网络协议转换系统的设计与实现论文.doc

网络协议转换系统的设计与实现１目录1引言..................................................................................................................１1.1课题背景............................................................................................................................１1.2本文研究内容....................................................................................................................１2计算机网络概述..............................................................................................３2.1网络的体系结构及标准化................................................................................................３2.2以太网在测控领域中的应用............................................................................................４2.3以太网的研究进展............................................................................................................５3TCP/IP协议分析.............................................................................................７3.1TCP/IP的体系结构...........................................................................................................７3.2TCP协议............................................................................................................................８3.3IP协议...............................................................................................................................８4网络协议转换及相关技术..........................................................................１０4.1协议转换的研究情况....................................................................................................１０4.2协议转换中涉及到的问题............................................................................................１０4.3IPv4与IPv6的转换......................................................................................................１２5Gateway系统的分析与设计.......................................................................１６5.1系统概述........................................................................................................................１６5.2系统功能分析................................................................................................................１６5.3系统性能分析................................................................................................................１８5.4软件结构与模块说明....................................................................................................１９5.5主要数据结构................................................................................................................２０5.6相关技术........................................................................................................................２３6Gateway系统的实现...................................................................................２６网络协议转换系统的设计与实现２6.1软件的开发模型............................................................................................................２６6.2各软件模块的描述........................................................................................................２６6.3部分实现代码................................................................................................................３２6.4线程之间的关系...........................................................................................................３６6.5系统测试........................................................................................................................３６7结论与展望.................................................................................................４２7.1课题工作总结...............................................................................................................４２7.2有待解决的问题...........................................................................................................４２参考文献.........................................................................................................４３致谢...............................................................................................................４４网络协议转换系统的设计与实现１1引言1.1课题背景随着经济的全球化和信息技术的广泛应用，计算机网络在全球范围内得到了飞速的发展，特别是因特网的出现，网络的重要性和对社会的影响也越来越大，以网络方式获得信息和交流信息己成为现代信息社会的一个重要特征，网络正在逐步改变人们的工作方式和生活方式，成为当今社会发展的一个主题。ISO提出的OSI参考模型意在解决世界范围的网络标准化问题，具有极大的吸引力，但由于不同网络各有其特殊的设计目标，同时大量非OSI网络体系结构出现在OSI之前，其协议各不相同，而不同协议主机所用的信息格式、通信控制规程都不相同，即使有物理通道连接也无法直接通信，为了实现不同网络之间的连通性和互操作能力，必须用能实现网络协议之间转换的网关把网络连接起来。网络技术的不断发展产生了多种多样的网络系统，这些网络产品之间很难互相通信，其根本原因是实现网络通信功能的核心协议互不兼容而导致的，而实际的网络系统由于不同的应用需求往往呈现异构网络的互联，同时相关技术的飞速发展导致对原有协议的修改和新协议的出现，这就加剧了通信网络的异构性，因此，对不同网络之间协议转换的研究具有重要的现实意义。计算机与通信技术的结合使得网络技术向工业控制领域渗透，产生了控制网络，控制网络是指工业领域各种控制系统中，用于完成自动化任务的网络系统，它的网络节点除了常规微机、工作站以外，更多的是具有计算与通信能力的智能设备和仪表。控制网络广泛地应用于对生产、生活设备的控制，对生产过程的状态检测、监视或控制，技术上要求具备高度的可靠性，安全性和实时性。控制网络的快速发展，使控制系统的结构形式不断进步，从传统的控制模式向着网络化、分散式、开放式、全数字化和智能化转变，控制系统的今后发展将以网络为主要特征，在工业自动控制中需要更深层次地渗透通信与网络技术。在工业控制局域网中，较多的采用IEEE802或MAP协议，以及HDLC规程，其目的在于使办公自动化网络和工业控制网络相互兼容，以利于大量采用标准的集成电路芯片，降低网络的造价、维护和培训等费用，用于工业控制的局域网与通用局域网络的不同点，在于工业控制网络，要有高度的可靠性和实时性。可靠性用于炼铁、炼铸、轧钢等工业控制局域网络，一旦发生故障时，将有可能造成工厂产品大量报废，甚至发生人身伤亡事故，因此，在重要的大型工程，要求局域网中单个部件发生故障时，仍能正常工作，为此常采取双重传输网络、双重站接口等冗余措施，特别是局域网环境采用环形网，当环形网中某个站发生故障时，无法将帧转发到下一个站，影响到各站都无法正常工作，因此，对环形网更要考虑冗余措施。实时性用于炼铁、炼钢、轧钢等工业控制局域网络传输的数据，除了设定值外，主要是起制动信号、以及各类故障信号，因此数据传输趋于突发性，要求在极短的时间内获得访问网络的权利。随着目前控制网络结构形式的迅速发展，协议种类增多并且协议标准各异，造成诸多问题，如网络的开放性和互操作性降低、异构网络难以互联、缺乏行之有效的协议性能评价方法和手段等，种种问题已经开始影响控制网络的进一步发展，如何能够实现控制网络协议的可靠性、实时性，优化协议性能，实现不同类型控制网络的简便互联，成为目前急需研究和解决的重要问题。1.2本文研究内容在目前的工业控制系统中，绝大多数硬件设备都具有专门的通信接口，可以和计算机直接通信，但是不同厂商生成的产品的通信协议完全不同，如果能够把各种协议转换成一个标准的通信协议，则可以使上位机采集数据和统一管理大为方便。本文从上述观点出发，就网络协议转换过程中的可网络协议转换系统的设计与实现２靠性问题作了详细的分析和探讨，在理论分析的基础上，结合宝钢二炼钢Gateway系统，针对转换过程中差错控制、流量控制、负载平衡等问题提出了相应的解决方案。该系统核心代码用C语言编写，在VC环境下实现了TCP/IP协议与PELink协议在以太网（Ethernet）中的相互转换，在实现系统过程中用到了多线程、内存数据库等相关技术。