第六章工業(yè)以太網(wǎng)技術與應用6.1概述

所謂工業(yè)以太網(wǎng)（IndustrialEthernet）技術，就是應用于工業(yè)自動化領域的以太網(wǎng)技術。眾所周知，以太網(wǎng)最初是為辦公自動化設計的，因此沒有考慮工業(yè)自動化的特殊要求。它采取的是CSMA/CD介質訪問控制機制，具有通信延時不確定的特點，不能滿足工業(yè)自動化控制中對通信實時性的要求，因此，在20世紀90年代中期以前，很少有人將以太網(wǎng)應用于工業(yè)自動化領域。

近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的普及與推廣，以太網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通信速率的提高、以太網(wǎng)交換技術的發(fā)展，給以太網(wǎng)的非確定性問題的解決帶來了新的契機。首先，以太網(wǎng)通信速率的一再提高，從10M到100M到1000M甚至10Gbps，在相同通信量的條件下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡負荷的減輕和碰撞的減少，也就意味著確定性的提高；其次，以太網(wǎng)交換機為連接在其端口上的每一個節(jié)點提供了獨立的帶寬，連接在同一個交換機上的設備不存在資源爭奪，這就相當于每個設備獨占一個網(wǎng)段；第三章工業(yè)以太網(wǎng)技術與應用第三章工業(yè)以太網(wǎng)技術與應用

最后，全雙工通信技術為每一個設備與交換機端口之間提供了發(fā)送與接受的獨立通道，大大降低了（半雙工交換式以太網(wǎng)）或完全避免了不同以太網(wǎng)設備之間的沖突。因此，以太網(wǎng)成為“確定性”網(wǎng)絡，為它應用于自動化控制領域消除了主要障礙。與其他現(xiàn)場總線或工業(yè)通信網(wǎng)絡相比，以太網(wǎng)具有一下優(yōu)點：

（1）應用廣泛。（2）成本低廉（3）通信速率高（4）軟硬件資源豐富（5）可持續(xù)發(fā)展，潛力大（6）易與Internet連接，能實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡與工業(yè)控制網(wǎng)絡的無縫集成。如今，以太網(wǎng)已成為企業(yè)信息管理層、控制層網(wǎng)絡的首選，并且有逐漸向下延伸直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信的趨勢。以太網(wǎng)技術的優(yōu)點：

工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)在技術上兼容，但在產(chǎn)品設計時，在材質的選用、產(chǎn)品強度和適用性方面應能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品需具有一下特性：（1）環(huán)境適應性。具體包括機械環(huán)境適應性（如耐振動、耐沖擊）、氣候環(huán)境適應性（工業(yè)溫度要求為－40～85℃，并要耐腐蝕、防塵、防水）、電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性（EMC應符合EN50081-2、EN50082-2）。

工業(yè)以太網(wǎng)應具有的特性：

（2）可靠性由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，對工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的可靠性提出了更高的要求。（3）安全性在易爆和可燃場合，工業(yè)以太網(wǎng)還需滿足防爆要求，包括隔爆、本質安全兩種方式。（4）安裝方便適應工業(yè)環(huán)境的安裝要求，如采用DIN導軌安裝。工業(yè)以太網(wǎng)應具有的特性：3.2工業(yè)以太網(wǎng)原理與體系結構6.2.1通信模型工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有多種，如HSE、PROFINET、Ethernet/IP、MODBUS/TCP等，它們在本質上仍基于以太網(wǎng)技術（IEEE802.3標準)，對應于ISO/ISO通信參考模型，工業(yè)以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均采用了IEEE802.3標準，在網(wǎng)絡層和傳輸層則采用被稱為以太網(wǎng)“事實上”標準TCP/IP協(xié)議族（包括UDP、TCP、IP、ARP、ICMP、IGMP等協(xié)議），它們構成了工業(yè)以太網(wǎng)的低四層。在高層協(xié)議上，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議通常都省略了會話層、表示層，而定義了應用層。有的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議還定義了用戶層（如HSE），由于資料有限，這里僅以Ethernet/IP為主進行介紹。圖6－1EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)通信模型和ISO/OSI參考模型對比

在應用層使用了CIP（控制與信息協(xié)議），EtherNet/IP也具備CIP網(wǎng)絡所共有的一些特點。知識點補充：CIP網(wǎng)絡的特點EtherNet/IP通信模型控制與信息協(xié)議（CIP）CIP簡介

