工業(yè)以太網(wǎng)的常見協(xié)議

　　工業(yè)以太網(wǎng)的常見協(xié)議

　　1、ModbusTCP/IP

　　該協(xié)議由施耐德公司推出，以一種非常簡(jiǎn)單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網(wǎng)和TCP/IP結(jié)合，成為ModbusTCP/IP。這是一種面向連接的方式，每一個(gè)呼叫都要求一個(gè)應(yīng)答，這種呼叫/應(yīng)答的機(jī)制與Modbus的主/從機(jī)制一致，但通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換技術(shù)大大提高了確定性，改善了一主多從輪詢機(jī)制上的制約。

　　2、Profinet

　　Profinet由Siemens開發(fā)并由ProfibusInternational支持，目前它有3個(gè)版本，第一個(gè)版本定義了基于TCP/UDP/IP的自動(dòng)化組件。采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP+以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC/DCOM來(lái)完成節(jié)點(diǎn)之間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)Profibus系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?，F(xiàn)有的Profibus網(wǎng)段可以通過(guò)一個(gè)代理設(shè)備（proxy）連接到Profinet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，使整套Profibus設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)地在Profinet中使用。傳統(tǒng)的Profibus設(shè)備可通過(guò)代理與Profinet上面的COM對(duì)象進(jìn)行通信，并通過(guò)OLE自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn)COM對(duì)象之間的調(diào)用。它將以太網(wǎng)應(yīng)用于非時(shí)間關(guān)鍵的通信，用于高層設(shè)備和Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備技術(shù)之間，以便將實(shí)時(shí)控制域通過(guò)代理集成到一個(gè)高層的水平上。

　　第二個(gè)版本中，Profinet在以太網(wǎng)上開辟了兩個(gè)通道：標(biāo)準(zhǔn)的使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通信通道，另一個(gè)是實(shí)時(shí)通道，旁路第三層和第四層，提供精確通信能力。該協(xié)議減少了數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，以減小通信棧的吞吐量。為優(yōu)化通信功能，Profinet根據(jù)IEEE802.p定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。最多可用7級(jí)。

　　Profinet第三版采用了硬件方案以縮小基于軟件的通道，以進(jìn)一步縮短通信棧軟件的處理時(shí)間。為連接到集成的以太網(wǎng)交換機(jī)，Profinet第三版還開始解決基于IEEE1588同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)控制解決方案。

　　3、Ethernet/IP

　　Ethernet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。它是由ODVA（OpenDevicenetVendorsAsso-cation）和ControlNetInternational兩大工業(yè)組織推出的最新成員與DeviceNet和ControlNet一樣，它們都是基于CIP（ControlandInformationProto-Col）協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，能夠保證網(wǎng)絡(luò)上隱式（控制）的實(shí)時(shí)I/O信息和顯式信息（包括用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等）的有效傳輸。

　　Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的應(yīng)用層協(xié)議CIP。因此，它們使用相同的對(duì)象庫(kù)和一致的行業(yè)規(guī)范，具有較好的一致性。Ethernet/IP采用標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet和TCP/IP技術(shù)傳送CIP通信包，這樣通用且開放的應(yīng)用層協(xié)議CIP加上已經(jīng)被廣泛使用的Ethernet和TCP/IP協(xié)議，就構(gòu)成Ethernet/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。

