以太网原理与技术基础.doc

介绍 早在1980年，一个包括Xerox，Inter和Digital Equipment等几大公司在内的机构，宣布了以太网1.0版本的诞生。1983年，2.0版本随之而出，这一个版本即IEEE802.3标准。但是，在最初的时候，局域网并不普及，它们主要用于大学和大型的企业内部。虽然在1981年IBM公司推出的XT系列个人电脑已经投入市场。但是当时的软件业并不强大，可用的网络系统也是很少的。 随着处理器容量的不断提升，应用软件产业也有了十足的发展。用户数量出现了急剧上涨。由于用户共享资源的扩大，统一的数据管理和软件产品的增加，使得局域网的需求出现突飞猛进的发展。 局域网增长因素示意图： 伴随着工业领域对网络技术的需求增长，新的网络设计出现在自动化行业中。1985年时，以太网技术凭借Siemens SINEC H1而获准进入工业通讯领域。在1996年推出的SIMAIC NET，现在已经在工业通讯中占据重要地位，而SINEC H1即为它的前身。 当今，工业以太网在工业网络中已经成为一种标准，比如在自动化工业或者在工业车间部门中，通讯协议的可用性和稳定性是其中最重要的因素。 网络用户数量不断增长以及软件所使用的带宽需求增加，传统的10Mbps以太网无法满足工业要求。因此，人们开始准备设计一种100Mbps的以太网（即快速以太网（Fast Ethernet），　FDDI，100 Base VG）。 快速以太网起源于1993年6月，当时超过50家制造商共同建立了快速以太网联盟，目的是共同研制一种100Mbps的以太网。该组织同时还要设计所有的相关的网络元件，比如适配器，中继器/集线器，交换机，路由器和管理工具。所有的产品都要符合标准，以保证不同的制造商都可以应用这些产品。这也是快速以太网为什么会被广泛应用，并受到一致赞扬的原因。到了1995年6月，快速以太网被最终确定为IEEE 802.3标准。 快速以太网提供了100Mbps技术的可能性。用户不需改变整个网络结构就可以获得高速的传输率。这就是当今为何快速以太网作为100Mbps网络，成为使用率最高的通讯协议。 以太网在工业中早已被高度接受并获得了一致的认同。但在1999年，制造商们开始了新的探索，大家希望建立千兆以太网（1000Mbps），也就是10Gigabit标准。 自动化技术的网络等级 为了清楚地认识以太网在自动化中的地位，我们可以将自动化系统分为以下级别： 为了在一个大型企业中可以随时，充分的了解企业中各种复杂的信息，在整个自动化系统中形成了不同的网络等级。在这些不同等级的网络中，信息可以在垂直和水平两个方向上相互传递。 每个等级的网络都与上下相邻的网络连接，可以判定相互间通讯的需求。在最上层网络，存在众多复杂的计算机系统，能够不定期的对各种复杂数据进行响应，大量的通讯参与者和响应者在网络中相互协调。在最底层，依然有很大的信息吞吐量，只是数据相对要少于上层结构。 在自动化系统网络中可以分为以下5层结构： ·计划编制层（Planning Level），对来自生产层的信息进行评价，组织编排并协助生产部门进行决策。在这一层中，不论是信息量还是传输速率和距离都是最大的。 ·控制层（Control Level），对每个生产层进行协调。控制层得到来自上一层的生产编排信息，对低层进行编制。该层中的各计算机可以进行诊断，操作和记录工作。 ·单元层（Cell Level），连接各个不同的生产层，被各单元计算机或PLC控制。 ·现场层（Field Level），存在大量用于控制的可编程控制装置，调节和检测元件比如PLC或工业计算机等，并可以对执行器/传感器层进行评价。该层可以连接至可视化系统，对数据进行响应和传输。 ·执行器/传感器层(Actuator/Sensor Level)，属于现场层得一部分并于现场层的控制器连接。该层的特点是输入和输出数据的传输速率极快。输入和输出数据的更新时间甚至低于控制器的循环扫描周期。 以太网 以太网是全球范围内广泛应用，各制造商兼容的LAN（局域网，Local Area Network）网络。传输速率可以达到10，100或1000Mbps。LAN被定义为IEEE802标准，且不同于其他网络： ·总线长度或网络范围大（10—1000m） ·传输介质技术多样（同轴电缆，双绞线和光纤） ·网络拓扑结构多样（总线型，环型，星型和树型） 以太网一部分被定义为IEEE802.3，快速以太网定义为IEEE802.3u。 网络工作方式 在以太网网络中，没有主站和从站的区分。任何参与者都有权介入到总线中。为了协调各参与者，采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detec