工业以太网基础

©Hirschmann海得工控工业以太网络技术基础上海海得控制系统股份有限公司海得工控©Hirschmann内容1.什么是网络2.网络体系结构3.工业以太网4.网络拓扑结构海得工控©Hirschmann什么是网络大量分散但又互连的计算机系统称为网络什么是网络海得工控©Hirschmann什么是以太网什么是网络海得工控©Hirschmann网络传输技术广播式点到点什么是网络海得工控©Hirschmann网络的分类1.局域网（LocalAreaNetwork)2.城域网（MetropolitanAreaNetwork）3.广域网（WideAreaNetwork）4.万维网（WorldWideWeb）1.用于企业的网络2.服务于公众的网络地域用途什么是网络海得工控©Hirschmann网络体系结构层和协议的集合称为网络体系结构消息消息消息报头4消息报头4消息报头4报头3消息报头4报头3消息报头4报头3报头2消息报头4报头3报头2第2层协议第3层协议第4层协议第5层协议层54321网络体系结构海得工控©Hirschmann层、协议和服务分层的目的：什么是协议？什么是服务？减少网络设计的复杂性相同的功能放在一层内协议是对等层之间数据交换、数据格式和含义的规则服务是层向上一层提供的操作上层只要需要知道操作的存在不必了解操作的细节网络体系结构海得工控©Hirschmann层的设计原则1.传输机制2.差错控制3.报文顺序4.报文组合5.路由选择网络体系结构海得工控©HirschmannOSI参考模型ISO（国际标准化组织）OSI（开放系统互联参考模型）InternationalStandardsOrganizationOpenSystemInterconnectionIEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）电器和电子工程师协会网络体系结构海得工控©HirschmannOSI参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1234567网络体系结构海得工控©Hirschmann物理层处理机械的、电气的接口定义物理传输介质功能网络体系结构海得工控©Hirschmann物理接口电压传输类型（双向、单向）传输一位保持多长时间连接如何建立和终止接插件有多少针，各针的定义网络体系结构海得工控©Hirschmann传输介质基带同轴电缆宽带同轴电缆光纤双绞线无线电微波红外线光波有线无线网络体系结构海得工控©Hirschmann同轴电缆传输原理RR=50Ω，基带电缆，用于数字信号传输R=75Ω，宽带电缆，用于模拟信号传输网络体系结构海得工控©Hirschmann粗同轴电缆（粗缆）最大线缆长度：500米每段最大工作站数量：100个接口类型：DIX10Base-5网络体系结构海得工控©Hirschmann细同轴电缆（细缆）最大线缆长度：185米每段最大工作站数量：30个接口类型：BNC10Base-2网络体系结构海得工控©Hirschmann双绞线最大线缆长度：100米每段最大工作站数量：1024个接口类型：RJ45接线方式：EIA/TIA568A(568B)10Base-T网络体系结构海得工控©HirschmannPin12345678Pin12345678Pin12345678Pin12345678橙蓝绿褐直通线（用于已种设备的互连）交叉线（用于同种设备的互连）EIA/TIA568B网络体系结构双绞线的连接海得工控©Hirschmann光纤线缆长度：与速率、光纤类型、波长有关，最远达数百公里接口类型：SC、ST网络体系结构海得工控©Hirschmann光纤传输原理二氧化硅多模光纤传输单模光纤传输网络体系结构海得工控©Hirschmann光纤传输光纤的种类多模光纤（直径50或62.5微米）单模光纤（直径8-10微米）波段850HZ1300HZ1550HZ网络体系结构海得工控©Hirschmann光源高低造价较敏感较小温度敏感性短长使用寿命长短距离多模/单模多模模式高低数据速率半导体激光发光二极管项目网络体系结构海得工控©Hirschmann光纤的特点高传输率衰减小抗干扰能力强重量轻，容易安装安全性高网络体系结构海得工控©Hirschmann数据链路层建立可靠的连接处理数据帧传输差错流量控制控制对共享信道的访问将数据组织成帧网络体系结构海得工控©Hirschmann连接服务无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的有连接服务源目的发送接收数据帧例如：语音源目的发送接收数据帧确认源目的发送接收建立连接确认连接发送数据数据确认终止连接终止连接网络体系结构海得工控©Hirschmann数据帧目的：将比特流组合成数据帧，计算校验和，用于差错控制方法：插入时间间隔字符计数法带字符填充的首尾界符法带位填充的首尾标志法物理层编码违例法网络体系结构海得工控©Hirschmann差错控制确认帧回送计时器发送确认发送，启动计时器规定时间内未收到确认帧，重发网络体系结构海得工控©Hirschmann流量控制建立连接可以发送n个帧发送n个帧确认发送n个帧….发送结束，撤销连接源目的网络体系结构海得工控©Hirschmann共享信道的访问问题：多台设备共享一个通讯信道，当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权？网络体系结构海得工控©HirschmannCSMA/CD数据准备传送线路空闲?