CIP(CommonIndustrialProtocol)通用工業(yè)協(xié)議是由ODVA(OpenDeviceNetVendorAssociation)維護的工業(yè)通訊協(xié)議。最初RockwellAutomation決定將DeviceNet開放出來作為標準，從而誕生了ODVA這一組織。后來ODVA與ControlNetInternational合并形成了目前的不局限于管理DeviceNet的ODVA。ODVA的重要成員是:Cisco,Omron,RockwellAutomation,SchneiderElectric。目前ODVA管理著CIP通用協(xié)議及其若干網(wǎng)絡實現(xiàn)：DeviceNet,ControlNet,EtherNet/IP,CompoNet,以及CIPSafety,CIPMotion規(guī)范。

控制與信息協(xié)議（CIP）CIP是一種為工業(yè)應用開發(fā)的應用層協(xié)議，在DeviceNet/Controlnet采用了此協(xié)議后，由A-B推出的工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP也采用了此協(xié)議，因此這三種網(wǎng)絡均被成為CIP網(wǎng)絡。

CIP網(wǎng)絡功能強大、靈活性強、并具有很好的實時性、確定性、可重復性和可靠性，這主要依賴于CIP的設計。術語解釋：

實時性：數(shù)據(jù)傳輸所花費的時間的多少確定性：數(shù)據(jù)傳輸所花費的時間的可預測性的強弱重復性：增加或減少網(wǎng)絡節(jié)點，對數(shù)據(jù)傳輸所花費的時間的影響及所產(chǎn)生影響的大小。

CIP網(wǎng)絡可通過網(wǎng)絡傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，完成了以前需要兩個網(wǎng)絡才能完成的任務，體現(xiàn)出較強的優(yōu)越性。此外,CIP還體現(xiàn)出較強的靈活性，能夠支持多種通信模式及多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式。CIP的主要特點（1）基于生產(chǎn)者/消費者的網(wǎng)絡模型目前市場上的總線通信模型有較大的區(qū)別，根據(jù)所基于的模型不同，可以把工業(yè)網(wǎng)絡分為兩類：

1）基于源/目的地模型

2）基于生產(chǎn)者/消費者模型（生產(chǎn)者是發(fā)送報文的節(jié)點，而消費者是接受報文的節(jié)點?；谏a(chǎn)者消費者模型的網(wǎng)絡除了CIP網(wǎng)絡外，還有基金會現(xiàn)場總線（FF）。而PROFIBUS等是基于源/目的地模型的?？刂婆c信息協(xié)議（CIP）CIP的主要特點

生產(chǎn)者/消費者模型是一種新型的網(wǎng)絡模型，它的每個報文都有唯一的報文標識符（MID）,其格式如圖所示：源地址目的地址數(shù)據(jù)校驗和MID數(shù)據(jù)校驗和◆在發(fā)送報文之前，要在發(fā)送節(jié)點和接受節(jié)點之間建立連接，這樣接受節(jié)點就知道了發(fā)給自己的報文的MID是什么樣的。CIP的主要特點

◆報文發(fā)送節(jié)點把MID、數(shù)據(jù)、校驗和及其他一些必要的信息組成報文，發(fā)送到網(wǎng)絡上，報文接受節(jié)點根據(jù)報文的MID來判斷報文是不是發(fā)給自己的，如果符合接受條件，就接受該報文。

◆基于生產(chǎn)者/消費者模型的網(wǎng)絡除了支持點對點外還支持組播通信，這樣通信效率就會更高，也因而成為其優(yōu)點之一。CIP的主要特點多播通信與點對點通信相比的優(yōu)點：

1）把同樣的報文發(fā)給多個節(jié)點，提高了效率

2）在多播通信中，每個節(jié)點接受到報文的時間不受接受該報文的結點數(shù)多少的影響，增加或減少節(jié)點不會影響節(jié)點接受報文的效率，因此可重復性好，而且增加或減少節(jié)點不會改變網(wǎng)絡負載。

3）各個報文接受節(jié)點接受到報文的時間是相同的，因此可以實現(xiàn)精確同步。CIP的主要特點2）不同的報文類型在實際的工業(yè)應用中，一般需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型有I/O、互鎖、配置、故障診斷、程序上傳下載等，這些不同類型的數(shù)據(jù)對傳輸服務質量的要求是不同的。

