第6章 工业以太网通信原理
第6章 工业以太网通信原理答辩
以太网+ TCP/IP协议组合就是今天的互联网，
采用的是IP地址寻址
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现场总线原理及应用
本章的主要内容
本章主要介绍工业以太网PROFINET的网络 原理。 6.1 概述
6.2 局域网及其体系结构
6.3 以太网
6.4 TCP/IP模型
6.5 工业以太网原理
6.6 实时工业以太网PROFINET
3）传输的时候继续侦听，如发现冲突则执行退 避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1） （当冲突发生时，涉及冲突的计算机会返回到侦 听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送 一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）； 18 2019/1/16
现场总线原理及应用
6.2.3 载波多路访问和冲突检测
现场总线原理及应用
6.2.2 IEEE802标准 6）IEEE 802.6关于都会区网（也叫城域网） （Metropolitan Area Network，MAN）介质访 问控制子层与物理层规范的内容； 7）IEEE 802.7关于宽带TAG技术；
8）IEEE 802.8关于光纤FDDI技术；
9）IEEE 802.9关于同步局域网；
现场总线原理及应用
6.3.1 以太网的帧结构 SA（Source MAC Addesses）：源MAC 地址，用于指明发送帧的源站点。 L（Length/Type）：数据字段长度，占2 个字节，表明DATA的数据长度。
DATA：数据字段，这个字段包括从源站到 目的站传输的数据，最多包含1500字节。如果 这个字段小于46字节，那就必须使用下面的 “PAD”字段，以使帧的总长度大于64字节。
现场总线原理及应用
6.2.1 IEEE802模型
以太网通信原理
以太网通信原理以太网通信原理是一种局域网技术，通过电缆连接计算机和其他网址设备，它是一种基于帧的通信方式。
以太网使用CSMA/CD（载波侦听多径访问/碰撞检测）协议来控制访问网络链路。
以太网中的每个设备都具有一个全球唯一的物理地址，称为MAC地址。
以太网使用分组交换技术，将数据分为小块，称为帧，然后通过网络传输。
在以太网通信过程中，计算机发送数据时，将数据分解成帧，并在帧中添加源MAC地址和目标MAC地址，以识别数据发送和接收的设备。
这些帧在网络链路上通过不同设备传输，直到达到目标设备。
目标设备通过匹配帧中的目标MAC地址来接收数据。
在以太网中，当多个设备同时尝试发送数据时，可能会发生碰撞。
为了解决这个问题，以太网使用CSMA/CD协议。
设备在发送数据之前，先监听网络上是否有其他设备正在发送数据。
如果检测到信道空闲，设备开始发送数据。
如果多个设备在同一时间开始发送数据，就会发生碰撞。
当发生碰撞时，设备会发送一个干扰信号，然后等待一个随机时间段后重新发送数据。
以太网通信原理还包括网络拓扑结构的选择。
常见的拓扑结构有总线型、星型和环型。
在总线型拓扑中，所有设备都连接在同一条电缆上。
在星型拓扑中，每个设备都连接到一个中央设备，例如交换机或集线器。
在环型拓扑中，设备通过一个环形电缆相互连接。
除了物理层的连接方式和帧的传输，以太网还支持网络层和传输层协议，如IP协议和TCP/UDP协议。
这些协议帮助实现数据的可靠传输和终端设备之间的通信。
总之，以太网通信原理基于帧的通信方式，使用CSMA/CD协议控制访问网络链路。
它还包括网络拓扑结构的选择和支持网络层和传输层协议。
通过理解以太网通信原理，可以更好地理解和使用局域网技术。
《工业控制网络与通信》第6章 PROFINET工业以太网及应用
➢ OPC-DX定义了不同厂商的设备和不同类型控制系统之间没有严格时间要求的用户 数据的高层交换，例如PROFINET和Ethernet/IP之间的数据交换。
➢ OPC-DX特别适合用于需要集成不同制造商的设备、控制系统和软件的场合。通过
OLE for process control， object linking and
PROFINET CBA
➢ PROFINET CBA，Component Based Automation，基于组件的自动化，经由TCP/IP， 以组件为基础的、模块化的分布式通信网络。
➢ 把大的控制系统分成不同功能、分布式、智能的小控制系统，把典型的控制环节做成标 准组件，使用COM/COM++组件自动化技术生成功能组件，利用IMAP工具软件连接各 个组件组成通信，来进行设备参数赋值、读取诊断数据、建立组态和交换用户数据等。
基于组件的集成
用户可以通过定义一个总线专用的组件接口（用于该总线的数据传输）映像， 来集成多种现场总线系统。这种方法方便了原有各种现场总线与PROFINET 的连接，能够较好地保护用户对现有现场总线系统的投资。
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PROFINET工业以太网及应用
1. PROFINET概述 2. PROFINET通信
➢ 在整个工厂内实现统一的网络构架，实现“E网到底”。
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6.1.2 PROFINET的技术特点
➢ 设备的功能是通过对组件进行特定的编程来完成的，同类设备具有相同 的内置组件，对外提供相同的COM接口，为不同家的设备之间提供了良 好的互换性和互操作性。
