Posted on 2010-12-16 10:55
幻海藍夢 閱讀(300)
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通信產(chǎn)品--相關(guān)知識
介紹
早在1980年，一個包括Xerox，Inter和Digital Equipment等幾大公司在內(nèi)的機構(gòu)，宣布了以太網(wǎng) 1.0版本的誕生。1983年，2.0版本隨之而出，這一個版本即IEEE802.3標準。但是，在最初的時候，局域網(wǎng)并不普及，它們主要用于大學(xué)和大型的企業(yè)內(nèi)部。雖然在1981年IBM公司推出的XT系列個人電腦已經(jīng)投入市場。但是當時的軟件業(yè)并不強大，可用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也是很少的。
隨著處理器容量的不斷提升，應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)也有了十足的發(fā)展。用戶數(shù)量出現(xiàn)了急劇上漲。由于用戶共享資源的擴大，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和軟件產(chǎn)品的增加，使得局域網(wǎng)的需求出現(xiàn)突飛猛進的發(fā)展。
局域網(wǎng)增長因素示意圖：
伴隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求增長，新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計出現(xiàn)在自動化行業(yè)中。1985年時，以太網(wǎng)技術(shù)憑借Siemens SINEC H1而獲準進入工業(yè)通訊領(lǐng)域。在1996年推出的SIMAIC NET，現(xiàn)在已經(jīng)在工業(yè)通訊中占據(jù)重要地位，而SINEC H1即為它的前身。
當今，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)成為一種標準，比如在自動化工業(yè)或者在工業(yè)車間部門中，通訊協(xié)議的可用性和穩(wěn)定性是其中最重要的因素。
網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量不斷增長以及軟件所使用的帶寬需求增加，傳統(tǒng)的10Mbps以太網(wǎng)無法滿足工業(yè)要求。因此，人們開始準備設(shè)計一種100Mbps的以太網(wǎng)（即快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）， FDDI，100 Base VG）。
快速以太網(wǎng)起源于1993年6月，當時超過50家制造商共同建立了快速以太網(wǎng)聯(lián)盟，目的是共同研制一種100Mbps的以太網(wǎng)。該組織同時還要設(shè)計所有的相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)元件，比如適配器，中繼器/集線器，交換機，路由器和管理工具。所有的產(chǎn)品都要符合標準，以保證不同的制造商都可以應(yīng)用這些產(chǎn)品。這也是快速以太網(wǎng)為什么會被廣泛應(yīng)用，并受到一致贊揚的原因。到了1995年6月，快速以太網(wǎng)被最終確定為IEEE 802.3標準。
快速以太網(wǎng)提供了100Mbps技術(shù)的可能性。用戶不需改變整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就可以獲得高速的傳輸率。這就是當今為何快速以太網(wǎng)作為100Mbps網(wǎng)絡(luò)，成為使用率最高的通訊協(xié)議。
以太網(wǎng)在工業(yè)中早已被高度接受并獲得了一致的認同。但在1999年，制造商們開始了新的探索，大家希望建立千兆以太網(wǎng)（1000Mbps），也就是10Gigabit標準。
自動化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)等級
為了清楚地認識以太網(wǎng)在自動化中的地位，我們可以將自動化系統(tǒng)分為以下級別：
為了在一個大型企業(yè)中可以隨時，充分的了解企業(yè)中各種復(fù)雜的信息，在整個自動化系統(tǒng)中形成了不同的網(wǎng)絡(luò)等級。在這些不同等級的網(wǎng)絡(luò)中，信息可以在垂直和水平兩個方向上相互傳遞。
每個等級的網(wǎng)絡(luò)都與上下相鄰的網(wǎng)絡(luò)連接，可以判定相互間通訊的需求。在最上層網(wǎng)絡(luò)，存在眾多復(fù)雜的計算機系統(tǒng)，能夠不定期的對各種復(fù)雜數(shù)據(jù)進行響應(yīng)，大量的通訊參與者和響應(yīng)者在網(wǎng)絡(luò)中相互協(xié)調(diào)。在最底層，依然有很大的信息吞吐量，只是數(shù)據(jù)相對要少于上層結(jié)構(gòu)。
在自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中可以分為以下5層結(jié)構(gòu)：