CIP根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對傳輸質量要求的不同，把報文分為兩種：顯式報文和隱式報文。顯式報文用于傳輸對數(shù)據(jù)沒有苛求的數(shù)據(jù)，如程序的上傳和下載、系統(tǒng)維護、故障診斷、設備配置等。由于這種報文包含解讀該報文所需要的信息，所以稱為顯式報文。CIP的主要特點

隱式報文傳輸對時間有苛刻要求的數(shù)據(jù)，如I/O、實時互鎖等。由于這種報文不包含解讀該報文所需要的信息，其含義是在網(wǎng)絡配置時就確定的，所有稱為隱式報文。

EtherNet/IP用TCP協(xié)議發(fā)送顯式報文，用UDP發(fā)送隱式報文。3）基于連接的數(shù)據(jù)通信方式4）數(shù)據(jù)觸發(fā)方式的多樣性（輪詢、狀態(tài)改變、循環(huán)和選通）CIP的主要特點◆輪詢方式：主節(jié)點以點對點方式依次向各個從節(jié)點發(fā)送輪詢命令報文，輪詢命令報文包含輪詢命令和輸出數(shù)據(jù)。

◆循環(huán)方式：循環(huán)方式是每隔一段時間發(fā)送一次I/O數(shù)據(jù)。

◆選通方式：位選通方式下主節(jié)點發(fā)出一個若干字節(jié)的廣播報文，即位選通命令報文，報文中的每個二進制位對應網(wǎng)絡上的一個節(jié)點。該位為1時，要求對應的從節(jié)點響應；該位為0時，不需要對應的從節(jié)點響應。被選中的從節(jié)點通過向主節(jié)點發(fā)送一個位選通響應報文，返回輸入數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息?！魻顟B(tài)改變方式：它是一種事件觸發(fā)方式，節(jié)點在其所監(jiān)測的狀態(tài)發(fā)生變化時發(fā)送數(shù)據(jù)。CIP的主要特點5）通信方式的多樣性

支持主從、多主、對等或三種模式任意組合的多種通信模式。

◆主從模式：

◆多主模式：

◆對等模式：EtherNet/IP的特點EtherNet/IP的特點：1）可以傳輸多種不同類型的數(shù)據(jù)2）面向連接3）用不同的方式傳輸不同類型的報文4）基于生產(chǎn)者/消費者模型，提供多播通信支持5）支持多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：輪詢、選通、循環(huán)以及狀態(tài)改變6）用對象模型來描述應用層協(xié)議，方便開發(fā)者編程實現(xiàn)7）為各種類型的EtherNet/IP設備提供描述，以保證互操作性和互換性。圖6－1EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)通信模型和ISO/OSI參考模型對比EtherNet/IP的通信模型EtherNet/IP用TCP協(xié)議發(fā)送顯式報文，用UDP發(fā)送隱式報文。如前所述，TCP是可靠的點對點數(shù)據(jù)傳輸。在一個TCP報文中，協(xié)議信息和服務指令都包括在內。節(jié)點接收到TCP報文之后，可以對報文進行解釋，并作出合適的響應。而UDP報文只包含實時數(shù)據(jù)，其含義在連接建立時已經(jīng)定義好。通過UDP來傳輸隱式報文，報文效率較高，通信實時性較好，而且由于UDP報文較短，傳輸所需要的時間可觀測性就較強，通信確定性也相對較高。而UDP報文傳輸帶來的可靠性低下的問題由CIP解決，即如果發(fā)生報文丟失或差錯的情況下，由CIP通知發(fā)送節(jié)點重新發(fā)送報文。

另外，EtherNet/IP規(guī)范僅可選擇10Mbit/s或100Mbit/s以太網(wǎng)。為了能夠在工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境中工作，EtherNet/IP設備選用的物理部件要能夠經(jīng)得起考驗，根據(jù)具體應用場合的不同，它們可能要忍受