➢ 采用标准以太网和TCP/IP协议族，再加上应用层的DCOM来完成节点之 间的通信和网络寻址。
OPC-DX，对多制造商设备组成的系统，使用相同的数据访问方式。
(完整版)工业以太网概述
工业以太网概述现场总线对于面向设备的自动化工业系统起到了极大的促进作用，但是由于现场总线工业网络存在一定的缺陷，导致其的发展受到极大的限制。
其缺陷包括有通信速率低，成本高，支持应用低，又由于现场总线通信协议多种多样，使得不同总线之间的互联互通比较繁琐，必须要通过一些通信协议转换器进行协议的转换，特别是有多个现场总线协议共存于一个系统中时，相互之间的协议转换更加繁琐。
以太网自从发明出来之后，由于以太网具有极强的兼容性、可扩展性、开放性，得到了飞速的发展，深入到了社会生活的各个层面，同样，以太网也进入了工业应用领域。
但是普通的以太网存在极大的缺陷导致其不能应用于工业领域：1.工业控制领域对于数据的实时性要求非常高，对于数据的延时一般都是必须要控制在几十个ms之内。
由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），当以太网上发生冲突的时候，就会重发数据，很明显，一旦冲突发生，就必须牺牲时间为代价来解决冲突的问题，实时性就不能得到保证。
但是在工业领域，实时性不能得到保证的话，就有可能导致设备的停止运作，甚至造成安全事故。
2.由于以太网采用的是载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD 机制），使得以太网存在冲突，特别是在以太网网络负荷比较重的情况下，冲突出现的几率更大。
而一旦大量的冲突发生，导致数据不断的重发，使得工业网络之间的通信的不确定性大大增加，从而降低了系统控制性能。
3.以太网在最初设计时，没有考虑到工业现场的复杂电磁环境，在恶劣的外部环境中，必然导致以太网的可靠性的降低。
但是在生产环境中，工业网络必须有良好的可靠性，可维护性及可恢复性。
针对以太网存在的以上缺陷，采用了多种解决机制改善以太网的性能以使的其可以适用于工业网络，以形成工业以太网。
1.工业以太网交换技术。
为改善以太网在网络负荷较重的时候出现的拥塞问题，采用工业以太网交换机减少由于载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制）而产生的冲突问题和错误传输，从而提高系统的稳定性。
工业以太网交换机原理与应用
工业以太网交换机原理与应用一、工业以太网交换机原理1.MAC地址学习：每个连接到交换机上的设备都有一个唯一的MAC地址。
交换机通过监控传入和传出的数据包，学习每个设备的MAC地址和其所在的端口。
这样交换机就能够在接收到数据包时快速找到目标设备的地址并将数据包发送至对应端口，从而实现数据的快速交换。
2.交换/转发机制：工业以太网交换机一般支持两种交换/转发机制：存储转发和直接转发。
存储转发会在接收到一个数据包后，先对其进行检查，然后将其存储在内存中，然后再判断目标设备的MAC地址，最后将数据包转发至对应端口。
直接转发则是在接收到数据包后立即进行判断，然后将其转发至目标端口，没有存储的过程。
存储转发相对于直接转发具有更好的稳定性和可靠性，但是速度上稍慢一些。
3.路由/交换表：交换机内部有一个路由/交换表，用于记录每个设备的MAC地址以及与之相对应的端口。
当交换机接收到一个数据包时，需要通过查询路由/交换表找到目标设备的MAC地址，并将数据包发送至相应的端口。
4.广播和多播：交换机能够将广播和多播数据包同时发送至所有连接的设备。
广播数据包的目标设备为所有设备，而多播数据包的目标设备是选择性的一组设备。
广播和多播在工业网络中常用于设备配置和组网等应用。
二、工业以太网交换机应用1.工业自动化：工业以太网交换机广泛应用于各类工业自动化系统中，如工业控制系统、机器人控制系统等。
它们通过连接各类工业设备，实现了数据的实时交互和控制。
2.物联网：随着物联网的兴起，工业以太网交换机越来越多地应用于物联网相关的设备和系统中。
例如，智能家居和智能建筑中的各类设备和传感器可以通过工业以太网交换机进行数据交互和控制。
3.视频监控：工业以太网交换机也广泛应用于视频监控系统中。
通过连接各类摄像机和监控设备，交换机可以实现视频流的传输和监控信号的分发。
4.机房建设：在大型机房中，工业以太网交换机是实现设备之间连接和数据交换的重要设备。
工业以太网的交换机制工业以太网
工业以太网的交换机制 - 工业以太网工业以太网交换技术解决了现场总线网络的性能局限，每个以太网设备都能够独享高带宽，从而缓解了带宽不足和网络瓶颈的问题,为将来更丰富更强大的自动化应用打下坚实的基础。
本文主要探讨交换技术的基本原理。
交换是依据通信两端传输信息的需要，用设备自动完成的方法，把需要传输的信息送到符合要求的对象上的技术统称。
广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
在网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。
HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当一局域网内的A设备给B设备传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播的方式传输的，由每一台设备通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。
也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，假如发生碰撞还得重试。
这种方式就是共享网络带宽。
交换机依据数据帧的MAC（MediaAccessControl）地址进行数据帧的转发操作。