·計劃編制層（Planning Level），對來自生產(chǎn)層的信息進行評價，組織編排并協(xié)助生產(chǎn)部門進行決策。在這一層中，不論是信息量還是傳輸速率和距離都是最大的。
·控制層（Control Level），對每個生產(chǎn)層進行協(xié)調(diào)。控制層得到來自上一層的生產(chǎn)編排信息，對低層進行編制。該層中的各計算機可以進行診斷，操作和記錄工作。
·單元層（Cell Level），連接各個不同的生產(chǎn)層，被各單元計算機或PLC控制。
·現(xiàn)場層（Field Level），存在大量用于控制的可編程控制裝置，調(diào)節(jié)和檢測元件比如PLC或工業(yè)計算機等，并可以對執(zhí)行器/傳感器層進行評價。該層可以連接至可視化系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行響應(yīng)和傳輸。
·執(zhí)行器/傳感器層(Actuator/Sensor Level)，屬于現(xiàn)場層得一部分并于現(xiàn)場層的控制器連接。該層的特點是輸入和輸出數(shù)據(jù)的傳輸速率極快。輸入和輸出數(shù)據(jù)的更新時間甚至低于控制器的循環(huán)掃描周期。
以太網(wǎng)
以太網(wǎng)是全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，各制造商兼容的LAN（局域網(wǎng)，Local Area Network）網(wǎng)絡(luò)。傳輸速率可以達到10，100或1000Mbps。LAN被定義為IEEE802標準，且不同于其他網(wǎng)絡(luò)：
·總線長度或網(wǎng)絡(luò)范圍大（10—1000m）
·傳輸介質(zhì)技術(shù)多樣（同軸電纜，雙絞線和光纖）
·網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)多樣（總線型，環(huán)型，星型和樹型）
以太網(wǎng)一部分被定義為IEEE802.3，快速以太網(wǎng)定義為IEEE802.3u。
網(wǎng)絡(luò)工作方式
在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，沒有主站和從站的區(qū)分。任何參與者都有權(quán)介入到總線中。為了協(xié)調(diào)各參與者，采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）協(xié)議，也可以稱作“聽說協(xié)議”（Listen While Talk）。該協(xié)議描述的內(nèi)容是，何時將數(shù)據(jù)放入到網(wǎng)絡(luò)中，以及如何對數(shù)據(jù)沖突進行處理。如果一個連接至LAN中的參與者希望發(fā)送數(shù)據(jù)，首先要等待，直到網(wǎng)絡(luò)“空閑”下來，也就是說網(wǎng)絡(luò)中沒有數(shù)據(jù)在傳送（carrier sense）。
確定網(wǎng)絡(luò)中沒有數(shù)據(jù)進行傳輸后，該參與者開始發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。在這個過程中，可能有很多參與者都在等待這個“空閑”時刻，并且當該時刻來臨時都開始發(fā)送各自的數(shù)據(jù)（多路訪問，Ｍultiple Access）。
如果發(fā)生這種情況，就被稱為“沖突”。以太網(wǎng)通訊可以檢測出這種沖突。
如果CSMA/CD協(xié)議判斷出沖突，數(shù)據(jù)的發(fā)送方將被中斷，數(shù)據(jù)也會被刪除。經(jīng)過一個隨機周期后，網(wǎng)絡(luò)重新進行新一輪的數(shù)據(jù)傳輸。而這個隨機周期通過一種國際標準的固化公式計算出來的，并不是網(wǎng)絡(luò)隨意分配的。
為了保證CSMA/CD訪問技術(shù)能夠成功實現(xiàn)，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的范圍就要受到限制，從而控制數(shù)據(jù)包的最長傳輸時間。CSMA/CD協(xié)議所支持的最佳網(wǎng)絡(luò)距離就成為沖突區(qū)域（collision domain）。在10Mbps以太網(wǎng)中，沖突區(qū)域的范圍是4520m。
以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包格式
MAC地址
在以太網(wǎng)中的每個網(wǎng)絡(luò)接口，比如PC的網(wǎng)絡(luò)插卡或PC內(nèi)部的以太網(wǎng)CP模塊，都具有一個以太網(wǎng)地址。通常這個地址被稱為MAC（介質(zhì)訪問控制，Media Access Control）地址，該地址在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中都是特定的，獨一的地址。MAC地址有６個字節(jié)，被分為兩部分。第一部分（基本MAC地址）識別制造商。第二部分可以判定一個工業(yè)以太網(wǎng)中的不同節(jié)點。
數(shù)據(jù)包格式：
