工业以太网的基础知识

工业以太网的基础知识Agenda工业以太网的基础知识4网络基础设施通讯拓扑以太网的基础知识标准化网络协议以太网的基础设施网络基础设施的功能连接网络终端设备信号放大减少数据流量目标相关的数据包传输分离逻辑网络单位不同的媒体访问程序之间的改变不同的网络架构之间的信息传输7:

应用层6:

表示层5:

会话层4:

传输层3:

网络层2:

数据链路层7:

应用层6:

表示层5:

会话层4:

传输层3:

网络层2:

数据链路层1:

物理层网关路由器交换机ISO/OSI以太网七层模型71:

物理层 集线器ISO

=

International

Standard

Organization

国际标准组织OSI

=

Open

System

Interconnection

开放式系统互连集线器Hub以太网硬件类型8数据包向所有节点发送，信息安全无法保证非全双工传输，通信效率低，不能满足高数据流需求。使用CSMA/CD控制方法容易网络阻塞不具备实时性。CSMA/CD方法载波监听多点接入碰撞检测碰撞总线上的碰撞数据传输中断随机的等待时间尝试再次传输传输的时间点是不可预知的不确定性不具备实时性带冲突检测的载波监听多路访问技术（CarrierSenseMultipleAccesswithCollision

Detection）?集线器的功能操作集线器的双工模式发送和接收单元相结合在同一时间只有一种可能，要么接受要么发送半双工(高密度)数据包可能会产生冲突不具备实时性交换机指定端口与端口间的通讯全双工模式CSMA/CD

方法禁用消除碰撞域没有共享媒介不再有碰撞没有随机等待时间确定的数据流

具备实时性的以太网交换机的工作原理交换机-双工模式独立的接受和发送单元可同时进行接受和发送全双工(FD)不存在冲突实时性路由器任务:把数据分配到正确的端口通往目的网络有几条路径连接不同的网络，子网，广域网连接广播限于各个子网OSI

参考模型的第三层每个端口要求一个逻辑地址

(IP-

地址)优点:缺点:连接不同的网络、网状网络结构和冗余路径配置复杂(不是即插即用)

、软件路由很慢路由器的传输机制网关任务:连接不同的网络，子网，广域网连接转换协议和数据表示OSI

参考模型第七层两个终端设备之间的网络访问每个端口要求一个逻辑地址

(IP-

地址)优点:连接不同的网络转换不同的表示缺点:昂贵软件路由很慢网关的传输机制以太网的通讯拓扑拓扑-

线型站点对齐并排排列易于扩展连接所需电缆较短当一个组成部分故障将造成通讯中断拓扑

–

星形中心主站方便维护传输路径短中心主站数据负载量高中心主站发生故障将导致网络故障拓扑

-

树形星形结构的扩展简单的网络当中心主站发生故障会对网络造成不利影响拓扑

-

环型闭环结构没有冗余协议不允许使用标准以太网存在网络风暴冗余协议每个站都可通过2条路径被访问当一个站点发生故障不会造成通讯中断拓扑

–

网状结构以环或树结构方式连接分布式网络站可通过多条路径被访问需要智能的路径选择互联网结构以太网的基础知识MAC

地址媒体访问控制地址（Media

AccessControl

Address）物理地址由制造者分配全球唯一的用来识别硬件6

Byte

(48

Bit)长:制造者部分

+

组件部分=

Phoenix

Contact +

序列号00. A0. 45.制造者-专用地址

(3

Byte)XX. YY. YY.组件单独的地址

(3

Byte)交换机通讯报文种类单播一个站仅向一个确定的站传送数据目标地址和源地址是直接硬件地址多播一个站向一组站传送数据目标地址是一组地址广播一个站向网络内的所有站传送数据目标地址是广播地址MAC

地址示例单播单播地址第一个字节由00打头00:A0:45:xx:xx:xxPhoenix

Contact硬件地址多播多播地址第一个字节由01打头01:00:5E:xx:xx:xx

IP多播01:80:C2:00:00:00

S

panningTree

Protocol

(STP)生成树协议01:0E:CF:xx:xx:xx PROFINET

组地址广播广播地址中的所有位置1FF:FF:FF:FF:FF:FF广播地址集线器和交换机的比较ABCDABCDA

DA

DFD

=

Full

Duplex

全双工CSMA/

CD具备实时性！集线器交换机B CHD

=

Half

Duplex

半双工CSMA/

CD不具备实时性！新纪录覆盖记录交换机功能方案CRC数据类别源地址目标地址源地址目标地址查询MAC地址转发表更新MAC地址转发表存在记录？No

YesMAC地址转发表中的设备？No Yes数据包送至所有端口数据包送至目标端口MAC地址转发表MAC地址转发表的结构(I)ABCDA

D交换机DevicePortA1B2C3D4MAC

地址转发表1234GHMAC地址转发表结构(II)ABCDE

A交换机MAC

地址转发表1234514523DevicePortA1B2C3D4E5F5G5H5EFD1

和

D2

在不同的局域网

访问

默认网关

(R)相同/不同网络内的设备D1149.218.7.4=10010101.11011010.00000111.0000

0100子网掩码与D1相关255.255.252.0=11111111.11111111.11111100.0000

0000=10010101.11011010.00000100.0000

0000D2149.218.8.1=10010101.11011010.00001000.0000

0001子网掩码与D1相关255.255.252.0=11111111.11111111.11111100.0000

0000=10010101.11011010.00001000.0000

0000D1:

149.218.7.4RD2:

149.218.8.134IP地址的分类A类地址B类地址计算机

(Host)计算机(Host)C类地址310网络网络1

011

0网络网络:

127计算机(Host)16.777.214Networks:

16.383Hostspernetwork:

65.534Networks:

2.097.152Hostspernetwork:

2540IP:1.0.0.0

~126.0.0.0子网掩码：225.0.0.0IP:128.0.0.0~191.255.0.0子网掩码：225.255.0.0IP:192.0.0.0~223.255.255.0子网掩码：225.255.255.0标准化网络协议标准化网络协议网络协议标准化协议

IEEE电气和电子工程师学会作为IEEE

标准进行定义的协议(如

:

IEEE

802.3

用于以太网)IETF国际互联网工程任务组作为

RFC进行定义的协议

(需建议)(如：

RFC

826用于ARP)协议概览

ICMPBOOTPPING

---

网络设备的可用性IP参数的自动分配例如：自动化技术

DHCPIP参数的自动分配例如：办公室环境

ARP地址解析协议

LLDP链路层发现协议

SNMP简单网络管理协议

VLAN虚拟局域网

(R)STP快速生成树协议

MRP介质冗余协议ICMP网络控制报文协议（InternetControlMessage

Protocol)属于TCP/IP协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息网络设备通过其相互告知网络是否连通、主机是否可达、路由是否可用等消息BOOTP一般情况在网络中建立起IP参数通过BOOTP

服务器分配IP参数包含有IP地址，子网掩码和默认网关的IP参数端口:

68

(需求

/

客户)

和

67

(响应

/

服务器)标准:

RFC

951BOOTP

操作方式00:A0:45:C3:AB:34BOOTP

响应:

您的IP地址为

172.16.252.84!BOOTP

需求:

谁具有

IP-参数

00:A0:45:C3:AB:34?00:A0:45:C3:AB:34172.16.252.84255.255.255.0172.16.252.254BOOTP

服务器组态00:A0:45:C3:AB:34<=>

172.16.252.84255.255.255.0172.16.252.254DHCP一般情况在网络中分配IP参数IP

地址，

子网掩码，

默认网关DNS

服务器如必须，

WINS

服务