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解读Ethernet

Vance VanDoren, CONTROL ENGINEERING 编辑顾问 Mario Bernardini, B&B Electronics2005.07.18阅读 2825

像其他不用定制的技术一样,Ethernet 已被自动化界广泛接受。理解Ethernet的基础知识是有效应用它的关键。


Ethernet产生于1973年,当时,施乐公司的Bob Metcalfe在一张餐巾纸上勾画出Ethernet的基本轮廓,这张餐巾纸现在保存在施乐公司的Palo Alto研究中心。Ethernet最初的设计目的是用于办公室之间的通讯,近几年它的性能和应用有了巨大的扩展。
  最初的Ethernet标准通讯速率是2.94 Mbps。在施乐公司和Intel 公司、Digital Equipment公司合作开发了DIX 2.0标准后,Ethernet在粗同轴电缆上的传输速率变成了10 Mbps。同一时期,国际电气与电子工程师协会(IEEE)也开始研究Ethernet标准,这就是我们现在使用的CSMA/CD 802.3标准。1983年CSMA/CD 802.3标准正式确定并被采用。
  近几年,Ethernet进入了工业领域控制工程网版权所有,目前在工业领域有超过100种通讯协议被应用于各种各样的工业计算机平台之间的数据交换,从智能传感器到厂域的监控系统都在应用Ethernet。Ethernet广泛

流行的部分原因是它的悠久历史。从Ethernet产生到现在已经超过30年了,它是目前可用的最常见的网络协议,工程师们对它都非常熟悉。Ethernet现在已成为世界标准,支持Ethernet的软件极为丰富,低成本的Ethernet产品到处可见。
  Ethernet还具有几个技术优点。它的速度很快控制工程网版权所有,而且广泛的纠错机制使它在恶劣的操作环境下也具有很强的鲁棒性。运用现有的加密手段还可以使Ethernet具备很好的安全性能。

标准   Ethernet是怎…如图1

  标准
  Ethernet是怎样在保持所有设备的网络连接的情况下通过一根共享的媒介来达到最大的数据流量呢?这完全是由于IEEE标准的作用,IEEE标准所具有的载体感知能力、多重接入能力和冲突检出能力不断对通讯进行调节,规定数据包何时、怎样从一个设备发出以及怎样被另一个设备接收。
  载体感知功能就是当一个设备被连接到网络上后自动去检查是否有其他设备已经在通讯了。多重接入的意思是:只要没有其他设备正在通讯,所有设备都能够接入网络进行通讯。冲突检出能力可确保当多个设备同时在传输数据时,系统能够检测到发生的冲突并且放弃已经毁坏的数据包,这些设备将会等待另一个时间间隔重新传送数据。


图1:这种新的用于工业以…如图2
图1:这种新的用于工业以太网应用的连接器接口是由传统的RJ45 双绞
线和满足IP67 等级应用环境的其他机械连接物组成。


  但是简单的把比特从一个设备传送到另一个设备是不足以建立有效的通讯联系的。所有的数据必须以一种层级的方式组织起来控制工程网版权所有,就像字母被组织起来成为单词、单词组成句子、句子组成段落,这样就可以传送书面信息了。
  总体上,基于Ethernet的通讯协议是根据开放系统互联(OSI)参考模型来组织通讯的,有时也被称作7层模型(见表)。这个模型定义了传送数据的设备应该怎样在发送前把信息打包,接收数据的设备应该怎样把收到的数据解包,还原成原来的信息。
  网络设备
  同大多数网络一样,Ethernet的公共组成部分是网络集线器、网络交换机、网关和路由器。在每一个电缆网段的端点,Ethernet只允许有一个发送者和一个接受者。网络集线器使Ethernet可以有分支连接,这样能在网络中包含更多的设备。因此网络集线器用于增加设备、重新建立Ethernet数据包、延长网络距离。网络集线器接收Ethernet数据包,然后同时的、不加区别的把数据广播到它的所有可用端口。
  网络交换机的作用是过滤和重建Ethernet数据包,使网络可以跨越更长的距离,连接更多的设备。大多数网络交换机在数据链路层把网络分段成不同的冲突域,只把数据传送到想要传送的终端。
  每个网络交换机都有一个地址列表,上面列出了所有连接设备的地址。当网络交换机收到一个数据包时,它会把数据包保存下来,同自身的地址列表进行比较控制工程网版权所有,然后把数据包继续传送到正确的端口。这样可以限制其他无关端口的通讯量。
  管理型的网络交换机给网络管理员提供了管理网络通讯的能力。网络的通讯模式受到监视,被镜像到一个诊断端口控制工程网版权所有,这样就可以进行故障检修并且决定数据包的类型。每个端口都可以被使能为半双工或全双工,也可以被关闭;通讯速率也可以设定,数据流量可以控制。
  网关的作用是把不同的网络系统互联到一起。网关能够翻译通讯协议中从OSI模型的物理层到应用层的所有层面,因此网关可以互联完全不同的网络实体。
  网络路由器根据IP地址过滤网络通讯,把网络分割成子网段。网络仅仅是从逻辑上分割成不同部分,不是从物理上被分成不同部分(例如采用交换机);只有拥有特定IP地址的设备可以通过。如果一个数据包被送往一个直接的网段,它将会顺利到达。如果数据包被送往不同的网段或
















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