高溫或低溫、高濕度、強振動、強磁化干擾

等。另外，EtherNet/IP規(guī)范還要求設備滿足與TCP/TP實現(xiàn)有關的RFC文件的規(guī)定。3．CIP封裝

EtherNet/IP的應用層采用了CIP，并且用對象模型來描述CIP。另外，為了保證互操作性和互換性，EtherNet/IP也提供設備描述。封裝協(xié)議所定義的實際上是應用層和傳輸層的接口，也就是CIP和TCP/UDP的接口。封裝協(xié)議預留TCP端口0xAF12和UDP端口0xAF12，用于CIP通信。封裝協(xié)議規(guī)定了CIP數(shù)據(jù)包是如何被組裝成TCP包或UDP包的。另外，由于TCP是面向連接的協(xié)議，封裝協(xié)議還需要進行會話管理。一個會話管理需要經(jīng)歷3個階段：建立會話、維持會話、結束會話，因此，封裝協(xié)議還規(guī)定了多種用于會話管理的報文。

3．CIP封裝

封裝數(shù)據(jù)包包頭的格式如圖4．52所示，包頭長度為24B，其有效數(shù)據(jù)段的長度為0~65511B。數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式封裝好后，作為TCP或UDP報文中的數(shù)據(jù)段傳輸。圖4．52封裝數(shù)據(jù)包包頭格式

在命令域，可能的命令有：

●NOP：空操作命令，無論是會話發(fā)起者還是目標都可能發(fā)送。接受者應該忽略報文中包含的任何數(shù)據(jù)，并且不回復。●ListIdentity：會話的發(fā)起者用該命令來確定可能的目標。發(fā)送命令域為該命令的封裝報文，無需事先建立會話?！馤istInterFaces:會話的發(fā)起者用該命令來發(fā)現(xiàn)目標可能有的非CIP通信接口。發(fā)送命令域為該命令的封裝報文，無需事先建立會話。

3．CIP封裝3．CIP封裝

●RegisterSession：請求建立會話?！?/p>

UnRegisterSession:請求結束會話。

●

SendServices:會話的發(fā)起者用該命令來確定目標設備支持哪個封裝服務類型?！?/p>

SendRRData:用于傳輸封裝好的請求數(shù)據(jù)包或答復數(shù)據(jù)包?！?/p>

SendUnitData:用于傳輸封裝好的連接報文。

3．CIP封裝

其中，命令域為ListIdentity、ListInterFaces、SendServices或SendUnitData的封裝報文傳輸用TCP或UDP都可以，其他封裝報文只能用TCP傳輸。長度域給出的是封裝報文的有效數(shù)據(jù)段的長度。會話句柄實際上就是所建立的編碼，它由目標節(jié)點產(chǎn)生，并發(fā)給發(fā)起節(jié)點，作為對RegisterSession請求的響應。狀態(tài)域指示接收者是否執(zhí)行所接收到的封裝報文中的命令。如果接收者成功地執(zhí)行了命令，回復報文中該域應該為0。如果接收者接收到的報文中該域不為0，接收者將忽略該報文。

3．CIP封裝

發(fā)送者背景域用于請求報文和回復報文的配對，它是由發(fā)送者任意給定的。接收者發(fā)出的回復報文中的發(fā)送者背景應該與他所接收到的請求報文相一致。選項域用于給命令提供參數(shù)。在EtherNet/IP規(guī)范的第1版中，該域沒有任何作用。不同類型的CIP報文采用不同的協(xié)議傳輸。CIP報文分為連接報文和未連接報文，其中未連接是在命令域為SendRRData的封裝報文中，通過TCP傳輸?shù)?；而連接報文是在命令域為SendUnitData的封裝報文中傳輸?shù)?，至于到底是用TCP還是用UDP，則取決于3．CIP封裝

連接報文的傳輸類（TransportClass）。CIP連接報文有七種傳輸類：

◆傳輸類為0類的CIP報文是最簡單、最基本的報文；

◆傳輸類為1類的CIP報文是重復檢測的報文；

◆傳輸類為2類的CIP報文是確認的報文，

◆傳輸類為3類的CIP報文是校核的報文；

◆傳輸類為4類的CIP報文是無阻塞報文，

◆傳輸類為5類的CIP報文是無阻塞且破分的報文，

◆傳輸類為6類的CIP報文是多播且破分的報文。

3．CIP封裝

其中，傳輸類為4類、5類和6類的CIP報文都不常用。傳輸類為0類或1類的CIP報文都是通過UDP傳輸?shù)?。以太網(wǎng)本身并非為確定性網(wǎng)絡，有可能出現(xiàn)因為某種原因而使發(fā)送包丟失的情況。而且根據(jù)定義，0類和1類傳輸類并不保證每個包都不丟失。生產(chǎn)者節(jié)點只是以固定的速率不停地發(fā)送數(shù)據(jù)，如果某一個包丟失了，消費者就接收到下一個包。所以，如果應用不容許包丟失，就不能采用0類或1類傳輸類。對傳輸類為1類的CIP報文，接受者可以通過檢查各個包的序號知道有沒有丟失包。3．CIP封裝

