以太网的历史

Posted 2023-05-10

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了以太网的历史相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

以太网的起源：ALOHA无线电系统

以太网的核心思是使用共享的公共传输信道。共享数据传输信道的思想来源于夏威夷大学。60年代未，该校的Norman Abramson及其同事研制了一个名为 ALOHA系统的无线电网络。这个地面无线电广播系统是为了把该校位于 Oahu岛上的校园内的IBM360主机与分布在其它岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来而开发的。该系统的初始速度为4800 bps，最后升级到96O0 bps。该系统的独特之处在于用“入境”( inbound)和“出境”(outboundl)无线电信道作两路数据传输。出境无线电信道(从主机到远方的岛屿)相当简中明了，只要把终点地址放在传输的文电标题，然后由相应的接收站译码。入境无线电信道(从岛内或船舶发到主机)比较复杂，但很有意思，它是采用一种随机化的重传方法：副站(岛屿上的站)在操作员敲击 Return键之后发出它的文电或信息包，然后该站等待主站发回确认文电;如果在一定的时限(200到1500毫微秒)内，在出境信道上未返回确认文电，则远方站(副站)会认为两个站在企图同时传输，因而发生了碰撞冲突，使传输数据受破坏，此刻两个站都将再次选择一个随机时间，试图重发它们的信息包，这时成功的把握就非常大这种类别的网络称谓争用型网络，因为不同的站都在争用相同的信道。

这种争用型网络有两种含义：

这一模式允许多个节点用简单而灵巧的方法，准确地在同--个频道上进行传输。

使用该频道的站愈多，发生碰撞的机率愈高，从而导致传输延迟增加和信息流通量降低。

Norman Abramson发表了一系列有关 ALOHA系统的理论和应用方面的文章，其中 1970年的一篇文章详细阐述了计算 ALOHA系统的理论容量的数学模型。现在这个模型已以经典的 ALOHA模型而闻名于世，当时它评估出 ALOHA系统的理论容量达到17%的论效率。在1972年， ALOHA通过同步访问而改进成时隙 ALOHA成组广播系统，使效率提高一倍多。

Abramson及其同事的研制成果已成为当前使用的大多数信息包广播系统(其中包括以太网和多种卫星传输系统)的基础。1995年3月， Abramson因其在争用型系统的开创性研究工作而获得 IEEE的 KobayaShi奖。

Xerox PARC创建首台以太网

今天我们知道的以太网是在1972年开创的，当时 Bob Metcalfe来到 Xerox Palo Alto研究中心(PARC)的计算机科学实验室工作， Xerox是世界上有名的研究机构。1972年 PARC 的研究员已经发明了世界上第一台名叫 EARS的激光打印机和第一台名叫 ALTO的带图形用户界面的 PC。当时 Metcalfe已被 Xerox雇用为 PARC的网络专家，他的第一件工作是把 Xerox ALTO计算机连到 Arpanet(Arpanet是 Internet的前身)。在1972年秋， Metcalfe 正在访问住在华盛顿特区的 Arpanet计划的管理员，并偶然发现了 Abramson的关于ALOHA系统的旱期研究成果。在阅读 Abramson的有名的关于 ALOHA模型的1970论文时， Metcalfe认识到，虽然 Abramson已经作了某些有疑问的假设，但通过优化后可以把ALOHA 系统的效率提高到近100％。最后， Metcalfe因为他的基于信息包的传输理论而获得哈佛大学理学博士学位。