以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的格式是以太網(wǎng)標準的特征之一。所有的數(shù)據(jù)都在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中進行交換，并以數(shù)據(jù)包的形式進行傳輸。此功能與數(shù)據(jù)報相似。為了安全的傳輸這些數(shù)據(jù)，除了必要的數(shù)據(jù)信息，還要加上一些附加信息。下面將詳細介紹它們的名稱和作用：
Preamble 和Framestart：
Preamble長度為７個字節(jié)，要與其他通訊參與者保持同步時鐘脈沖。它與Framestart在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中共同擔任數(shù)據(jù)起始標志的作用。
Destination Address：
該地址作為網(wǎng)絡(luò)中MAC地址的一部分，代表數(shù)據(jù)接收設(shè)備的地址。
Source Address：
同樣屬于MAC地址的一部分，代表數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備的地址。
Data Field Width：
數(shù)據(jù)長度代表以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)的準確長度。長度范圍從0到1500字節(jié)。
Data and Pad：
根據(jù)CSMA/CD的協(xié)議規(guī)則，為了保證在數(shù)據(jù)發(fā)生沖突時能夠準確被監(jiān)測，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包必需提供至少64字節(jié)的內(nèi)容，如果實際數(shù)據(jù)低于這個長度，在該段內(nèi)要增加更多的數(shù)據(jù)以保證達到最小數(shù)據(jù)容量。
Check-Sum：
以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)包還包括一個校驗位。如果該段檢測到傳輸錯誤，則必須中止傳輸并阻止數(shù)據(jù)訪問下一協(xié)議層。
以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)：
以太網(wǎng)提供了不同類型的傳輸介質(zhì)，通常使用以下幾種：
·同軸電纜
·雙絞線
·光纖
早期，主要使用同軸電纜，但是現(xiàn)在更多的還是使用雙絞線。這種電纜包括兩對銅線，每一對都兩兩相絞。而且每一對雙絞線都有金屬屏蔽層和絕緣皮層。
光纖主要應(yīng)用于長距離或高傳送率的場合中。對于不同類型的電纜，都有不同種類的插頭與之對應(yīng)。比如RJ45插頭適用于雙絞線：
通常，雙絞線連接發(fā)送設(shè)備（TD）和接收設(shè)備（RD），兩端接口相同。這些電纜連接網(wǎng)絡(luò)參與者，比如PC或以太網(wǎng)CP插卡等裝置。兩個網(wǎng)絡(luò)參與者本該用電纜直接連接，比如PC直接連接至以太網(wǎng)CP卡上，但有時由于種種原因，無法直接連接，而需要跨線。請看下圖：
中繼器/集線器
中繼器用于連接各網(wǎng)絡(luò)段，從而延展了網(wǎng)絡(luò)范圍，擴大網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。集線器的功能與中繼器相近，但是它帶有更多的接口，因此也成為多路中繼器。
中繼器或集線器將網(wǎng)絡(luò)段擴大，使數(shù)據(jù)傳送到更多的設(shè)備中。因此，中繼器可以連接不同類型的電纜（比如同軸電纜和雙絞線）。集線器通常也用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)參與者。
交換機/網(wǎng)橋：
與中繼器相比，網(wǎng)橋不僅能使數(shù)據(jù)傳送到更多的設(shè)備中，而且當沖突發(fā)生時，網(wǎng)橋可以將網(wǎng)絡(luò)分隔成兩個相互獨立的沖突區(qū)域。交換機的功能與網(wǎng)橋相似，但是它可以將網(wǎng)絡(luò)分隔成更多的區(qū)域。因此，交換機的每個接口都可以分隔出兩個沖突區(qū)域。
網(wǎng)橋和交換機可以連接在不同傳輸速率的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)間，比如一端是10Mbps，另一端是10Mbps。
路由器/網(wǎng)關(guān)：
路由器是另一種具有擴展功能的元件。路由器不僅能識別出各種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，還能讀出它們的具體內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)包的地址信息，經(jīng)過路由器的分析，按照地址信息將該數(shù)據(jù)包傳送至相應(yīng)的接收設(shè)備中。通常路由器連接于不同的獨立的網(wǎng)絡(luò)間。
下圖是一個Ethernet-ISDN Router的連接示例。路由器連接在Internet和LAN之間。
原文：http://blog.gkong.com/more.asp?name=chinasg23&id=59119