　　4、EtherCAT

　　EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnology）是由德國(guó)倍福Beckhoff公司開發(fā)，并由EtherCAT技術(shù)組（EtherCATTechnologyGroup，ETG）支持。它采用以太網(wǎng)幀，并以特定的環(huán)狀拓?fù)浒l(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)站均從以太網(wǎng)幀上取走與該站有關(guān)的數(shù)據(jù)，或并插入該站本身特定的輸入/輸出數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的最后一個(gè)模塊向第一個(gè)模塊發(fā)送一個(gè)幀以形成和創(chuàng)建一個(gè)物理和邏輯環(huán)。EtherCAT還通過(guò)內(nèi)部?jī)?yōu)先級(jí)系統(tǒng)，使實(shí)時(shí)以太網(wǎng)幀比其他的數(shù)據(jù)（如組態(tài)或診斷數(shù)據(jù)，等）具有較高的優(yōu)先級(jí)。組態(tài)數(shù)據(jù)只在傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的間隙（如間隙時(shí)間足夠傳輸?shù)脑挘┲袀鬏敚蛘咄ㄟ^(guò)特定的通道傳輸。EtherCAT還保留標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)功能，并與傳統(tǒng)IP協(xié)議兼容。為了實(shí)現(xiàn)這樣的裝置，需要專用ASIC芯片，以集成至少兩個(gè)以太網(wǎng)端口，并采用基于IEEE1588的時(shí)間同步機(jī)制，以支持運(yùn)動(dòng)控制中的實(shí)時(shí)應(yīng)用。

　　5、Powerlink

　　Powerlink由貝加萊B&R公司開發(fā)，并由EthernetPowerlink標(biāo)準(zhǔn)化組（EthernetPowerlinkStandardisationGroup，EPSG）支持。

　　Powerlink協(xié)議對(duì)第三、四層的TCP（UDP）/IP棧進(jìn)行了擴(kuò)展。它在共享式以太網(wǎng)網(wǎng)段上采用槽時(shí)間通信網(wǎng)絡(luò)管理（SlotCommunicationNetworkManagement，SCNM）中間件控制網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量。SCNM采用主從調(diào)度方式，每個(gè)站只有在收到主站請(qǐng)求的情況下，才能發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，在一個(gè)特定的時(shí)間，只有一個(gè)站能夠訪問(wèn)總線，所以沒(méi)有沖突，從而確保了通信的實(shí)時(shí)性。為此，Powerlink需采用基于IEEE1588的時(shí)間同步。在其擴(kuò)展的第二版中，包括了基于CANopen的通信與設(shè)備行規(guī)。

　　工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議之網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)議

　　OSI的層次劃分：OSI將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（architecture）劃分為以下七層：

　　1、物理層 Physical Layer

　　2、數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer

　　3、網(wǎng)絡(luò)層 Network Layer

　　4、傳輸層 Transport Layer

　　5、會(huì)話層 Session Layer

　　6、表示層 Presentation Layer

　　7、應(yīng)用層 Application Layer

　　它和我們常用的TCP/IP的協(xié)議層有些相似，TCP/IP把1和2封裝為一層，3和4還是獨(dú)立的層，5和6和7封裝成為一層，也就是說(shuō)TCP/IP只有四層，但是在此我講述的7層的具體意義。

　　在這里我將假設(shè)一個(gè)場(chǎng)景，那就是把要傳輸數(shù)據(jù)的一方視為某個(gè)公司的經(jīng)理，網(wǎng)絡(luò)傳輸被視為這個(gè)經(jīng)理要把一件事情告訴另一個(gè)公司的經(jīng)理。

　　網(wǎng)絡(luò)的A端：

　　1、應(yīng)用層：A公司經(jīng)理把他想要告訴B公司經(jīng)理的事情用嘴講了出來(lái)。

　　2、表示層：秘書就把A公司經(jīng)理說(shuō)的事情翻譯成為英文然后寫在了紙上。

　　3、會(huì)話層：行政的職員把秘書寫的這封信，裝到了信封封裝好了，寫上了信封的信息。

　　4、傳輸層：A郵局的職工把這封信取走。

　　5、網(wǎng)絡(luò)層：A郵局的分派的職工，把這封信分派到指定送信區(qū)域。

　　6、數(shù)據(jù)鏈路層：A郵局的裝箱的職工，就把一同送往這個(gè)區(qū)域的信封裝到一個(gè)木箱子里，然后送到A郵局物流站。

　　7、物理層：A郵局的物流職工把木箱運(yùn)到鐵路

　　這里的鐵路就是網(wǎng)絡(luò)連接物理介質(zhì)