1972年底， Metcalfe和 David Boggs设计了一套网络，将不同的ALTO计算机连接起来，接着又把NOVA计算机连接到EARS激光打印机。在研制过程中， Metcalfe把他的工命名为 ALTO ALOHA网络，因为该网络是以ALOHA系统为基础的，而又连接了众多的 ALTO计算机。这个世界上第一个个人计算机局域网络--ALTO ALOHA网络首次在 1973年5月22日开始运转。这天， Mctcalfe写了一段备忘录，称他已将该网络改名为以太网(Ethernet)，其灵感来自于"电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的这一想法"。最初的实验型PARC以太网以2.94Mbps(每秒兆位)的速度运行，该速度值有点太零碎、其原因是第一个以太网的接口定时器采用 ALTO系统时钟，意味着每340毫微秒就发送一次脉冲，导致传送率为2.94Mbps，当然，以太网比初始的 ALOHA网络有了巨大的改进，因为以太网是以载波监听为特色的，即每个站在要传输自已的数据流之前先要探听网络的动静，所以，一个改进的重传方案可使网络的利用率提高将近100％。到1976年时、在PARC的实验型以太网中已经发展到100个节点，已在长1000米的粗同轴电缆上运行。 Xeror正急于将以太网转化为产品，因此将以太网改名为 Xerox Wire。但在1979年， DEC、 Intel和 Xerox 共同将此网络标准化时，该网络又恢复以太网这个名字。1976年6月， Metcalfe和 Boggs发表了题为："以太网：局域网的分布型信息包交换"的著名论文，1977年底， Metcalfe和他的三位合作者获得了"具有冲突检测的多点数据通信系统"的专利，多点传输系统被称为 CSMA／ CD(载波监听多路存取和冲突检测)。从此，以太网就正式诞生了。

DEC、 InteI和 Xerox将以太网标准化

在70年代末，数十种局域网技术已经涌现出来，而以太网正是其中的一员。除了以太网外，当时最著名的网络有：数据通用公司的 MCA、网络系统公司的 Hyperchannel、 Data' Point公司的ARCnet和 Corvus公司的 Omninet。使以太网最终坐上局域网宝座的不是她的技术优势和速度，而是 Metcalfe版的以太网已变成产业标准。

在1979年初，离开两年后又重新回到 Xerox PARC的 Metcalfe接到在DEC公司工作的 Gordon Bell的电话。 Bell想讨论 DEC和 Xerox共同建造以太网 LAN的设想， Metcalfe 认为和不同厂商一起发展以太网的主意不错，但 Metcalfe此时有点身不由己，因为 Xerox一心想保护它的专利、限制 Metcalfe为 DEC工作。因此， Metcalfe建议 DEC直接与 Xerox主管商讨将以太网转变成产业标准的计划，最后 Xerox迈出了这一步。

使DEC和 Xerox在产业标准上合作的障碍之一是反托拉斯法。 Metcalfe在 MIT时的朋友 Howard Charney律师，建议他把真正的以太网技术转到标准化组织(不久 Charney成为了3Com的创始人之一)。

Metaclfe在访问位于华盛顿特区的美国标准化局( NBS)时，遇见了英特尔公司的一位正在 NBS工作的工程师，此人正在为他的先进的25MHz VLSI NMOS集成电路加工技术寻找新的应用，这种珠联碧合的优势是显而易见的： Xerox提供技术， DEC有雄厚的技术力量，而且是以太网硬件的强有力的供应商，英特尔提供以太网芯片构件。不久， Metcalfe离开 Xerox成为企业家和经纪人。1979年7月，DEC、英特尔和 Xerox筹备召开三方会议， 1979年正式举行首次三方会议。1980年9月30日，DEC、 Intel和 Xerox公布了第三稿的 "以太网，一种局域网：数据链路层和物理层规范，1．0版"，这就是现在著名的以太网蓝皮书，也称为 DIX(取三家公司名字的第一个字母而组成的)版以太网1．0规范。如前所述，最初的实验型以太网工作在2.94Mbps，而 DIX开始规定是在20Mbps下运行，最后降为 10Mbps。在以后两年里 DIX重新定义该标准，并在1982年公布了以太网2.0版规范作为终结。

