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Ethernet/IP读书报告1、Ethernet/IP的起源1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（Special Interest Group-SIG）开始尝试将Device Net和Control Net所使用的CIP移植到以太网上。2000年ODVA,CI和EIA三个国际组织联合推出了Ethernet/IP。2、Ethernet/IP的网络模型如图2-1所示，Ethernet/IP是以太网、TCP/IP以及CIP的集成，其中应用层使用CIP是Ethernet/IP和其他工业以太网的主要区别所在。图2-1 Ethernet/IP模型和ISO/OSI模型对比由于在应用层使用了CIP，Ethernet/IP也具备CIP网络的一些特点，包括：可以传输多种不同类型的数据，包括I/O数据，配置和故障诊断，程序上下载等。面向连接，通信之间必须建立连接。用不同的方式传输不同类型的报文。基于生产者/消费者模型，提供对多播通信的支持（Ethernet/IP多播功能的实现需要用到IP多播技术）。支持多种通信模式：主从、多主、对等或者三者任意的组合。支持多种I/O数据的触发方式:轮询、选通、周期或状态改变。用对象模型描述应用层协议，方便开发者编程实现。为各种类型的Ethernet/IP设备提供设备描述，以保证操作性和互换性。2.1 IEEE802.3规范IEEE802.3标准定义了近20种以太网。分类的主要依据是传输介质和通信波特率的不同。以太网类型名称分为三段：名字最前面是数字，表示的是通信波特率。名字中间的是BASE或BROAD，表示网络是基带还是宽带。所谓宽带指的是在一条线上有多个信道（即信号频率），不同的数据可以通过使用不同信道在同一物理介质上传输；所谓基带是指一条线上只有一个信道，所有的数据传输只能使用这个信道。2.2 以太网的数据链路层和IEEE802标准所规定的其他各种局域网一样，以太网的数据链路层也分为媒体访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。MAC子层的主要任务是解决网络上所有的节点共享一个信道所带来的信道争用问题。LLC子层的任务把要传输的数据组帧，并且解决差错控制和流量控制的问题，从而在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。LLC子层为网络层的数据传输提供三种服务：不可靠的数据报服务、确认的数据报服务、可靠的面向连接服务。MAC子层采用CSMA/CD协议。网络上的节点在发送数据前，需要监听网络是否空闲。如果网络空闲，则发送；如果网络忙，则继续监听。如果有两个节点要同时发送数据，则发生冲突。如果发生冲突，则节点发出阻塞信号，所有的节点停止发送，等待一个随机的时间片后在尝试发送。确定随机时间片的长度所需要的随机数用二进制指数补偿算法（BinaryExponential Back-off Algorithm)产生。2.3 TCP/IP网络层网络层所要实现的功能是把数据包由源节点送到目的节点。要实现这一功能，网络层需要解决报文格式定义，路由选择，阻塞控制，网际互联等一系列问题。TCP/IP模型中的网络层是基于数据报的无连接型的。其工作原理是：源节点的传输层把要传输的数据流分为一个个的数据报（Datagram），交给网络层；网络层根据一定的算法，为每个数据报单独选择路由；数据报在网络中传输的过程中可能会进一步分成多个数据报；每个数据报根据所选定的路由到达目的节点后，由目的节点的网络层拼装成原始的数据报，然后上交目的节点的传输层。网络层最重要的协议是网际协议IP（Internet Protocol）。IP是一个不可靠，但是会尽力传送的协议。IP的不可靠体现在它不提供任何核查或追踪功能，因此可能会发生数据报丢失或者出错。IP的尽力传送体现在它不轻易放弃任何一个数据报，只有在资源耗尽或者网络出现故障的情况下才会放弃。2.4 TCP/IP传输层传输层协议要实现的是为两个应用进程提供可靠并且合算的数据传输。要完成这一项任务，传输层协议要具备寻址、建立连接、释放连接、流控制和缓存、多路复用、崩溃恢复等一系列的功能。传输层协议是端口对端口的。所谓的端口（Port）是某个应用进程用来存储数据的部件（通常是一个缓冲区），它是应用进程访问传输服务的入口点。应用进程和与之对应的端口之间的接口是由节点上的操作系统提供的。应用进程获取一个端口号之后，可以用通常的读写语句来访问它。每一个端口都有唯一的端口号，可以用来寻址。传输层协议有两种：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP是一种面向连接的协议，它为应用进程提供了完备的服务；UDP则是一种无连接的协议。比较而言，TCP的速度慢，效率低，但可靠性和安全性高；而UDP不可靠，但效率高。2.5 CIP协议ODVA（Open Device Net Vendor Association）和CI（Control Net International）两大工业网络组织汇聚了全球范围内众多的、领先的工业自动化公司。ODVA和CI已经正式签署协议，共同推动基于CIP（通用工业协议）的工业网络，包括：Ethernet/IP、Control Net 、Device Net。CIP网络具有如下特点：(1) 报文。CIP根据所传输的数据对传输服务质量要求的不同，把报文分成了两种：显式报文和隐式报文。显式报文：用于传输对时间没有苛求的数据，这种报文包含解读该报文所需要的信息。例如程序的上载下载、系统维护、故障诊断、设备配置等。隐式报文：用于传输对时间有苛求的数据，这种报文不包含解读该报文所需要的信息，其含义是在网络配置时就确定好了的。例如I/O报文、实时互锁报文等。(2) 面向连接。CIP是一个面向连接的协议，也就是在通信开始之前必须建立起连接，获取唯一的标识符CID。建立连接时需要用到未连接报文管理器（UCMM）。根据报文的种类不同，连接也分为显式连接和隐式连接。显式连接：若节点A将与B建立显示连接，则它先以广播的方式发送一个显式连接的为连接报文，网络上所有的节点都接受到该请求，并判断是否是发给自己的，当B检测到是发给自己的后，其UCMM就会以广播的方式发送一个包含CID的未连接报文，A收到后得到CID，显式连接就建立了。隐式报文：它是在网络配置时建立的，建立过程较复杂，其中需要用到多种显式报文传输服务。(3) 生产者/消费者模型。根据所基于的模型不同，工业网络可以分为两类:基于源/目的地模型的网络。在基于源/目的地模型的网络中，每个报文都要指明源和目的地，如下图示。发送节点把报文发送到网络中，接收节点根据网络上报文的目的地址段是否与自己的地址相同来判断是否是发给自己的。该模型的网络只支持点对点通信。 源地址 目的地址 数据 校验和 图2.2基于源/目的地模型的网络报文格式基于生产者/消费者模型的网络。在基于生产者/消费者模型的网络中，每个报文都有唯一的报文标识符（MID），格式如下图所示。在发送报文之前，要在发送节点和接收节点之间建立连接，这样接收节点就知道应该接收的报文的MID是哪样的？然后发送节点把报文发送到网络上，接收节点根据报文的MID来判断是否是发给自己的。该模型的网络既支持点对点