交换机转发数据帧时，遵循以下规章：假如数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机（除源端口外）全部端口转发；假如数据帧的目的MAC地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的地址表内，那么也会向交换机（除源端口外）全部端口转发；假如数据帧的目的MAC地址在交换机的地址表内，那么依据地址表转发到相应的端口；假如数据帧的目的MAC地址与数据帧的源地址在同一个端口上，它就会丢弃这个数据帧，交换也不会发生。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。
交换机的全部端口都挂接在这条背部总线上，通过交换机地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。
通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，削减误包和错包的消灭，避开共享冲突。
交换机的交换地址表中，一条表项主要由一个MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。
整张地址表的生成接受动态自学习的方法，既当交换机收到一个数据帧以后，将数据帧的源地址和输入端口记录在交换地址表中。
ethercat通讯原理
ethercat通讯原理EtherCAT是一种为实时工业自动化系统设计的高性能工业以太网技术。
它是一种开放的通信协议，可以将多个设备连接到一个通信网络中，并以极低的延迟进行通信。
EtherCAT采用了一种特殊的通信架构，该架构允许数据在网络上以流的形式传输，从而实现了高实时性。
EtherCAT的通信原理可以分为以下几个主要步骤：1. 主节点发送数据帧：EtherCAT网络中的一个设备被指定为主节点，负责控制整个网络的通信。
主节点将数据以数据帧的形式发送到网络上，这个数据帧被称为EtherCAT Telegram。
2.数据帧传输：数据帧通过物理层以太网传输到网络中的设备。
每个设备都有一个物理层的接口，用于接收和发送数据帧。
3.通过数据帧的芯片级处理：当数据帧被接收到设备的物理层接口时，数据帧被解析成多个指令和数据。
设备的芯片级处理器对这些指令和数据进行处理，并执行相应的操作。
4.数据帧处理：设备将接收到的数据帧传递给下一个设备。
数据帧的处理速度非常快，因此在数据帧传递的过程中，网络上的各个设备可以同时处理数据帧。
5.数据更新：数据帧在网络上的传递形成一个环路，当数据帧回到主节点时，主节点通过输入和输出数据的比较来检测数据是否有变化。
如果有变化，主节点将更新数据并再次发送到网络上。
通过上述步骤，EtherCAT实现了高实时性的通信。
1. 一次传输多个数据：在EtherCAT网络上，可以通过一个数据帧传输多个数据。
这意味着多个数据可以同时传输，从而减少了通信的延迟时间。
2. 高速数据传输：由于EtherCAT采用了流式传输的方式，数据可以非常快速地在网络上传输。
在EtherCAT网络上，数据的传输速度可以达到每个数据帧几十微秒的处理时间，这使得实时性非常高。
3.数据更新及时：当数据帧回到主节点时，数据可以及时更新。
这意味着设备可以及时获得最新的数据，从而实现更高的控制精度。
总而言之，EtherCAT通信的原理主要是通过主节点将数据以数据帧的形式发送到网络中，然后数据帧在网络上传递并被各个设备处理，最后数据帧回到主节点进行数据更新。
工业以太网通讯简介PPT课件
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使用VB开发OPC应用程序
OPC应用程序首先生成OPC服务器支持 的OPC对象，然后可以使用OPC对象支 持的属性和方法对其进行操作。
一个OPC程序可以和多个OPC服务器连 接。
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OPC对象的层次结构
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开发OPC应用程序的步骤
工业以太网数据交换简介
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企业信息化网络架构
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数据交换问题
工业现场不同的控制系统间数据如何进行 通讯？
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常用的解决方案
DDE（Dynamic Data Exchange） 设备或软件提供方专有的通信接口 OPC（OLE for Process Control）
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OPC的目的
企业信息化网络系统中，从处理设备数据 的现场总线层，到进行过程处理的监控层， 以至生产管理层，建立一个有效的数据交 换工业标准。
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利用驱动程序的数据
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利用OPC的数据通讯系统
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OPC的历史
OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司 所组成的OPC工作小组1995年开发的。
Fisher-Rosement Intellution Rockwell SoftWare Intuitive Technology Opto22
微软作为技术顾问给予支持。
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OPC的历史
1996年9月OPC基金会在美国达拉斯举行 第一次理事会，同年10月在美国的芝加哥 举行第一次全体大会上正式宣告成立。
1996年8月完成OPC数据访问标准版本 1.0。
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OPC的历史
目前OPC基金会的理事由如下公司组成：
Fisher-Rosement Honeywell Intellution Rockwell SoftWare National Instrument Siements（欧洲代表） 东芝（远东代表）
工业以太网的原理与应用pdf
工业以太网的原理与应用1. 什么是工业以太网？工业以太网是一种用于工业环境中的高速、可靠的网络通信技术。
它基于以太网技术，通过将标准以太网协议进行扩展和优化，实现在工业环境中的实时通信和自动化控制。
工业以太网具有高性能、可扩展性强、标准化程度高等特点，被广泛应用于工业自动化领域。
2. 工业以太网的特点工业以太网相较于传统以太网，在工业环境下有以下特点：•实时性：工业以太网支持实时数据传输，能够满足对实时性要求较高的应用场景，如工业控制系统中的实时控制、监控等。
•可靠性：工业以太网通过采用冗余设计、网络切换等机制，提供了对网络故障具有容错能力的特点，以确保数据的可靠传输。
•安全性：工业以太网采用了加密技术、访问控制等安全机制，以保证数据的安全性，防止未经授权的访问和数据泄露。
•扩展性：工业以太网支持扩展性强，可以根据实际需求进行网络扩展和升级，满足不同规模和复杂度的应用场景。
3. 工业以太网的应用工业以太网在工业自动化领域有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 工业控制工业以太网可以用于工业控制系统中的实时控制和监控。
通过工业以太网，可以将传感器、执行器、PLC等设备连接到网络上，实现对工控设备的远程访问和控制。
在工业控制系统中，工业以太网可以提供快速、可靠的实时数据传输，实现对生产过程的精确控制和监测。
3.2 工业通信工业以太网可以用于工业通信领域，实现设备之间的高速数据传输。
通过工业以太网，可以将各种设备连接在同一网络上，实现设备之间的数据交换和共享。
工业以太网可以支持多种通信协议和通信方式，如TCP/IP、UDP等，满足不同设备之间的通信需求。
3.3 工业监测工业以太网可以用于工业监测系统，实现对生产过程的实时监测和数据采集。
通过工业以太网，可以将传感器、数据采集设备等连接到网络上，实现对生产设备、环境等的实时监测和数据采集。
工业以太网可以提供高带宽、低延迟的数据传输，满足对实时监测和数据采集的要求。
工业以太网
以太网以太网已经被广泛用于办公室和家庭网络的通信系统中。
它的高带宽可以软实时地发送大的数据包以及日益增加的办公室之间通信所需的信息，包括流视频、视频会议和展示，从而使得这种网络基础架构成为办公室环境的理想选择。
同时，万维网的指数式增长也增加了信息的稳定性和数量，使得更快的下载速度成为数据采集的必需。
以太网用来将电脑连接到局域网(LAN)，而通过局域网，电脑可以和互联网、打印机、主机或服务器以及其它电脑相连。
由于以太网在办公室环境里的流行，以及其在LAN里众所周知的速度优势，工厂也开始采用工业以太网，以期能够连接整个工厂里的所有操作。
但问题是办公室环境的需求和工厂车间的需求是截然不同的。
正如前文所述，办公室需要的是大量数据，而时间不是一个关键因素。
但是工厂里却需要在特定的时间能够发送很多数据包，从而用在控制系统中。
由于潜伏和抖动的原因，传统的以太网协议不能满足回路应用的确定性要求。
潜伏是指需要信息的时间和收到信息的时间之间的间隔，而抖动则是指数据包抵达时间之间的差异，是由两个数据源在同样的时间间隔内发送数据时的数据冲突而造成的。
此时，两个设备都要等待一段时间然后重新发送。
在办公室环境里这是无关紧要的，因为抖动仅持续一毫秒，而用户几乎感觉不到。
但是在工厂里，数据的发收在更快的操作速度下运行，因此要求实现抖动不到一微秒的同步状态。
目前的办公室所用的协议，例如HTML和http，都不能达到这个要求，因此人们一直在设计能够运用于工厂环境的协议。
以太网物理层通信系统的OSI(开放系统互联)参考模式将通信网络分成7个层(如图1所示)。
从第1到第4层是较低层，适用于网络，而第5到第7层则是较高的应用层。
图1 通信网络7层数据在发送设备的第7层开始发送，在发送过程中不断收集地址信息，直到到第1层成为一个标准数据框(如图2)。
由于以太网是一种逻辑总线，信息会通过网络被发送给所有设备，但是只有接收设备的地址和讯息中的地址相匹配时，或者当信息被发送给所有地址时，信息才能被接收(注：取地址这一环节是在以太网第3层进行的，而不是第1和第2层)。
DOC_以太网工作原理
2292.以太网工作原理以太网采用共享信道的方法，即多台主机共同一个信道进行数据传输。
为了解决多个计算机的信道征用问题，以太网采用IEEE802.3标准规定的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，他是控制多个用户共用一条信道的协议，CSMA/CD的工作原理如下：（1）载波监听（先听后发）使用CSMA/CD协议时，总线上各个节点都在监听总线，即检测总线上是否有别的节点发送数据。