在 DIX开展以太网标准化工作的同时，世界性专业组织 IEEE组成一个定义与促进工业LAN 标准的委员会，并以办公室环境为主要目标，该委员会名叫802工程。DIX集团虽已推出以太网规范，但还不是国际公认的标准,所以在1981年6月， IEEE802工程决定组成802.3分委员会，以产生基于 DIX工作成果的国际公认标准，一年半以后，即1982年12 19日，19个公司宣布了新的 IEEE802.3草稿标准。1983年该草稿最终以 IEEE10 BASE5而面世。(选用缩写词10BASE5是因为该标准指定了利用基带的10MbpS传输速率和允许节点间的距离是50米，802.3与 DIX以太网2.0在技术上是有差别的，不过这种差别甚微。)今天的以太网和802.3可以认为是同义词。在此期间， Xerox已把它的4件以太网专利转交给 IEEE，因此现在任何人都可以用1000美元从 IEEE得到以太网使用许可证。1984年美国联邦政府以 FIPS PUB107的名字采纳802.3标准。1989年 ISO以标准号 IS88023采纳802.3以太网标准，至此， IEEE标准8O2.3正式得到国际上的认可。

3Com将以太网产品化

在DEC、 Intel、Xerox的工程师们仍在为以太网规范进行最后加工时， Metcalfe已在谋求其它商业利益，井谢绝了 Steve Jobs建议他参加 Apple计算机公司开发网络的建议。1979 年6月， Bob Metcalfe、Howard Charney、Ron Crane、Greg Shaw和 Bill Kraus组成一个计算机通信和兼容性公司，就是现在著名的3Com公司。

1980年8月，3 Com公司宣布了它的第一个产品，即用于 Unix的商业版 TCP／IP，并在 1980年12月产品正式上市，1981年2月制定了宏伟的经营计划。3 Com收到了一大笔风险基金，1981年3月，即在官方标准正式公布前18个月，3Com公司已将它的第一批符合 802标准的产品(3C100收发器)投放市场。1981年底，该公司开始销售 DEC PDP／11系列和 VAX系列用的收发器和插卡，同时也销售 Intet Multibus和 Sun微系统公司机器用的收发器和插卡。

Metcalfe的最初商业计划是把1980年的风险资金投到为新个人计算机开发以太网适配器的工作上，因为新的个人计算机在世界各地刚刚兴起。1981年 Metcalfe与所有的大牌 PC公司(其中包括 IBM和Apple)商谈建造以太网适配器的计划。在 Apple工作的 Steve Jobs立即表示赞同，一年后3Com公司为Apple机配置的第一批以太网产品投放市场。这台名叫Apple Boxes的以太网设备是一台连接到 Apple II并行端口的笨拙的机箱，在市场上以失败而告终。一直以创造历史著称的 IBM当时也宣布了最初的 IBM PC，但不与3Com 合作，原因是 IBM正忙于发明自己的令牌环网。但3Com决定在没有 IBM合作的情况下推进自己的计划，开始开发 EtherLink ISA适配器。18个月后，即1982年9月29日，第一台 EtherLink投放市场，并随机配置相应的DOS驱动软件。

第一台 EtherLink在许多方面有技术上的突破：

EtherLink网络接口卡可通过硅半导体集成工艺来实现。1983年，3Com成为新起的 Seeq技术公司的合伙人。 Seeq公司许诺在它的 VLSI技术中使一个硅片能包含大多数的离散控制器功能，从而减少印制板上的元件数量及其成本，并留出足够的空间使收发器能组装在一块印制板上。1982年年中， EtherLink变成包含一块以太网 VLSI 控制器硅片的第一个网络接口卡(NIC)--Seeq8001。

更重要的是 EtherLink成为 IBM PC的第一个以太网ISA总线适配器，这是以太网发展史上的一个里程碑。由于 Seeq硅片的价格低，所以3Com能以950美元的价格销售 EtherLink，这比其它的卡和以前销售的收发器都要便宜得多。