　　網(wǎng)絡(luò)的B端：

　　7、物理層：B郵局的物流職工把木箱從鐵路運(yùn)到郵局的物流站。

　　6、數(shù)據(jù)鏈路層：B郵局的拆箱的職工把物流站的木箱拆箱然后把所有的信件取出來(lái)。

　　5、網(wǎng)絡(luò)層：B郵局的分派的職工，把這封信分派到指定送信區(qū)域。

　　4、傳輸層：B郵局的職工把這封信送到B公司。

　　3、會(huì)話層：B公司行政的職員把公司的信件整理并且拆封信件（假設(shè)這是公司允許的情況下）并送到各自部門的秘書手里。

　　2、表示層：B公司秘書把信上的英文翻譯成為中文。

　　1、應(yīng)用層：B公司經(jīng)理聽秘書轉(zhuǎn)述給他這封信的內(nèi)容。

　　到此為止一個(gè)完整的通過(guò)這7層的網(wǎng)絡(luò)通訊順利完成。接下來(lái)我將用技術(shù)術(shù)語(yǔ)并結(jié)合TCP/IP中的應(yīng)用再描述一遍這7層協(xié)議。

　?。?）應(yīng)用層：與其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的一個(gè)應(yīng)用，它是對(duì)應(yīng)應(yīng)用程序的通信服務(wù)的。例如，一個(gè)沒(méi)有通信功能的字處理程序就不能執(zhí)行通信的代碼，從事字處理工作的程序員也不關(guān)心OSI的第7層。但是，如果添加了一個(gè)傳輸文件的選項(xiàng)，那么字處理器的程序員就需要實(shí)現(xiàn)OSI的第7層。示例：telnet，HTTP，F(xiàn)TP，WWW，NFS，SMTP等。?

　　（2）表示層：這一層的主要功能是定義數(shù)據(jù)格式及加密。例如，F(xiàn)TP允許你選擇以二進(jìn)制或ASII格式傳輸。如果選擇二進(jìn)制，那么發(fā)送方和接收方不改變文件的內(nèi)容。如果選擇ASII格式，發(fā)送方將把文本從發(fā)送方的字符集轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的ASII后發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收方將標(biāo)準(zhǔn)的ASII轉(zhuǎn)換成接收方計(jì)算機(jī)的字符集。示例：加密，ASII等。?

　?。?）會(huì)話層：他定義了如何開始、控制和結(jié)束一個(gè)會(huì)話，包括對(duì)多個(gè)雙向小時(shí)的控制和管理，以便在只完成連續(xù)消息的一部分時(shí)可以通知應(yīng)用，從而使表示層看到的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，在某些情況下，如果表示層收到了所有的數(shù)據(jù)，則用數(shù)據(jù)代表表示層。示例：RPC，SQL等。?

　　（4）傳輸層：這層的功能包括是否選擇差錯(cuò)恢復(fù)協(xié)議還是無(wú)差錯(cuò)恢復(fù)協(xié)議，及在同一主機(jī)上對(duì)不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流的輸入進(jìn)行復(fù)用，還包括對(duì)收到的順序不對(duì)的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。?

　?。?）網(wǎng)絡(luò)層：這層對(duì)端到端的包傳輸進(jìn)行定義，他定義了能夠標(biāo)識(shí)所有結(jié)點(diǎn)的邏輯地址，還定義了路由實(shí)現(xiàn)的方式和學(xué)習(xí)的方式。為了適應(yīng)最大傳輸單元長(zhǎng)度小于包長(zhǎng)度的傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)層還定義了如何將一個(gè)包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。?

　?。?）數(shù)據(jù)鏈路層：他定義了在單個(gè)鏈路上如何傳輸數(shù)據(jù)。這些協(xié)議與被討論的各種介質(zhì)有關(guān)。示例：ATM，F(xiàn)DDI等。?

　?。?）物理層：OSI的物理層規(guī)范是有關(guān)傳輸介質(zhì)的特性標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)范通常也參考了其他組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。連接頭、針、針的使用、電流、電流、編碼及光調(diào)制等都屬于各種物理層規(guī)范中的內(nèi)容。物理層常用多個(gè)規(guī)范完成對(duì)所有細(xì)節(jié)的定義。示例：Rj45，802.3等。