如果发现总线是空闲的，既没有检测到有信号正在传送，即可立即发送数据；如果监听到总线忙，即检测到总线上有数据正在传送，这时节点要持续等待直到监听到总线空闲时才能将数据发送出去，或等待一个随机时间，重新监听总线，一直到总线空闲再发送数据。
载波监听也称作先听后发。
（2）冲突检测当两个或两个以上的节点同时监听到总线空闲，开始发送数据时，就会发生碰撞冲突；传输延迟可能会使第一个节点发送的数据还没有到达目标节点时，另一个要发送的数据的节点就已经监听到总线空闲，并开始发送数据，这也会带至冲突的产生。
当两个帧发生冲突时，两个传输的帧就会被破坏，被损坏帧继续传输毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。
如果每个发送节点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，就可以提高信道的利用率。
当节点检测到纵向上发生冲突时，就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信，一较强冲突信号，告诉网络上的所有的节点，总线已经发生了冲突。
在阻塞信号发送后，等待一个随机事件，然后再将要发的数据发送一次。
如果还有冲突，则重复监听、等待和重传操作。
图6-30显示了采用CSMA/CD发送数据的工作流程。
CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通信附在增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输演示增长，网络性能会明显下降。
从以上分析可以看出，以太网的工作方式就像没有主持人的座谈会中，所有的参会者都通过一个共同的戒指来吗相互交谈。
工业以太网定义
工业以太网，所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。
以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。
所以工业以太网就随之产生了。
现代以太网技术与智能建筑以太网发展至今已有20余年历程，作为局域网组网的主要技术，一直长久不衰。
在这期间，令牌环、令牌总线、FDDI、ATM等技术分别在不同的阶段冲击着以太网在局域网领域的盟主地位。
但是以太网以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展的特点牢牢地占领着局域网领域，并向着接入网和城域网领域发展。
自从以太网技术由共享发展到交换后，星型结构、交换与高带宽三大因素形成了与传统以太网大不相同的现代以太网技术。
进入21世纪以来，IT界已经不再寻找替代以太网的技术，转而寻找增强以太网的功能和将它扩展到新领域的途径。
现代以太网组网功能已经大大地超越了基本的以太网功能。
TCP／IP与以太网是开放性的强强组合，逐步渗透到建筑智能化领域的各个方面，给予智能建筑强大的生命力。
在智能建筑领域，TCP／IP以太网不仅作为信息服务／管理／监控的网络平台，而且越来越成为视频／语音等应用的支撑平台。
可以认为，随着安防数字化进程的加速，目前市场上直接采用标准双绞线和专用以太网来构成某些安防子系统的产品已经出现。
这样一来，出现基于以太网的多个子系统融合的、结构优化的、可靠的、—体化的安防系统已经不是一种方向性的讨论了。
在某些智能建筑的机电设备监控系统中，现场控制网络采用工业控制以太网已不是个别的案例了。
<H2>现代以太网技术特征</H2>传统以太网（DIX）的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式丁作，网络的站点在同一时刻要么发送数据，要么接收数据，而不能同时发送和接收。
导致十双工传输模式工作的主要原因在于公共传输媒体上站点发送帧的碰撞。
工业以太网
工业以太网基于光纤工纤以太的煤纤纤合自纤化建纤模式及纤纤技纤网1.光纤工纤以太在工纤纤合自纤化系纤中纤用及前景网1.1.光纤工纤以太技纤纤展纤网状光纤工纤以太是纤用于工纤控制纤域的以太技纤～在技纤上商用以太;网网与网即IEEE 802.3纤准,兼容。
纤品纤纤纤～在材纤的纤用、纤品的强度、适用性以及纤纤性、可互操作性、可性、抗干纤性靠、本纤安全性等方面能纤足工纤纤纤的需要。
EtherNet纤去被纤纤是一纤“非定性”的纤～作纤信息技纤的基纤～是纤确网IT纤域纤用而纤纤的～在工纤控制纤域只能得到有限纤用～纤是由于, ;1,EtherNet的介纤纤纤控制;MAC,纤纤纤采用纤撞纤纤的纤波纤多址纤纤;碰听CSMA/CD,方式～纤纤荷纤重纤～纤的定性不能纤足工纤控制的纤纤性要求～当网网确;2,EtherNet所用的接件、集纤器、交纤机和纤纤等是纤纤公室纤用而纤纤的～不符合工纤纤纤纤插劣纤境要求～;3,在工纤境中～厂EtherNet抗干纤;EMI,性能纤差～若用于危纤纤合～以太不具纤本纤网安全性能～;4,EtherNet不能通纤信纤向纤纤纤纤供纤纤纤。
号随网与广着互纤技纤的纤展普及推～EtherNet纤纤速率的提高和EtherNet交纤技纤的纤展～上述纤纤在光纤工纤以太中正在迅速得到解～使网决并EtherNet 全面纤用于工纤控制纤域成纤可能。
目前光纤工纤以太技纤的纤展纤在以下方面,网体几个1.1.1.通信定性纤纤性确与工纤控制纤不同于普通据纤的最大特点在于必纤纤足控制作用纤纤纤性的要求～信网数网它即号号确数确纤纤要足纤快和纤足信的定性。
纤纤控制往往要求纤某些纤量的据准定纤刷新。
由于EtherNet采用CSMA/CD方式～纤纤荷纤大纤～纤纤纤的不定性不能纤足工纤控制的纤纤要求～网网确故纤纤以太技纤纤以纤足控制系纤要求准定纤通信的纤纤性要求～一直被纤纤“非定性”的纤。