·在 EtherLink适配器推出之前，所有以太网设备的特点是采用一个外接的 MAU收发器，将它连接在以太网的细同轴电缆上。由于采用超大规模集成电路芯片节省了大量空间，因而该收发器就可集成在插件卡上。由于传统的粗同轴电缆存在各种缺点，因此3Com公司也采用新的细缆布线方法。

这个名为细缆以太网的基本思想是由 EtherLink设计师 Ron Crane发明的，并很快成为事实上的标准。这种细缆以太网有许多优点:不需要外加收发器和收发器电缆，价格便宜，由于细同轴电缆容易安装和使用，使得网络与用户更加友好。

Metcalfe决定以 IBM PC为目标，使3Com公司大受其益。当时 IBM设计 IBM PC是想将该机主要作家庭计算机用；然而开始大量购买 PC机的却是各个公司，而不是家庭用户。1982年对 PC的需求已超过预测值， IBM一个月就卖出20万台 PC，比公司原先的预测超出一倍之多，使得 IBM公司的工厂加班加点，用一年时间生产出要两年半才能完成的产量，以满足市场需求。在1981年初， IBM XT上市，此时 IBM已占有 PC商业市场的75％的份额，可惜的是 IBM当时没有认识到各公司想把他们的个人计算机联网。到1983年时， EtherLink的生意火爆，1984年3Com的股票开始上市。同年3Com、ICL(国际计算机有限公司)、 HP将细缆以太网的概念提交给 IEEE，不久 IEEE就以 l0BASE2承认它为官方标准。由于节点到节点的距离缩短到200米，所以将该标准称为10BASE2；还有，由于它采用较便宜的细同轴电缆，因此也称为 Cheapernet。

StarLAN：思想伟大，但速度欠佳

细缆以太网在大多数方面都比常规以太网优异，细缆以太网用廉价的柔软性强的细同轴电缆取代了昂贵的黄色粗同轴电缆。另外，大多数细缆以太网的网络接口卡( NIC)都有内含的收发器，使得它容易安装和降低费用。

但是细缆以太网仍有一些主要的缺点，例如同轴电缆因偶然性事故或用户的某种粗心而断裂(这种事往往时有发生)，就会使整个网络瘫痪。另外，要求在网络两端进行正确的端接，而且网络重构是一个问题--如果用户进行实体方面的移动，则网络电缆必须相应地重新布线，这往往是既不方便，而又容易出事。

1983年底，从英特尔公司来的 Bob Galin开始与 AT＆T和 NCR协作，研究在无屏蔽双绞线(UTP)电话电缆上运行以太网。 NCR建议采用类似细缆以太网的总线额扑结构，而 AT＆T电话公司热衷于类似现行电话布线结构的屋形结构。 UTP星形配置的优点是多方面的：便于安装、配置、管理和查找故障，而且成本较低；这种星形星置是一个突破，因为它允许采用结构化布线系统，它用单独一根线将每个节点连接到中央集线器，这对于安装、故障寻找和重新配置显然是一个明显的优点，可以大大降低整个网络的成本。

1984年初又有14个公司参加到 UTP以太网的研究活动中来，有过很多次讨论，主要都是围绕如何使快速以太网能运行在 UTP线上。他们证实低速以太网( l-2Mbps)可以在 Category3线上运行，并能满足电磁干扰规定和串扰方面的限制。但某些经销商强烈反对将速度降到常规以太网速度的10％，很快使不少人失去兴趣，其中也包括以太网的两位领头人3Com和DEC在内，而其它一些参与者认为1Mbps对配置 IBM PC和 XT机的 PC网已够快的了。在经过--番激烈的技术讨论后，该集团表决通过将以太网退回到1Mbps。

10家公司决定执行 lMbps以太网，并与 IEEE进行商讨。 IEEE802小组委托以 Galin 为首的 StarLAN任务组进行标准化工作。1956年中，作为 IEEE802.3新标准的1BASE5被批准实施(StarIAN 可支持从集线器到节点间长达250米的距离，在1BASE5中的5表示节点到节点的距离为500米)。

