Posted on 2010-12-16 10:55
幻海藍夢 閱讀(300)
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通信產品--相關知識
介紹
早在1980年，一個包括Xerox，Inter和Digital Equipment等幾大公司在內的機構，宣布了以太網 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，局域網并不普及，它們主要用于大學和大型的企業內部。雖然在1981年IBM公司推出的XT系列個人電腦已經投入市場。但是當時的軟件業并不強大，可用的網絡系統也是很少的。
隨著處理器容量的不斷提升，應用軟件產業也有了十足的發展。用戶數量出現了急劇上漲。由于用戶共享資源的擴大，統一的數據管理和軟件產品的增加，使得局域網的需求出現突飛猛進的發展。
局域網增長因素示意圖：
伴隨著工業領域對網絡技術的需求增長，新的網絡設計出現在自動化行業中。1985年時，以太網技術憑借Siemens SINEC H1而獲準進入工業通訊領域。在1996年推出的SIMAIC NET，現在已經在工業通訊中占據重要地位，而SINEC H1即為它的前身。
當今，工業以太網在工業網絡中已經成為一種標準，比如在自動化工業或者在工業車間部門中，通訊協議的可用性和穩定性是其中最重要的因素。
網絡用戶數量不斷增長以及軟件所使用的帶寬需求增加，傳統的10Mbps以太網無法滿足工業要求。因此，人們開始準備設計一種100Mbps的以太網（即快速以太網（Fast Ethernet）， FDDI，100 Base VG）。
快速以太網起源于1993年6月，當時超過50家制造商共同建立了快速以太網聯盟，目的是共同研制一種100Mbps的以太網。該組織同時還要設計所有的相關的網絡元件，比如適配器，中繼器/集線器，交換機，路由器和管理工具。所有的產品都要符合標準，以保證不同的制造商都可以應用這些產品。這也是快速以太網為什么會被廣泛應用，并受到一致贊揚的原因。到了1995年6月，快速以太網被最終確定為IEEE 802.3標準。
快速以太網提供了100Mbps技術的可能性。用戶不需改變整個網絡結構就可以獲得高速的傳輸率。這就是當今為何快速以太網作為100Mbps網絡，成為使用率最高的通訊協議。
以太網在工業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（1000Mbps），也就是10Gigabit標準。
自動化技術的網絡等級
為了清楚地認識以太網在自動化中的地位，我們可以將自動化系統分為以下級別：
為了在一個大型企業中可以隨時，充分的了解企業中各種復雜的信息，在整個自動化系統中形成了不同的網絡等級。在這些不同等級的網絡中，信息可以在垂直和水平兩個方向上相互傳遞。
每個等級的網絡都與上下相鄰的網絡連接，可以判定相互間通訊的需求。在最上層網絡，存在眾多復雜的計算機系統，能夠不定期的對各種復雜數據進行響應，大量的通訊參與者和響應者在網絡中相互協調。在最底層，依然有很大的信息吞吐量，只是數據相對要少于上層結構。
在自動化系統網絡中可以分為以下5層結構：
·計劃編制層（Planning Level），對來自生產層的信息進行評價，組織編排并協助生產部門進行決策。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），對每個生產層進行協調?？刂茖拥玫絹碜陨弦粚拥纳a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層，被各單元計算機或PLC控制。
·現場層（Field Level），存在大量用于控制的可編程控制裝置，調節和檢測元件比如PLC或工業計算機等，并可以對執行器/傳感器層進行評價。該層可以連接至可視化系統，對數據進行響應和傳輸。
·執行器/傳感器層(Actuator/Sensor Level)，屬于現場層得一部分并于現場層的控制器連接。該層的特點是輸入和輸出數據的傳輸速率極快。輸入和輸出數據的更新時間甚至低于控制器的循環掃描周期。
以太網
以太網是全球范圍內廣泛應用，各制造商兼容的LAN（局域網，Local Area Network）網絡。傳輸速率可以達到10，100或1000Mbps。LAN被定義為IEEE802標準，且不同于其他網絡：
·總線長度或網絡范圍大（10—1000m）
·傳輸介質技術多樣（同軸電纜，雙絞線和光纖）
·網絡拓撲結構多樣（總線型，環型，星型和樹型）
以太網一部分被定義為IEEE802.3，快速以太網定義為IEEE802.3u。
網絡工作方式
