCOMDCOM中享有相同的技术基础中享有相同的技术基础nOPCOPC是是自自动动化化技技术术中中基基于于WindowsWindows应应用用程程序序之之间间进进行行数数据据交交换换的的一一种种广广泛泛使使用用的的接接口口。OPC

170、OPC为为多多制制造造商商站站及及它它们们的的内内部部链链接接之之间间提提供供了了一种无需编程的灵活性选择。一种无需编程的灵活性选择。233课堂优质n（1 1）OPC DAOPC DAnOPC OPC DA(DA(数数据据存存取取) )是是一一种种工工业业标标准准，它它规规定定了了一一套套从从测测量量和和控控制制设设备备中中存存取取实实时时数数据据的的应应用用接接口口、查查找找OPCOPC服服务务器器的的接接口和测览服务器名空间的接口。口和测览服务器名空间的接口。234课堂优质n（2 2）OPC DXOPC DXn OPC OPC DX(DX(数数据据交交换换) )定定义义了了不不同同品品牌牌

171、和和类类型型的的控控制制系系统统之之间间相相同同层层上上的的非非时时间间苛苛求求的的用用户户数数据据的的高高层层交交换换，例例如如：PROFINETPROFINET和和CIPCIP之之间间的数据交换。的数据交换。nOPC OPC DXDX是是OPCDAOPCDA规规范范的的扩扩展展，它它定定义义了了一一组组标标准准化化的的接接口口，用用于于数数据据的的互互操操作作性性交交换换和和以以太网上服务器与服务器之间的通信太网上服务器与服务器之间的通信。235课堂优质n（3 3）OPC DXOPC DX和和PROFINETPROFINETn开开发发OPC OPC DXDX的的目目的的是是使使得得各各种种

172、现现场场总总线线系系统统和和基基于于以以太太网网的的通通信信协协议议之之间间最最低低限限度度的的互互操作性，而无需折中各种技术的集成。操作性，而无需折中各种技术的集成。nPROFINETPROFINET的的 功功 能能 远远 比比 OPCOPC的的 功功 能能 强强 大大 。PROFINETPROFINET提提供供了了自自动动化化解解决决方方案案所所需需要要的的实实时时能能力力。另另一一方方面面，OPCOPC提提供供了了更更高高等等级级的的互互操作性。操作性。236课堂优质PROFINETPROFINETnPROFINET PROFINET 是为实现是为实现PROFIBUSPROFIBUS与外

173、部系统横向与外部系统横向纵向整合的需要而提出的解决方案。纵向整合的需要而提出的解决方案。n它以互联网和以太网标准为基础，建立了一条它以互联网和以太网标准为基础，建立了一条PROFIBUSPROFIBUS与外部系统的透明通道。与外部系统的透明通道。nPROFINET= PROFINET= PROFIBUS + Ethernet + COM/DCOM PROFIBUS + Ethernet + COM/DCOM237课堂优质PROFINETPROFINET的通信机制的通信机制n每个设备都被看作一个具有每个设备都被看作一个具有组件对象模型组件对象模型COMCOM（Component Object M

174、oduleComponent Object Module）接口的自动化设备，）接口的自动化设备，同类设备都具有相同的同类设备都具有相同的COMCOM接口接口n系统通过调用系统通过调用COMCOM接口来调用设备功能接口来调用设备功能n每一个智能设备中间都有一个标准组件，智能设备的功每一个智能设备中间都有一个标准组件，智能设备的功能则通过对组件进行特定的编程来完成。能则通过对组件进行特定的编程来完成。n同类设备具有相同的内置组件，对外提供相同的同类设备具有相同的内置组件，对外提供相同的COMCOM接接口，为不同厂家的设备之间提供互换性和互操作性口，为不同厂家的设备之间提供互换性和互操作性nCOMC

175、OM对象之间通过对象之间通过分布式组件对象模型分布式组件对象模型DCOMDCOM (Distributed Component Object Module)(Distributed Component Object Module)连接协议进连接协议进行互连和通信行互连和通信 n传统传统PROFIBUSPROFIBUS设备通过代理设备与设备通过代理设备与PROFINETPROFINET上面的上面的COMCOM对象之间进行通信对象之间进行通信 238课堂优质nPROFINETPROFINET采用采用标准以太网标准以太网作为作为连接介质连接介质，同时，同时提供了挂接传统提供了挂接传统PROFIBUS