StarLAN走向消亡

1984年，以 HP和 AT＆T为首的经销商将 StarLAN 集线器网络接口卡推向市场。在 80年代 StarIAN完成了数百万个连接，但包括3Com和 DBC在内的许多经销商早已认定 1Mbps太慢--在计算机工业上已形成每两年将性能翻一番的传统，一些客户和经销商把 lMbFs以太网看作是一种后退行为。(在1984年 IBM已宣布基于 Intel80286微处理器的PC AT，两年后，即在 StarLAN 1BASE5标准被批准的那年，Intel公司推出了80386微处理器，这个32位的 CPU比它的上一代80286强劲许多倍。)因此， StarLAN再也不可能获工业界和市场上的支持使之重新起飞。终于在1987年走向衰亡，当时 SynOPtics公司推出 LATTISNET和提交在常规电话线上实现全速10Mbps以太网性能的产品。不久，LAT TISNET由 IEEE按照双绞线以太网进行标准化，同时定名为10BASE-T，这样 StarLAN 和 Galin的死期已是屈指可数的了，不过作为无屏蔽双钮线和星形线以太网的开拓者，其功绩是不可磨灭的。

参考技术A

以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年罗伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe）给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。1977年底，梅特卡夫和他的合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”的专利。多点传输系统被称为CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问），从此标志以太网的诞生。
1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐，成立了3Com公司。3com对迪吉多，英特尔，和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台，当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的大公司。
梅特卡夫曾经开玩笑说，Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3com才有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院 MAC项目（Project MAC）的同一层楼里工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期间奠定了以太网技术的理论基础。
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。

POWERLINK 工业实时以太网协议简介

高端制造，在当前历史背景下独立自主是必经之路。先进技术是买不来的，高端制造是国之重器。

何为POWERLINK ？先来说下什么是工业以太网。

工业以太网

平常我们听的最多用的最多的Internet互联网，应用上使用多的也是http,ftp等应用层协议。

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术。在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要，故在工业现场控制应用（如现场各种伺服电机的运动控制）与商用以太网不同的工业以太网。

当以太网用于信息技术时，应用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协议，但当它用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议。以太网的速率要比传统现场总线要快的多，以太网的引入将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

遗憾的是，至21世纪还没有统一的应用层协议，导致协议众多，且好多有专利保护或专门芯片级别的保护，国产化在这方面太弱了，在当前国际环境中容易被卡脖子或断供的风险。

基于物理层（如串口232，485，或Ethernet）传输的底层链路，产生了各种总线技术。

总线技术介绍

总线技术由来已久，几种出现较早、应用较多的现场总线，如 CAN、RS485 等，这些总线传输速度慢、每帧传输的数据包小。随着工业自动化由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展，对现场总线的传输速度和数据量都提出了新的要求。于是就有很多厂家提出了基于以太网技术来实现现场总线，由此诞生了 POWERLINK、 SERCOS、EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetSRT、EtherCat、MECHATROLINK 等这些工业实时以太网的技术。

目前高速实时现场总线种类繁多，很多厂家都在推广自己的总线协议，这些协议从性能上可分为两类：高实时总线和低实时总线。
低实时性的总线：EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetSRT。
高实时性的总线：POWERLINK、EtherCat、MECHATROLINK、SERCOS。

Modbus TCP/IP

该协议由施耐德公司推出，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的确定性，利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好。