而0類CIP報文沒有序號，接受者就無法通過檢查包的序號知道包丟失的情況。不過，如果包丟失了很多，連接超時機制可以給應用提供反饋。所謂連接超時機制，就是如果在一定時間內接受者沒有接受到新的數(shù)據(jù)包，就會中止連接。傳輸類為0類或1類的CIP多播報文的傳輸要用到IP多播技術。實現(xiàn)多播要解決兩個基本問題：一個是確定IP傳輸?shù)姆秶涣硪粋€是進行IP多播地址分配。目前，IP多播范圍的確定用的都是生存時間（TimetoLive—TTL）法。TTL法就是用IP報文頭的TTL字段來限制多播范圍。當發(fā)送多播信息時，主機把TTL字段設定為某一個合適的值。數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡傳播的過程中，TTL的值3．CIP封裝

不斷減少。設置路由器使之只傳輸TTL值在一定值之上的數(shù)據(jù)包。如果TTL的初值設置為1，多播就被限定在一個子網(wǎng)里面。目前，由于有關的因特網(wǎng)標準還沒有確定，所以安全的做法就是把多播限制在一個子網(wǎng)里，不在同一個子網(wǎng)中的兩個節(jié)點通信采用點對點方式。IP多播地址分配是給應用分配用于發(fā)送和接受多播報文的IP多播地址。IP多播地址空間是由IANA管理的，雖然IANA地址段并沒有給EtherNet/IP所用到的應用分配地址，但是它劃出一個地址段作為多播地址。目前，由于有關的標準正在制定中，用戶只能是在IANA劃出的多播地址段中任意選擇一個。

3．CIP封裝

傳輸類為2類或3類的CIP報文應該通過TCP連接傳輸。一個TCP連接可以傳輸多個CIP連接。由于TCP是全雙工的，從發(fā)送者到目標的CIP連接和從目標到發(fā)起者的CIP連接應該使用一個TCP連接。不過，如果目標隨后發(fā)起一個CIP連接，它就應該被認為是發(fā)起者，應該使用一個新的TCP連接。由于封裝和具體的網(wǎng)絡底層協(xié)議無關，所以用類似的方法，可以使得CIP在其他TCP/IP網(wǎng)絡上運行，如ATM、FDDI等。

4．EtherNet/IP底層

EtherNet/IP規(guī)范的第1版支持兩種類型的EtherNet/IP設備，一種是商用的，另一種是工業(yè)用的。前者是在商用以太網(wǎng)設備實現(xiàn)CIP而成的，通常用作信息層網(wǎng)絡，或在一些對確定性要求不高的應用中用作控制層網(wǎng)絡；后者用于對確定性要求較高的場合。EtherNet/IP規(guī)范以后還可能增加設備類型或者進一步細分，以滿足不同應用的需要。工業(yè)用EtherNet/IP設備首先要能夠在工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境中正常工作，其要滿足的最低要求見表4．16。根據(jù)具體應用的不同，實際工作環(huán)境可能比表4．16給出的更為惡劣。表4．16工業(yè)應用對設備的最低要求4．EtherNet/IP底層

此外，為滿足工業(yè)應用對確定性的要求，在EtherNet/IP開發(fā)者推薦白皮書中，ODVA/CI建議EtherNet/IP所選用的以太網(wǎng)應該有一些特殊之處。這些建議都在IEEE802.3標準的容許范圍之內，并沒有為提高通信確定性而采用任何非標準的技術。第一，建議采用交換機，而非普通的集線器。由于交換機用的是專用帶寬，而集線器用的是共享帶寬，使用交換機可以消除不必要的網(wǎng)絡通信。4．EtherNet/IP底層第二，建議提供對全雙工的支持。這樣，在網(wǎng)絡上只有兩個節(jié)點的情況下，以太網(wǎng)就不使用CSMA/CD協(xié)議，從而消除了沖突的可能性。第三，建議滿足IEEE802.1p規(guī)范。正在制定中的IEEE802.1p規(guī)范使得人們可以對不同種類的信息賦予不同的優(yōu)先級。第四，建議使用100Mbit/s的快速以太網(wǎng)和一定的冗余。