176、PROFIBUS系统和新型智能现场系统和新型智能现场设备的功能设备的功能n现有现有PROFIBUSPROFIBUS网段可以通过一个网段可以通过一个代理设备代理设备（proxyproxy）连接到连接到PROFINETPROFINET网络当中网络当中n整套整套PROFIBUSPROFIBUS设备和协议能够原封不动的在设备和协议能够原封不动的在PROFINETPROFINET中使用。中使用。PROFINETPROFINET采用标准采用标准TCP/UDP/IPTCP/UDP/IP协议，加上应用层的远程过程调用协议，加上应用层的远程过程调用RPC/DCOMRPC/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址来

177、完成节点之间的通信和网络寻址。 239课堂优质代理设备（代理设备（proxyproxy）nPROFINETPROFINET技术的技术的核心设备核心设备是是代理设备代理设备n代理设备负责将代理设备负责将PROFIBUSPROFIBUS网段，以太网设备，网段，以太网设备，以及以及DCSDCS，PLCPLC等集成到等集成到PROFINETPROFINET系统之中。系统之中。n由代理设备完成由代理设备完成COMCOM对象之间的交互。对象之间的交互。n代理设备将所挂接的设备抽象成为代理设备将所挂接的设备抽象成为COMCOM服务器，服务器，设备之间的交互变成设备之间的交互变成COMCOM服务器之间的相互调

178、服务器之间的相互调用。用。 240课堂优质n组件技术不仅实现了现场数据的集成，也为企组件技术不仅实现了现场数据的集成，也为企业管理人员通过公用数据网络访问过程数据提业管理人员通过公用数据网络访问过程数据提供了方便。供了方便。n在在PROFINETPROFINET中使用标准中使用标准ITIT技术，支持从办公室技术，支持从办公室到现场的纵向信息集成。到现场的纵向信息集成。nPROFINETPROFINET为企业网络的制造执行系统为企业网络的制造执行系统MESMES提供提供了一个开放平台了一个开放平台。241课堂优质 七、七、LonWorks/Ethernet解决方案解决方案242课堂优质 E E网

179、到底与嵌入式以太网节点网到底与嵌入式以太网节点nE E网到底在一些应用场合已成事实网到底在一些应用场合已成事实 如楼宇等对实际时性要求不高的场合如楼宇等对实际时性要求不高的场合n带嵌入式以太网节点的现场智能设备带嵌入式以太网节点的现场智能设备在现场智能设备中直接集成以太网协议，集成在现场智能设备中直接集成以太网协议，集成WebWeb服务器，使设备可以在以太网上进行通讯。服务器，使设备可以在以太网上进行通讯。目前主要支持此方案的厂家及其产品有：目前主要支持此方案的厂家及其产品有：UBICOMUBICOM公司的公司的SX52BDSX52BD、IP2022IP2022RABBITRABBIT公司的公

180、司的RABBIT 2000 CHIPRABBIT 2000 CHIP等。等。243课堂优质244课堂优质IP2022nIP2022IP2022单片机是单片机是UBICOM UBICOM 公司专门为网络应用而设计公司专门为网络应用而设计的，它在具有强大网络通讯功能的同时，还具有一定的，它在具有强大网络通讯功能的同时，还具有一定的的I/OI/O处理能力，适合作为智能节点的核心芯片处理能力，适合作为智能节点的核心芯片nIP2022IP2022包括主运算单元（包括主运算单元（CPUCPU）、程序和数据存储器、）、程序和数据存储器、通用定时器、多种网络通讯接口、模通用定时器、多种网络通讯接口、模/ /数

181、转换器和通数转换器和通用用I/OI/O接口等，只需要增加少量外围电路能实现不同接口等，只需要增加少量外围电路能实现不同的应用系统的应用系统nIP2022IP2022单片机的一个最突出的优点就是在硬件上支持单片机的一个最突出的优点就是在硬件上支持多种通讯协议，可以支持多种通讯协议，可以支持10Base-T Ethernet10Base-T Ethernet、USB1.1USB1.1、SPISPI、UARTUART、BluetoothBluetooth等通讯等通讯 245课堂优质IP2022的结构框图246课堂优质nIP2022IP2022提供了提供了5252个可编程的通用个可编程的通用I/O I

