以太网和工业以太网

Posted 2020-08-12

OSI参考模型中的数据链路层定义了通过通信媒介互联的设备之间传输的规范，数据链路的传输方式有以太网、WLAN（无线局域网如Wifi/蓝牙/3G/4G/WiMAx/ZigBee等）、PPP（点对点）、ATM、FDDI、光纤通道、HDMI等，而互联网可以简单理解为数据链路的集合，即以太网、WLAN（无线局域网）、PPP（点对点）、ATM、FDDI、光纤通道、HDMI的集合。

需要指出，一般以太网规范除了设计到数据链路层，还涉及到物理层，即物理接口形态。常见的以太网通讯电缆有同轴电缆、双绞线等，各种电缆支持的传输速度也不一样，线缆的终端一般压制成水晶头的形态。

前面提到数据链路层定义了通过通信媒介互联的设备之间传输的规范，因此就涉及到通讯拓扑结构：总线型、环形、星形、混合型。从通讯介质的使用方法看，网络可分为共享介质型和非共享介质型。共享介质型网络指由多个设备共享一个通信介质的一种网络，在这种方式下，设备间使用同一个载波信道进行发送和接受，为此基本上采用半双工通信，一般总线型、环形为共享介质型。数据链路层的传输规范还包括MAC地址转发，环路检测技术等，读者只需知道数据链路层包括介质访问控制层以及逻辑链路控制层即可。

共享型介质网络有两种介质访问控制方式：争取方式和令牌传递方式。争取方式通常令网络中各个站采用先到先得的方式占用信道发送数据，如果多个站同时发送数据帧，则会产生冲突现象，当然有响应的处理机制（如CSMA/CD）来保证一旦冲突发生时会释放信道。令牌传递方式是沿着令牌环发送一种叫做“令牌”的特殊报文，是控制传输的一种方式，只有获取令牌的站才能发送数据。这种方式有两个特点：一是不会产生冲突，而是每个站都有通过平等循环获得令牌的机会。

以太网链接形式有采用同一根同轴电缆的共享介质性总线连接方式(需要做冲突检查），也有采用独占电缆的方式实现以太网通讯（不需要冲突检查）。以太网通讯的特点是结构简单、成本低廉、传输速率高（10Mbps,100Mbps,1Gbps到10Gbps）

 

• 工业以太网与普通以太网不一样，是在以太网基础上衍生出来的一种，与普通以太网区别在两点：

1.工业以太网的实时性更高（或者说介质访问控制层以及逻辑链路控制层设计得更合理，保证网络的利用率更高）

2.抗干扰能力更强

简单说，工业以太网是现场总线，而以太网不是（或很少用在现场总线）！

• 关于Ethernet 和EtherCAT：

Ethernet是以太网，EtherCAT是实时以太网，后者对前者做了一些改造。

EtherCat是实时总线。
对实时性要求略低可以用profibus profinet cclink之类
再低可以用普通的以太网
对应的层次举例：
实时要求高：传感器的控制器，运动控制器和伺服驱动
一般：PLC到机器人控制器
低： MES到上位机

•  从OSI网络模型的角度来看同，现场总线网络一般只实现了第1层(物理层)、第2层(数据链路层)、第7层(应用层)。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层(传输层)和第4层(网络层)，也不需要第5层(会话层)第6层(描述层)的作用。

 并列关系是：工业以太网、EtherCAT、Modbus、Profibus、CCLink、CAN、DeviceNet、ControlNet、HART等

• 关于串行、并行、总线，可以参考如下解释：

作者：Eric Leo
链接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/33980357
来源：知乎
著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权。

串行总线和并行总线，属于计算机领域的一个通信的概念。

串行，简而言之，一般通信的双方通过两根线就可以实现数据的收发，像我们电脑中用的RS232等就是标准的串行总线，现在的USB也用的是串行，这种由于数据是串行的，因为一次只能发送一位。

并行，是相对于串行来讲，数据传输有多根线，因为一次就能发送多位。

那么问题来了，串行和并行哪个更快呢？

也许你会觉得并行一次可以传多位，肯定比串行快。那么你就错了，总线传输的速率，不仅取决于一次能发送多少位，而且还取决于你发送一次所用的速度。而并行总线，牵涉到多个数据线的数据同步问题，一般速率很难提高，且总线越长，越易受到干扰。而串行总线则没有这个问题，因此像现在的USB接口的速度可以做到很快。

也许你会问，串行总线和并行总线，在DCS中主要用在什么地方。答案就是你说的DPU与IO模件之间的通信，一般就是通过串行或并行的总线来进行通信的。

然而随着技术的进步，现场总线技术的提出，在传统的串行和并行的基础上，国际上的一些大牌工控企业，提出了几个现场总线协议，如西门子的profibus等等。而关于现场总线，有些在物理层，用的也是传统的串行和并行总线，而区别在于传输层与网络层，相比于传统的Modbus具有更加丰富的功能。当然，现在的现场总线，更具优势的就是摒弃这种总线的物理连接，而直接采用以太网连接，即我们所说的网线连接。而你所讲的工业以太网，就是这样的一种连接形式。

因为现在PC上位机与DCS间一般都是采用工业以太网连接的，而如此DCS与IO模件也采用这种连接，就相当于全系统都采取了工业以太网。

 

首先是总线可以理解为连接设备用于通讯的线。在这条线上的通讯使用的不同的通讯协议例如 profibus DP（站号来保证总线上各个设备的区分） modbus rtu（站号来保证总线上各个设备的区分） 。直观点就是用线把所有设备都串起来了。

串行和并行是发送数据的不同方式。串行是一个个发，并行是多个一起发。

现场总线简单点可以这么理解，以前只是控制器和模块在总线上，现在好了连现场的仪表都可以连在总线上了。不需要现场的仪表先把测量值变成4-20ma或者0-10v的信号，不需要模拟量采集卡件，直接可以通过总线像读取现场仪表的信息（包括测量值、量程范围等等在内的很多）。现场总线常见的有CAN 和 HART 。

工业以太网这个就是以太网，就是网线（物理介质）。只是和我们上网用的协议不一样而已（介质访问控制层以及逻辑链路控制层）。不过可以理解为和我们常用的以太网是一样的。都是要搭建网络设置IP地址的。

作者：萧任风
链接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/34132412
来源：知乎
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注：半双工是指某一时刻只能进行发或收的通信方式，全双工是指在某一时刻可以同时进行发送和接收的通信方式