网确确网然而～快速以太交纤式以太技纤的纤展～纤解以太的非定性纤纤纤了新的契机网与网决网确来～使纤一纤用成纤可能。
工业以太网交换机原理与应用
工业以太网交换机原理与应用
工业以太网交换机原理
工业以太网交换机，即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，由于采用的网络标准其开放性好、应用广泛；能适应低温高温，抗电磁干扰强，防盐雾，抗震性强。
以太网交换机多是二层的，如丰润达的以太网交换机都是工作在数据链路层，交换MAC地址数据。
也有第三层的，如华为的核心交换机是工作在网络层的。
工作原理是：当有一个帧到来时，他会检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，则转发，如果不存在则泛洪（广播），广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，则丢弃，若有主机相同，则会将主机的MAC自动添加到其MAC地址表中。
主要体现在功能和性能：。
以太网的的原理与应用
以太网的原理与应用1. 简介以太网是一种常用的局域网技术，使用标准化的物理层和数据链路层协议，用于在局域网内传输数据。
以太网凭借其低成本、高性能和简单灵活的特点，在现代计算机网络中得到广泛应用。
2. 原理以太网的原理基于CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）机制，它允许多个设备共享同一物理介质，通过协调发送和接收数据来避免碰撞。
具体的传输过程如下： 1. 设备检查是否有其他设备正在发送数据，如果没有，则发送数据； 2. 如果有其他设备同时发送数据，设备会检测到碰撞，并发送一个冲突信号； 3. 发送冲突后，设备随机等待一段时间，然后重新发送数据； 4. 如果发送成功，则其他设备会接收到数据帧，并进行相应处理。
3. 物理层标准以太网的物理层采用不同的标准，常见的有： - 10BASE-T：使用双绞线作为物理介质，传输速率为10Mbps； - 100BASE-T：也使用双绞线作为物理介质，传输速率为100Mbps； - 1000BASE-T：采用四对双绞线作为物理介质，传输速率为1Gbps； - 10GBASE-T：使用四对双绞线作为物理介质，传输速率为10Gbps。
4. 数据链路层协议以太网的数据链路层采用以太网协议，其中最常见的是以太网II帧格式，包括以下几个字段： - 前导码：用于同步发送和接收设备的时钟； - 目的MAC地址：指示数据帧的目标设备； - 源MAC地址：标识数据帧的发送设备； - 类型/长度字段：指示数据帧长度或以太类型； - 数据字段：实际的数据内容； - 校验和字段：用于校验数据是否正确。
5. 应用以太网在各种领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：5.1 企业局域网以太网是企业内部局域网的常用技术，用于连接办公室内的计算机和其他网络设备。
通过以太网，员工可以共享文件、打印机和其他资源，提高工作效率。
5.2 互联网接入许多家庭和办公室使用以太网作为互联网接入的方式。
工业以太网技术简介
同步过程如右图： 结论：
FF HSE（FOUNDATION™ Fieldbus High Speed Ethernet）
基金会现场总线（FF）是专为过程自动化而设计 的通讯协议。FF最初包括低速总线H1（速率为 31．25kbps）和高速总线H2（速率为1Mbps和2 ．5Mbps）两部分。但随着多媒体技术的发展和 工业自动化水平的提高，控制网络的实时信息传 输量越来越大，H2的设计能力已不能满足实时信 息传输的带宽要求。鉴于此，现场总线基金会放 弃了原有H2总线计划，取而代之的是将现场总线 技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型 高速现场总线－FF HSE（High Speed Ethernet ）。
Ethernet/IP（Industrial Protocol）概述
在工业控制上，现场总线已经发展的比 较成熟，形成了主要的几种协议作为不 同工业控制领域的规范 为了适应以太网的工业应用，各协议都 进行了针对性的改良，其中由DeviceNet 及ControlNet发展得到的就是Ethernet/IP 其核心是在应用层采用CIP（Control and Information Protocol）协议与以太网结 合
工业以太网EPA EPA由中国自主研发的一组工业以太网 标准，与Ethernet/IP等都是行业规范之 一 传输层及网络层沿用TCP/IP，即以太网 协议，而在应用层加入EPA应用层协议， 在数据链路层加入EPA通信调度管理实 体
工业以太网EPA ----同步时钟 同步时钟的实现： 1 PTP网络拓扑结构：（OC BC） M主时钟，S从时钟通过报文传递校准 同步报文 跟随报文 延时请求 延迟相应 PTP的“结构体”（引擎结构“数据 集”）
可靠性——冗余技术
可靠性——冗余技术
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现场总线原理及应用
本章的主要内容
本章主要介绍工业以太网PROFINET的网 络原理。 6.1 概述 6.2 局域网及其体系结构 6.3 以太网 6.4 TCP/IP模型 6.5 工业以太网原理
6.6 实时工业以太网PROFINET
6.7 PROFINET IO
6.8 PROFINET CBA
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6.2.1 IEEE802模型