182、/O 接口。通过编程接口。通过编程可以把它们定义成输入、输出接口，或是并行、串行可以把它们定义成输入、输出接口，或是并行、串行接口，或是中断请求端口等，另外，接口，或是中断请求端口等，另外，IP2022 IP2022 还提供还提供了了8 8路路1010位模数转换器位模数转换器n具有高效实用的操作系统具有高效实用的操作系统ipOSipOS。IP2022IP2022的应用程的应用程序可建立在该操作系统之上，利用函数调用来管理各序可建立在该操作系统之上，利用函数调用来管理各种种I/OI/O功能，使编程变得简单、可靠，同时提高了产功能，使编程变得简单、可靠，同时提高了产品调试、定型的速度，降低了开发成

183、本品调试、定型的速度，降低了开发成本n开发软件功能完善。开发软件功能完善。UBICOMUBICOM公司推出了一套集成化开公司推出了一套集成化开发环境发环境UBICOM Unity IDEUBICOM Unity IDE，该环境支持，该环境支持C C语言编语言编译器，开发环境还提供了数个事例程序译器，开发环境还提供了数个事例程序247课堂优质nIP2022 IP2022 提供了许多功能软件模块提供了许多功能软件模块类似于类似于函数库，例如，函数库，例如，IpOSIpOSTMTM 是基本的操作系统，是基本的操作系统，IpIOIpIOTMTM提供与提供与I/OI/O控制有关的函数调用控制有关的函数调

184、用, , IpStackIpStackTMTM 提供提供TCP/IPTCP/IP协议栈和协议栈和NE2000NE2000以太网以太网驱动等功能驱动等功能nRUBBIT2000RUBBIT2000的芯片功能、软件与开发工具的情的芯片功能、软件与开发工具的情况与况与IP2022IP2022类似，只是网络功能稍弱类似，只是网络功能稍弱248课堂优质基于基于IP2022IP2022的智能小区监控系统的智能小区监控系统（供暖、供水、配电、保安、消防）（供暖、供水、配电、保安、消防）1号楼设备接其它以太网设备9号楼设备接其它以太网设备接上层网络光纤249课堂优质E E（EthernetEthernet）网

185、到底已成事实，但）网到底已成事实，但仍有问题尚需解决；仍有问题尚需解决；n总线供电总线供电n时间发布时间发布n实时性实时性n工业以太网技术尚不能完全取代其它现场总工业以太网技术尚不能完全取代其它现场总线线一（一（E E）网打尽不切实际）网打尽不切实际n控制网络不会是工业以太网的一统天下，相控制网络不会是工业以太网的一统天下，相当长时期内会是多种总线并存。当长时期内会是多种总线并存。250课堂优质作业：1 1、以太网通信帧由哪些部分组成？、以太网通信帧由哪些部分组成？2 2、以太网通信帧的最短长度为多少个字节？、以太网通信帧的最短长度为多少个字节？为什么说现场总线系统按以太网为什么说现场总线系统

186、按以太网TCP/IPTCP/IP协议协议组织数据帧，其协议效率较低？组织数据帧，其协议效率较低？3 3、以太网通信非确定性的主要原因是什么？、以太网通信非确定性的主要原因是什么？可采用哪些措施缓解以太网通信非确定性？可采用哪些措施缓解以太网通信非确定性？4 4、如何使以太网上的节点实现时间同步？、如何使以太网上的节点实现时间同步？251课堂优质作业：5 5、什么是实时以太网？实时以太网采用、什么是实时以太网？实时以太网采用哪些措施来提高通信节点的实时性？哪些措施来提高通信节点的实时性？6 6、什么是软实时，什么是等时同步？、什么是软实时，什么是等时同步？7 7、HSEHSE连接设备属于中继器、网桥、网关、连接设备属于中继器、网桥、网关、路由器中的哪一种？为什么？路由器中的哪一种？为什么？252课堂优质