在以太網網絡中，沒有主站和從站的區分。任何參與者都有權介入到總線中。為了協調各參與者，采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）協議，也可以稱作“聽說協議”（Listen While Talk）。該協議描述的內容是，何時將數據放入到網絡中，以及如何對數據沖突進行處理。如果一個連接至LAN中的參與者希望發送數據，首先要等待，直到網絡“空閑”下來，也就是說網絡中沒有數據在傳送（carrier sense）。
確定網絡中沒有數據進行傳輸后，該參與者開始發送自己的數據。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送各自的數據（多路訪問，Ｍultiple Access）。
如果發生這種情況，就被稱為“沖突”。以太網通訊可以檢測出這種沖突。
如果CSMA/CD協議判斷出沖突，數據的發送方將被中斷，數據也會被刪除。經過一個隨機周期后，網絡重新進行新一輪的數據傳輸。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，并不是網絡隨意分配的。
為了保證CSMA/CD訪問技術能夠成功實現，以太網網絡的范圍就要受到限制，從而控制數據包的最長傳輸時間。CSMA/CD協議所支持的最佳網絡距離就成為沖突區域（collision domain）。在10Mbps以太網中，沖突區域的范圍是4520m。
以太網數據包格式
MAC地址
在以太網中的每個網絡接口，比如PC的網絡插卡或PC內部的以太網CP模塊，都具有一個以太網地址。通常這個地址被稱為MAC（介質訪問控制，Media Access Control）地址，該地址在以太網網絡中都是特定的，獨一的地址。MAC地址有６個字節，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以太網中的不同節點。
數據包格式：
以太網數據包的格式是以太網標準的特征之一。所有的數據都在以太網網絡中進行交換，并以數據包的形式進行傳輸。此功能與數據報相似。為了安全的傳輸這些數據，除了必要的數據信息，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，要與其他通訊參與者保持同步時鐘脈沖。它與Framestart在以太網數據包中共同擔任數據起始標志的作用。
Destination Address：
該地址作為網絡中MAC地址的一部分，代表數據接收設備的地址。
Source Address：
同樣屬于MAC地址的一部分，代表數據發送設備的地址。
Data Field Width：
數據長度代表以太網數據包中數據的準確長度。長度范圍從0到1500字節。
Data and Pad：
根據CSMA/CD的協議規則，為了保證在數據發生沖突時能夠準確被監測，以太網數據包必需提供至少64字節的內容，如果實際數據低于這個長度，在該段內要增加更多的數據以保證達到最小數據容量。
Check-Sum：
以太網的數據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據訪問下一協議層。
以太網傳輸介質：
以太網提供了不同類型的傳輸介質，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。比如RJ45插頭適用于雙絞線：
通常，雙絞線連接發送設備（TD）和接收設備（RD），兩端接口相同。這些電纜連接網絡參與者，比如PC或以太網CP插卡等裝置。兩個網絡參與者本該用電纜直接連接，比如PC直接連接至以太網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絡段，從而延展了網絡范圍，擴大網絡拓撲結構。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絡段擴大，使數據傳送到更多的設備中。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絡參與者。
交換機/網橋：
與中繼器相比，網橋不僅能使數據傳送到更多的設備中，而且當沖突發生時，網橋可以將網絡分隔成兩個相互獨立的沖突區域。交換機的功能與網橋相似，但是它可以將網絡分隔成更多的區域。因此，交換機的每個接口都可以分隔出兩個沖突區域。
網橋和交換機可以連接在不同傳輸速率的以太網網絡間，比如一端是10Mbps，另一端是10Mbps。
路由器/網關：
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數據包，還能讀出它們的具體內容，包括數據包的地址信息，經過路由器的分析，按照地址信息將該數據包傳送至相應的接收設備中。通常路由器連接于不同的獨立的網絡間。
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