图6-1 IEEE802模型层次图
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2017/6/ห้องสมุดไป่ตู้2
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6.2.2 IEEE802标准 局域网体系结构是通过一系列协议标准来 描述的，这些标准统称为IEEE802标准。 IEEE802标准包括： 1）IEEE 802.1关于高层局域网协议，包括局域 网的体系结构、网络互连、管理等
4）若未发现冲突，则发送成功，所有计算 机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次 发送后等待9.6s（以10Mbit/s运行）。 CSMA/CD在接收的时候，每个节点都在监 听媒体，如果有信号传输，则收集信息，得到 MAC帧，实体分析和判断帧中的接收地址；如 果接收地址为本节点地址，就保存该信息帧，否 则丢弃该帧。
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6.2 局域网及其体系结构
局域网通常采用的网络拓扑结构有星形、总 线型、环形等。目前人们习惯将拓扑结构分为物 理和逻辑两类。 局域网在通信时必须为其网络内的各个节点 分配站地址。分配站地址的时候可以采用静态和 动态分配两种方法。静态分配的地址采用的是 48位二进制位形式，称为MAC（Medium Access Control，介质访问控制）地址。MAC 地址具有全球惟一性。而动态分配则是由系统管 理员在安装网络时动态分配给上网的设备（一般 为16位）。
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6.3 以太网 以太网不是一种具体的网络，而是一种局 域网技术规范。它很大程度上取代了其他局域网 标准，如令牌总线网（Token BUS）、令牌环 网（Token Ring）、光纤分布式数字接口 （FDDI）和ARCnet等。以太网的标准拓扑结构 为总线型拓扑，但目前的快速以太网为了最大程 度地减少冲突，最大程度地提高网络速度和使用 效率，使用交换机（Switch）来进行网络连接 和组织，这样，以太网的拓扑结构就成了星形。 IEEE802.3定义了以太网（采用CSMA/CD 方式）的数据帧结构标准。
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6.2 局域网及其体系结构 在有限的距离内，将计算机、终端和各种外 部设备用高速传输线路（有线或无线）连接而成 的通信网络称为局域网。局域网覆盖的地理范围 比较有限，但传输速率及可靠性较高，传输的介 质标准化，且各站点之间形成平等关系而不是主 从关系。 局域网常采用的传输介质有双绞线、光纤和 无线通信信道，主干网通常采用的是光纤，连接 到网络节点的通常采用双绞线和无线通信信道。
PAD：填充字段，如果需要，额外的数据字 节将被附加到这个字段中，以使帧的长度大于 64字节（从DA字段到FCS字段）。 FCS（Frame Check Sequence）：帧校 25 2017/6/22
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6.2.3 载波多路访问和冲突检测 1. CSMA/CD的发送与接收 CSMA/CD采用的总是线争用技术，其发送 过程如下：
1）侦听信道上是否有信号在传输。如果有的话， 表明信道处于忙状态，就继续侦听，直到信道空 闲为止； 2）若没有监听到任何信号，就传输数据；
3）传输的时候继续侦听，如发现冲突则执行退 避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1） （当冲突发生时，涉及冲突的计算机会返回到侦 听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送 一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）； 18 2017/6/22
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6.2.3 载波多路访问和冲突检测
2）IEEE 802.2关于逻辑链路控制的功能和服务 的内容；
3）IEEE 802.3关于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Direct，载波多路 访问和冲突检测）介质访问控制子层与物理层规 范，主要是以太网采用；
14 2017/6/22 4）IEEE 802.4关于令牌总线介质访问控制子层
6.6 实时工业以太网PROFINET
6.7 PROFINET IO
6.8 PROFINET CBA
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6.3 以太网 以太网是以CSMA/CD方式工作的局域网技 术。最初的以太网采用无源传输媒体——同轴电 缆作为总线传输信息，并以历史上用于表示传播 电磁波的物质——以太（ETHER）来命名。但 是后来，爱因斯坦证明“以太” 根本就不存在， 但是该名称被一直沿用下来了。 20世纪70年代美国Xerox（施乐）公司、 Intel公司和DEC公司共同研制开发的一种基带 局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，介质 访问控制（MAC）方法采用载波多路访问和冲 突检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到 10Mbit/s。