ProflNet
针对工业应用需求，德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案。

在高实时性总线中，EtherCat 和 MECHATROLINK 需要用专用的 ASIC（芯片）才能实现，之所以采用 ASIC 芯片来实现的原因之一是为了能够控制市场，使总线知识产权的拥有者处于有利地位，以便在将来可以垄断市场，控制竞争对手。众所周知，工业自动化行业的厂家在2009、2010 年取得了大丰收，很多公司的业绩翻了一倍。他们不缺客户、不愁订单，但是发愁芯片，由于很多芯片采购不到，而不得不丢掉很多客户。提供 ASIC 解决方案的公司，目的就是通过 ASIC 来控制市场、控制竞争对手。
EtherCat 的 ASIC 芯片只提供了数据链路层和物理层，而没有实现应用层。用户买了ASIC 芯片，还不得不自己来实现应用层（如 CANopen），这需要花费用户很长时间。此外不同用户实现的应用层往往不同，这就造成同样都是基于 EtherCat 的设备，却相互不能通信。
POWERLINK 是一个可以在普通以太网上实现的方案，无需 ASIC 芯片，用户可以在各种平台上实现 POWERLINK，如 FPGA、ARM、x86CPU 等，只要有以太网的地方，就可以实现POWERLINK。且公开了所有的源码，任何人都可以免费下载和使用（就像 Linux）。

ProfinetSRT和EtherCat等总线技术的限制情况：

开源实时通信技术Ethernet POWERLINK 是一项在标准以太网介质上，用于解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的最新技术。本文介绍它的基本原理、相关特性如冗余、直接交叉通信、拓扑结构、安全性设计，并定义其物理层与介质等内容。

POWERLINK 的源码里包含了物理层（标准以太网）、数据链路层（DLL ）、应用层（CANopen）三层完整的代码，用户只需将 POWERLINK 的程序在已有的硬件平台上编译运行，就可以在几分钟内实现 POWERLINK。
POWERLINK 是一个易于实现的、高性能的、不被任何人垄断的、真正的互连互通的平台。
POWERLINK 定义了一个精简的、实时性极高的数据链路层协议，同时定义了 CANopen为应用层协议。这样用户在实现了 POWERLINK 的同时，也实现了 CANopen。

什么是CANopen?

CAN(Controller Area Network, 控制器局域网络)是由博世开发的一种现场总线，首先应用在汽车领域。由于它的低成本和可靠性，现在被广泛应用在工业测控和工业自动化领域。

CAN与CANOpen的关系
CAN的物理层分了三层分别是MDI，PMA和PLS，数据链路层分了两层：MAC与LLC。这五层就是最原始的CAN协议，标准是ISO11898。也就是说CAN协议一开始是没有应用层的。后来有一种叫CANOpen的基于CAN的应用层协议被开发出来,标准是CiA301。在实际开发CAN器件的时候不一定要用CANOpen，你可以根据自己的需要定制自己的应用层协议。

几种典型总线的原理

EtherCAT

EtherCAT是基于集束帧方法：EtherCAT主站发送包含网络所有从站数据的数据包，这个帧按照顺序通过网络上的所有节点，当它到达最后一个帧，帧将被再次返回。因此，EtherCAT网络拓扑总是构成一个逻辑环。
当数据帧通过节点时，节点会处理帧中的数据，每个节点读出要接收的数据并将相应要发送的数据插入到帧中。这种处理方式，的确加快了数据的传输速度，降低了通信的循环周期。不足之处是，这种对数据帧的高速处理，要求很高。每个节点在对数据帧处理时，即使有一点偏差也会造成整个数据帧的CRC错误，从而使整个数据帧被丢掉。这使得对产品本身的EMC，以及使用现场的环境，线缆等的要求都很高。为了支持100 Mbit / s的波特率，必须使用专用的ASIC或基于FPGA的硬件来高速处理数据。
此外由于网络上所有节点的输入和输出数据共用同一个数据帧，一个以太网的数据帧容量有限，这就使得EtherCAT不能被用于大数据量的应用场合。

EtherCAT过程同步
每个从站通过由主站提供的一个类似于IEEE1588的实时时钟进行同步。有处理实时和非实时的机制。在物理层，EtherCAT协议不仅在以太网上运行，也可以采用LVDS（低压差分信号）。EtherCAT采用带有标准以太网接口的PC作为一个主站。EtherCAT没有定义应用层协议，因此用户需要自己开发应用层，如CANopen等。