3.2.2工業(yè)以太網(wǎng)的體系結構1.物理層解決通信的電氣特性、機械特性、功能特性和規(guī)程特性的問題。2.MAC層過程問題1編碼過程是在哪一層完成？3.介質訪問控制協(xié)議CSMA/CD4.沖突退避算法6.2.3工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結構工業(yè)以太網(wǎng)中，通常將控制區(qū)域分為若干個控制子域，根據(jù)不同系統(tǒng)規(guī)模和應用情況，靈活采用如下拓撲結構：1.星型結構2.線型結構3.環(huán)型結構3.4傳輸介質1.工業(yè)以太網(wǎng)的通信電纜

●同軸電纜●雙絞線●光纜3.5工業(yè)以太網(wǎng)通信的實時性工業(yè)以太網(wǎng)中，實現(xiàn)實時性的主要對策：

●工業(yè)以太網(wǎng)交換機

●使用全雙工的通信模式●采用虛擬局域網(wǎng)技術

●優(yōu)先級服務正在制定中的IEEE802.1p規(guī)范使得人們可以對不同種類的信息賦予不同的優(yōu)先級?！窠ㄗh使用100Mbit/s的快速以太網(wǎng)和一定的冗余。

VLAN在工業(yè)以太網(wǎng)中的作用分割功能層分割部門提高網(wǎng)絡的整體安全性簡化網(wǎng)絡管理3.6工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡生存性與可用性

所謂網(wǎng)絡生存性，是指以太網(wǎng)應用于工業(yè)現(xiàn)場控制時，必須具備較強的網(wǎng)絡可用性，即任何一個組件發(fā)生故障，不管它是硬件還是軟件，都不會導致操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、控制器和應用程序甚至整個系統(tǒng)癱瘓。

1.冗余設計端口冗余鏈路冗余設備冗余冗余雙環(huán)

2.故障探測和自恢復3.7工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡安全內網(wǎng)絡安全工業(yè)以太網(wǎng)可實現(xiàn)管理層和控制層的無縫連接，上下網(wǎng)段使用相同的網(wǎng)絡協(xié)議（Ethernet-TCP/IP），具有互聯(lián)性和互可操作性，但不同層次網(wǎng)段、不同功能單元具有不同的功能和安全需求，因而必須采取適當?shù)陌踩呗苑乐贡镜赜脩魧υO備控制域的非法訪問。3.7工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡安全外網(wǎng)絡安全由于以太網(wǎng)提供了連接外部網(wǎng)絡的通道，必須制定安全策略來防止外部非法用戶訪問內部網(wǎng)絡上的資源和非法向外傳遞內部信息，保證企業(yè)內外通信的保密性、完整性和有效性。根據(jù)這些需要，在工業(yè)以太網(wǎng)中可以采取的基本安全技術有報文過濾隔離、防火墻、訪問權限控制等措施。

報文過濾是在IP層實現(xiàn)的，因此，它可以只用路由器完成。報文過濾根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口及報文傳遞方向等報頭信息來判斷是否允許報文通過?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了一種可以分析報文數(shù)據(jù)區(qū)內容的智能型報文過濾器。

防火墻是一類防范措施的總稱，它使得內部網(wǎng)絡與Internet之間或者與其他外部網(wǎng)絡互相隔離、限制網(wǎng)絡互訪用來保護內部網(wǎng)絡。防火墻簡單的可以只用路由器實現(xiàn)，復雜的可以用主機甚至一個子網(wǎng)來實現(xiàn)。設置防火墻目的都是為了在內部網(wǎng)與外部網(wǎng)之間設立唯一的通道，簡化網(wǎng)絡的安全管理。

3.8工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸距離商業(yè)以太網(wǎng)的主要傳輸介質和所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x：

10Base210Base510BaseT中繼器可延伸通信距離但也有限光纜可用在工業(yè)以太網(wǎng)中，10Base2、10Base5、10BaseT能勝任嗎？為什么？光纖連接是最好的解決辦法，只要成本允許。3.9工業(yè)以太網(wǎng)的互操作性與應用層協(xié)議