15）IEEE 802.15关于无线个人网；
16）IEEE 802.16关于宽带无线接入；
17）IEEE 802.17关于可靠个人接入技术。
IEEE 802.3标准是在以太网（Ethernet）规 范的基础上制定的。该标准详细阐述了以太网技 16 2017/6/22
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6.2.3 载波多路访问和冲突检测
IEEE802.3标准定义的载波多路访问和冲突 检测（CSMA/CD）通信方式是以太网核心技术。
载波侦听是指发送节点在发送信息帧之前， 必须侦听当前的通信媒体是否空闲； 多路访问，既表示多个节点可以同时访问网 络媒体，也表示一个节点发送的信息可以被多个 节点所接收。 冲突检测，是指发送节点在发出信息帧的同 时，还必须监听媒体，判断是否发生了冲突。如 果发生冲突（即其他节点也在发送信息），此时 信息在媒体上的重叠将使接收点无法接收正确的
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6.3.1 以太网的帧结构 采用CSMA/CD方式工作的以太网帧结构包 括8个字段，如图6-2所示。 P SFD DA SA DAT PAD PCS A 以太网的帧结构 L
图6-2
P（Preamble）：占用7个字节，由交替的 1和0（10101010）组成的用于同步的前缀； SFD（Start Frame Delimiter）：帧起始分 界符，占一个字节，由10101011构成，用于指 明数据帧开始。 DA（Destination MAC Addesses）：目的 MAC地址，用于指明帧被传送的一个或多个目 24 2017/6/22
10）IEEE 802.10关于局域网网络安全性规范 SILS；
11）IEEE 802.11关于无线局域网技术的内容；
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6.2.2 IEEE802标准 12）IEEE 802.12关于需求优先级； 13）IEEE 802.13未使用； 14）IEEE 802.14关于电缆调制解调器等方面的 内容；
以太网+ TCP/IP协议组合就是今天的互联网，
采用的是IP地址寻址
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本章的主要内容
本章主要介绍工业以太网PROFINET的网络 原理。 6.1 概述
6.2 局域网及其体系结构
6.3 以太网
6.4 TCP/IP模型
6.5 工业以太网原理
6.6 实时工业以太网PROFINET
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6.1 概述 随着计算机、通信技术的飞速发展，以往仅 仅应用在办公环境下的以太网技术逐渐被应用到 环境恶劣的工业生产中，并逐步发展成工业以太 网。工业以太网采用统一的电气与物理接口以及 标准的通信协议，将企业的管理层、车间层以及 现场层（包括控制层和执行、检测层）连接到同 一个网络中，使企业的管理水平、网络化程度都 发生了质的飞跃。
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6.1 概述 然而，现代工业对网络化、自动化程度要求 越来越高，现场总线这类专用实时通信网络具有 成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，再加上 总线通信协议的多样性，使得不同总线产品不能 互连、互用和互操作等。另外，现场总线网络内 的节点数、通信距离以及数据量都受到严格的控 制，导致现场总线只能在小范围内进行组网，因 而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的 限制。
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6.3.1 以太网的帧结构 SA（Source MAC Addesses）：源MAC 地址，用于指明发送帧的源站点。 L（Length/Type）：数据字段长度，占2 个字节，表明DATA的数据长度。
DATA：数据字段，这个字段包括从源站到 目的站传输的数据，最多包含1500字节。如果 这个字段小于46字节，那就必须使用下面的 “PAD”字段，以使帧的总长度大于64字节。
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6.2.2 IEEE802标准 6）IEEE 802.6关于都会区网（也叫城域网） （Metropolitan Area Network，MAN）介质访 问控制子层与物理层规范的内容； 7）IEEE 802.7关于宽带TAG技术；
8）IEEE 802.8关于光纤FDDI技术；
9）IEEE 802.9关于同步局域网；
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6.1 概述
Siemens公司1998年发布工业以太网白皮书， 并于2001年发布其工业以太网的规范，称为 PROFINET。它是一种基于工业以太网通信的解 决方案。PROFINET其实就是工业以太网 ，用 于工业自动化领域创新的、开放式的以太网标准 （IEC61158）。使用PROFINET，设备可从现 场级一直连接到管理级。它既可以实现系统范围 内的通信，又支持工厂范围内的工程与组态，直 到现场级均支持IT标准。