MECHATROLINK

MECHATROLINK是一个用在工业自动化的开放式通讯协定，最早由日本安川电机开发，后来由MECHATROLINK协会（Mechatrolink Members Association）维护。
Mechatrolink协定分为以下的二种：
MECHATROLINK-II—定义传送界面为RS-485时的通讯协定架构，最快速度为10Mbit/s，最多允许30个从站。
MECHATROLINK-III—定义传送界面为以太网时的通讯协定架构，最快速度为100Mbit/s，最多允许62个从站。

POWERLINK

以太网POWERLINK的第1版于2001年11月由奥地利控制系统制造商 Bernecker & Rainer Industrie-Elektronik(贝加莱集成自动化)公司开发，并提供给其他公司。EPSG（POWERLINK标准化组织）成立于2002年11月。 2003年11月，开始使用实时工业以太网协议POWERLINK V2的规范。POWERLINK=CANopen+Ethernet
鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础，EthernetPOWERLINK 融合了这两项技术的优点和缺点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO 和PDO对象字典的结构。

POWERLINK的优势

在纷繁的总线协议中，POWERLINK 将是实时以太网的未来，原因如下：
1. POWERLINK 是一项开源技术，开放性好，无需授权，无需购买。
2. POWERLINK 基于标准的以太网，无需专用的 ASIC 芯片，有以太网的地方，就可以实现POWERLINK，硬件平台多种多样（ARM，FPGA，DSP，X86 等），不依赖于某一个公司。
3. POWERLINK 速度快，支持 100M/1000M 的以太网。以太网技术进步，POWERLINK的技术就会跟着进步，因为 POWERLINK 站在标准以太网的肩膀上。
4. POWERLINK 性能卓越，使用价格低廉的 FPGA（几美元）来实现 POWERLINK，性能也能达到 100-200us 的循环周期。
5. POWERLINK 支持标准的网络设备，如交换机、HUB 等。支持所有以太网的拓扑结构，使得布线更自由、更灵活。
6. 数据吞吐量大，每个节点每个循环周期支持 1500 字节的输入和 1500 字节的输出。

国人更应该大力支持和推广之。让其广泛的应用和创新起来，才不至于处处受制于人。

POWERLINK来发展

POWERLINK的未来基于标准以太网技术的发展，而标准以太网的发展是全世界所有资源贡献的结果，所以POWERLINK的发展不依赖于其自身，而是世界资源的整合，发展无限量。随着Gbps/10Gbps以太网技术蓬勃发展，POWERLINK亦紧跟其脚步，向Gbps/10Gbps深入。

中国用户组织
Ethernet POWERLINK中国用户组织由贝加莱、上海工业自动化仪表所、步进科技、山东大学、广东工业大学、赫优讯等国内的知名自动化厂商、研究机构、大学共同发起组织的非盈利性组织，其旨在推广这项前沿实时通信技术到中国自动化组件厂商，提供技术咨询、支持和研究的技术性活动，以及市场推广的各种展会、研讨会、学术交流会的组织。每个参与者都将成为“Ethernet POWERLINK”这个源代码开放、纯软件实现、免专利费的技术的“共同持有者”，并受益其中。

POWERLINK 和 EtherCAT 的比较

EtherCAT:
由 EtherCAT 的原理可知，他适用于较小的系统，整个系统所有节点的接收和发射字节数不超过 1500 Bytes。系统的可靠性要求不高，拓扑结构为菊花链。典型的应用场合为运动控制，一个控制器带多个伺服驱动器，以及 IO。
POWERLINK：
可用于小系统，也可用于大系统。典型的应用场合为运动控制（以贝加莱和 ABB为代表），以及过程控制，DCS 系统（和利时，阿尔斯通，东方电气，正泰，中车等）。对于过程控制，要求可靠性高，系统通信量大。

加油吧伙伴！为国产高端制造添砖添瓦。这不只是一份job，而是一份民族自信，一份荣耀（not王者荣耀🙂）。