线路侦听数据传送，侦听停止传送数据正确传送等待一段时间（根据不同的算法）yes无冲突no有冲突载波侦听/冲突检测网络体系结构海得工控©HirschmannMAC子层MAC—介质访问控制MAC地址--由48位二进制数字组成000000000101000000000000000100011110111011111111书写格式00500011EEFF---------------00500011EEFF------网络体系结构海得工控©Hirschmann数据帧IEEE802.3数据帧格式字节716620-15000-464先导字段帧开始标志目的地址源地址数据字段长度数据填充字段校验和网络体系结构海得工控©Hirschmann冲突域冲突12网络体系结构海得工控©Hirschmann集线器传统的以太网络集线器（HUB）冲突域冲突域网络体系结构海得工控©Hirschmann网桥网桥冲突域冲突域网络体系结构海得工控©Hirschmann交换机交换机（Switch）交换模块地址学习帧的转发/过滤避免形成环网络体系结构海得工控©Hirschmann广播风暴广播帧—目的地址为FFFF-FFFF-FFFFx网络体系结构海得工控©HirschmannSpanningtreeSTP—生成树协议MAC=0000.8C00.1201MAC=0000.8C00.1203MAC=0000.8C00.1202MAC=0000.8C00.1204MAC=0000.8C00.1205RootbridgeRootportRootportRootportRootportRootportRootportDesignatedportNondesignatedportx网络体系结构海得工控©Hirschmann数据传输方式源目的请求应答单工传输源目的请求应答全双工传输使用一根传输介质通讯信号可以双向传输，但同一时刻不能双向传输使用两根传输介质通讯信号在同一时刻可以双向传输源目的请求应答使用一根传输介质通讯信号只能单向传输网络体系结构海得工控©Hirschmann网络层数据包从源端经过各种途径到达目的端面向连接的----虚电路（VirtualCircuit）无连接的----数据报文（Datagram）网络体系结构海得工控©HirschmannIP地址255255255255最多NetworkHost111111111111111111111111二进制19216801举例18916172425321111111111000000101010000000000000000001网络体系结构海得工控©HirschmannIP地址分类网络号主机号主机号主机号网络号网络号主机号主机号网络号网络号网络号主机号8bits8bits8bits8bitsA类B类C类D类E类多播地址保留地址网络体系结构海得工控©HirschmannIP地址划分1A类0NNNNNNN主机号主机号主机号891617242532范围(1-127)10NNNNNN网络号主机号主机号范围(128-191)110NNNNN网络号网络号主机号范围(192-223)1110MMMM多播组多播组多播组范围(224-239)B类C类D类网络体系结构海得工控©Hirschmann特殊IP地址0.0.0.0启动后不再使用的主机127.xx.yy.zz回路测试用10.xx.yy.zz私网地址192.168.yy.zz私网地址网络体系结构海得工控©Hirschmann子网划分作用：把网络内部分成多个部分，对外部网络来说是一个整体路由器子网1子网2子网3192.168.1.1192.168.2.1192.168.3.1网络体系结构海得工控©Hirschmann路由作用：不同网段之间的数据通讯联络路由器路由器路由器网络体系结构海得工控©Hirschmann传输层从会话层接收数据，在必要时分成较小的单元，传递给网络层，确保信息正确无误，并且高效率完成•建立传输连接•提供传输服务（面向连接的，无连接的）•流量控制网络体系结构海得工控©HirschmannTCP和UDPTCP—传输控制协议UDP—用户数据协议面向连接的协议无连接的协议TCP提供连接的建立、传输流量控制、传输拥塞控制等网络体系结构海得工控©HirschmannTCP连接建立过程SendSYN(seq=100ctl=SYN)SYNreceivedSendSYN,ACK(seq=300ack=101ctl=syn,ack)Established(seq=101ack=301ctl=ack)123SYNreceived网络体系结构海得工控©Hirschmann会话层允许不同机器上的用户建立会话关系•管理会话•令牌管理•同步网络体系结构海得工控©Hirschmann表示层完成某些特定的功能（信息的语法和语义）•数据的编码•数据压缩•数据加密/解密ASCIIJPEG网络体系结构海得工控©Hirschmann应用层•网络安全性•域名系统（DNS）•简单网络管理协议（SNMP）•电子邮件（Email）网络体系结构海得工控©HirschmannTCP/IP参考模型应用层传输层互联网层主机至网络层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络体系结构海得工控©Hirschmann工业以太网的特点工作环境恶劣•环境温度范围大•有强电磁场干扰•会有震动、冲击可靠性要求高•流水线是不能停的•控制过程是连续的•稳定工作很多年工业以太网海得工控©Hirschmann工业以太网的要求可靠冗余故障恢复能在恶劣工作环境下工作线路出现故障？设备出现故障？故障出现后的快速定位多长时间能恢复工作工业以太网海得工控©Hirschmann工业网络通信工业环境工厂自动化办公环境办公自动化工作电压24VDC115VAC/230VAC安装方式导轨安装桌面墙上,19英寸标准机架工作温度0°C-55°C/60°C-20°C-75°C5°C-40°C抗震/冲击指标2g/15g-冷却方式无风扇风扇保护等级IP20(withhousing)IP67IP20/IP30可以防护灰尘符合标准EN60950(Security)EN50081-2(EMC,Industry)EN50082-2(EMC,Industry)EN60950(Security)EN50081-1(EMC,Office)EN50082-1(EMC,Office)恢复时间1sec30secacceptable(SPT)工作寿命6Years3Years可更换时间10Years可换