工业以太网的常见协议

　　工业以太网的常见协议

　　1、ModbusTCP/IP

　　该协议由施耐德公司推出，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为ModbusTCP/IP。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制一致，但通过工业以太网交换技术大大提高了确定性，改善了一主多从轮询机制上的制约。

　　2、Profinet

　　Profinet由Siemens开发并由ProfibusInternational支持，目前它有3个版本，第一个版本定义了基于TCP/UDP/IP的自动化组件。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RPC/DCOM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。它将以太网应用于非时间关键的通信，用于高层设备和Profibus-DP现场设备技术之间，以便将实时控制域通过代理集成到一个高层的水平上。

　　第二个版本中，Profinet在以太网上开辟了两个通道：标准的使用TCP/IP协议的非实时通信通道，另一个是实时通道，旁路第三层和第四层，提供精确通信能力。该协议减少了数据长度，以减小通信栈的吞吐量。为优化通信功能，Profinet根据IEEE802.p定义了报文的优先级。最多可用7级。

　　Profinet第三版采用了硬件方案以缩小基于软件的通道，以进一步缩短通信栈软件的处理时间。为连接到集成的以太网交换机，Profinet第三版还开始解决基于IEEE1588同步数据传输的运动控制解决方案。

　　3、Ethernet/IP

　　Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA（OpenDevicenetVendorsAsso-cation）和ControlNetInternational两大工业组织推出的最新成员与DeviceNet和ControlNet一样，它们都是基于CIP（ControlandInformationProto-Col）协议的网络。它是一种是面向对象的协议，能够保证网络上隐式（控制）的实时I/O信息和显式信息（包括用于组态、参数设置、诊断等）的有效传输。

　　Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的应用层协议CIP。因此，它们使用相同的对象库和一致的行业规范，具有较好的一致性。Ethernet/IP采用标准的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包，这样通用且开放的应用层协议CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协议，就构成Ethernet/IP协议的体系结构。

　　4、EtherCAT

　　EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnology）是由德国倍福Beckhoff公司开发，并由EtherCAT技术组（EtherCATTechnologyGroup，ETG）支持。它采用以太网帧，并以特定的环状拓扑发送数据。网络上的每一个站均从以太网帧上取走与该站有关的数据，或并插入该站本身特定的输入/输出数据。网络内的最后一个模块向第一个模块发送一个帧以形成和创建一个物理和逻辑环。EtherCAT还通过内部优先级系统，使实时以太网帧比其他的数据（如组态或诊断数据，等）具有较高的优先级。组态数据只在传输实时数据的间隙（如间隙时间足够传输的话）中传输，或者通过特定的通道传输。EtherCAT还保留标准以太网功能，并与传统IP协议兼容。为了实现这样的装置，需要专用ASIC芯片，以集成至少两个以太网端口，并采用基于IEEE1588的时间同步机制，以支持运动控制中的实时应用。

　　5、Powerlink

　　Powerlink由贝加莱B&R公司开发，并由EthernetPowerlink标准化组（EthernetPowerlinkStandardisationGroup，EPSG）支持。

　　Powerlink协议对第三、四层的TCP（UDP）/IP栈进行了扩展。它在共享式以太网网段上采用槽时间通信网络管理（SlotCommunicationNetworkManagement，SCNM）中间件控制网络上的数据流量。SCNM采用主从调度方式，每个站只有在收到主站请求的情况下，才能发送实时数据。因此，在一个特定的时间，只有一个站能够访问总线，所以没有冲突，从而确保了通信的实时性。为此，Powerlink需采用基于IEEE1588的时间同步。在其扩展的第二版中，包括了基于CANopen的通信与设备行规。

　　工业以太网协议之网络7层协议

　　

　　OSI的层次划分：OSI将计算机网络体系结构（architecture）划分为以下七层：

　　1、物理层 Physical Layer

　　2、数据链路层 Data Link Layer

　　3、网络层 Network Layer

　　4、传输层 Transport Layer

　　5、会话层 Session Layer

　　6、表示层 Presentation Layer

　　7、应用层 Application Layer

　　它和我们常用的TCP/IP的协议层有些相似，TCP/IP把1和2封装为一层，3和4还是独立的层，5和6和7封装成为一层，也就是说TCP/IP只有四层，但是在此我讲述的7层的具体意义。

　　在这里我将假设一个场景，那就是把要传输数据的一方视为某个公司的经理，网络传输被视为这个经理要把一件事情告诉另一个公司的经理。

　　网络的A端：

　　1、应用层：A公司经理把他想要告诉B公司经理的事情用嘴讲了出来。

　　2、表示层：秘书就把A公司经理说的事情翻译成为英文然后写在了纸上。

　　3、会话层：行政的职员把秘书写的这封信，装到了信封封装好了，写上了信封的信息。

　　4、传输层：A邮局的职工把这封信取走。

　　5、网络层：A邮局的分派的职工，把这封信分派到指定送信区域。

　　6、数据链路层：A邮局的装箱的职工，就把一同送往这个区域的信封装到一个木箱子里，然后送到A邮局物流站。

　　7、物理层：A邮局的物流职工把木箱运到铁路

　　这里的铁路就是网络连接物理介质

　　网络的B端：

　　7、物理层：B邮局的物流职工把木箱从铁路运到邮局的物流站。

　　6、数据链路层：B邮局的拆箱的职工把物流站的木箱拆箱然后把所有的信件取出来。

　　5、网络层：B邮局的分派的职工，把这封信分派到指定送信区域。

　　4、传输层：B邮局的职工把这封信送到B公司。

　　3、会话层：B公司行政的职员把公司的信件整理并且拆封信件（假设这是公司允许的情况下）并送到各自部门的秘书手里。

　　2、表示层：B公司秘书把信上的英文翻译成为中文。

　　1、应用层：B公司经理听秘书转述给他这封信的内容。

　　到此为止一个完整的通过这7层的网络通讯顺利完成。接下来我将用技术术语并结合TCP/IP中的应用再描述一遍这7层协议。

　　（1）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP，FTP，WWW，NFS，SMTP等。​

　　（2）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASII后发送数据。在接收方将标准的ASII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASII等。​

　　（3）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。​

　　（4）传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。​

　　（5）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。​

　　（6）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。​

　　（7）物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。