互可操作性是指連接到同一網(wǎng)絡上不同廠家的設備之間通過統(tǒng)一的應用層協(xié)議進行通信與互用，性能類似的設備可實現(xiàn)互換。3.9工業(yè)以太網(wǎng)通信技術與組網(wǎng)技術工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品●網(wǎng)關●網(wǎng)橋●適配器模塊（接口轉換器）●收發(fā)器●網(wǎng)卡●交換機3.9工業(yè)以太網(wǎng)通信技術與組網(wǎng)技術

1．系統(tǒng)規(guī)劃組建一個基于EtherNet/IP的系統(tǒng)，首先需要做好系統(tǒng)規(guī)劃。規(guī)劃一個基于EtherNet/IP的系統(tǒng)，首先要確定應用需求，然后給出初步的系統(tǒng)方案并預測系統(tǒng)性能，看系統(tǒng)性能是否能夠滿足應用需求。系統(tǒng)性能預測主要有兩項內容：一是預測應用對帶寬的需求，看系統(tǒng)的帶寬是否能滿足應用的需求；二是預測在隱式連接中，I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時間間隔能否滿足應用的需求。EtherNet/IP組網(wǎng)

無論是應用對帶寬的需求，還是I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時間間隔，都主要取決于各處I/O數(shù)據(jù)的請求的數(shù)據(jù)包時間間隔（RPI）。所謂的RPI是數(shù)據(jù)對發(fā)送頻率的要求，即要求數(shù)據(jù)每隔多長時間發(fā)送一次。比如，在一個隱式連接中，EtherNet/IP掃描器要求設備每20ms向它發(fā)送一次數(shù)據(jù)，則該連接的RPI為20ms。

EtherNet/IP組網(wǎng)

在一個基于EtherNet/IP的系統(tǒng)中，以太網(wǎng)網(wǎng)絡的帶寬通常都能滿足應用的需求，系統(tǒng)帶寬瓶頸通常是在EtherNet/IP掃描器上。掃描器屬于第4級EtherNet/IP設備，它既可傳輸顯式報文，又可以傳輸隱式報文；它既可充當顯式報文或隱式報文傳輸?shù)姆掌?，又可充當顯式報文或隱式報文傳輸?shù)目蛻魴C。EtherNet/IP掃描器模塊的帶寬通常是比較低的，2．網(wǎng)絡規(guī)劃與網(wǎng)絡安裝

對需求的準確理解是做好任何規(guī)劃的前提條件，網(wǎng)絡規(guī)劃也不例外。在EtherNet/IP網(wǎng)絡規(guī)劃中，要獲取的應用需求有關的信息主要是兩方面：一是應用的類型即EtherNet/IP網(wǎng)絡到底是用作傳遞實時數(shù)據(jù)的控制網(wǎng)絡，還是用作傳輸非實時數(shù)據(jù)的信息網(wǎng)絡；二是確定環(huán)境條件，如溫度、濕度、有無腐蝕性化學物質、振動、電磁干擾等。然后，根據(jù)應用的需求，選擇各個部件，主要包括：

EtherNet/IP組網(wǎng)

●網(wǎng)絡的選擇。要確保網(wǎng)絡能夠在現(xiàn)場的環(huán)境條件下正常工作。如果現(xiàn)場電磁干擾很厲害，布線在干擾源距離很近的地方，應用使用屏蔽線?！襁B接器的選擇。連接器通常選用RJ45連接器。在某些環(huán)境條件下，需要選用有封裝的連接器?！窦€器的選擇。集線器有多種類型：線纜集線器、智能集線器、交換機（交換式集線器）。為保證能夠滿足實時性要求，控制網(wǎng)絡一般要求使用交換機。另外注意要保證集線器上端口的數(shù)目足夠。

EtherNet/IP組網(wǎng)EtherNet/IP組網(wǎng)

●其他設備的選擇。根據(jù)應用需求，EtherNet/IP組網(wǎng)可能還需要中繼器、網(wǎng)橋、路由器、橋接路由器、網(wǎng)關、服務器等網(wǎng)絡設備。接著，根據(jù)應用需求，制定網(wǎng)絡方案。在制定網(wǎng)絡方案時，要考慮的問題主要有：★確定通信波特率選擇通信波特率要考慮多方面的因素，包括應用對帶寬的需求、成本等。值得注意的是，通信波特率越低，抗干擾能力就越強。EtherNet/IP組網(wǎng)

★