《Ethernet实训》PPT课件

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1、GE Fanuc Automation iEthernetTraining Course以太网培训手册 Course Agenda 课程介绍 Introduction to networks 计算机网络基本概念 Introduction to Ethernet 以太网简介 Introduction to TCP/IP TCP/IP协议介绍 GE Fanuc Ethernet products 介绍GE Fanuc的以太网产品 Ethernet通讯 What is a network?什么是网络 A network is some form of media which connects dev

2、ices together 网络是通过某种传输介质将若干台计算机设备连接起来的一种形式 A network may be referred to as a 计算机网络可以分成以下两种形式 LAN - Local Area Network 局域网 - 本地小区域内各台设备组成的网络 WAN - Wide Area Network 广域网 - 长距离(100公里以上)范围内的网络 为什么可编程控制器用户要使用网络连接物理上比较分散的设备可编程控制器与输入输出模块 - 节省了大量电缆允许可编程控制器共享信息参与联锁控制, 汇报和处理信息, 参与故障诊断便于高速地传送生产过程的数据信息到中央管理信息系

3、统生产运转周期, 生产数据, 报警信息便于中央管理信息系统下发生产指令给各个生产设备生产配方, 生产指令, 零部件计划使得控制系统可构成主机热备份可以实现远程编程 网络7层模型的定义 ISO(国际标准化组织)定义的OSI(开放系统互连)参考模型 包含如下七个层次： 物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层用户物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层用户主机 A主机 B表示层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议应用层协议运输层协议会话层协议层次7654321物理层连接 (传输介质) 7层模型的定义 1978年第一次提出该模型每一层都定义了对它的上层所提供的一系列服务每一层都请求和使

4、用它的下层所提供的服务每一层都不必了解下层的运行和工作细节修改本层的功能并不影响其他层次所有层次都应该提供点到点(主机与主机)之间的连接，以此 完成一次完整的数据传输比如：打国际长途电话 Layer 1第一层：物理层Physical Layer 物理层 Cable/media, connectors, topology, signal levels 定义了传输介质的种类、连接器、拓补结构、信号幅值 Responsible for sending a bit of data from one device to another device 担负着将组成数据信息的位串从一个站发送至另一个站的任务

5、 Includes the physical link (cable and connectors) and the electronics necessary to modulate the link 包含传输介质、连接器以及必要的信号调制电路 第二层：数据链路层数据链路层负责无差错地发送数据帧解决该层产生的丢失帧、错误帧和重复帧等传输故障该层实际上被分成两个子层 LLC子层 - 逻辑链路层完成错误检验及差错恢复 MAC子层 - 介质访问控制层完成数据帧的寻址(利用MAC地址)完成分组的传送 不同的网络有不同的MAC子层 第三层：网络层网络层决定了一个分组是按照怎样的路径从源设备发送到目的设

6、备对于一个简单型的网络，不存在路由选择问题对于一个复杂型的网络，每个分组的路由选择都是动态决定的统计传输的数据量，为了今后的收费进行网络地址的转换，如果目的设备所在的网络与源设备所在网络是不同类型的网络 Layer 4第四层：运输层Transport Layer 运输层 Provides end-to-end control of a communication session 提供每次通讯点到点(主机到主机)之间的联接控制 May be responsible for multiplexing many data routes for improved speed in transmitti

7、ng data 也负责高速发送数据时的多路数据传输 Takes care of multi-programmed (ie parallel tasking) communications sessions 负责处理多任务(并行任务)的通讯会话 第五层：会话层会话层在两台主机设备之间建立对话联接比如：为了传输一个文件管理对话过程比如：单向或双向的数据流向，半双工时的操作管理执行数据权标的管理比如：保证参与通讯的两台主机不会同时向对方发出请求命令完成数据同步功能比如：保证发生故障后，已经发送的数据不会重复再发送 Layer 6第六层：表示层Presentation Layer 表示层 Perfor

8、ms functions concerning syntax and semantics of information 执行涉及到数据信息的语法和语义的功能 These are functions requested frequently enough to warrant a specific solution 这些是经常被请求调用的功能 Examples are the data format 例如数据格式 ie ASCII, floating point, integer 比如：ASCII码、浮点数、整型数 May also perform data encryption and com

9、pression 也完成数据的加密、压缩等功能 Layer 7第七层：应用层Application Layer 应用层 Contains a variety of protocols to allow communication of data 包含了大量的应用协议，以保证各种各样的数据通讯 ie MMS, virtual terminal software, file transfer 比如：MMS协议、虚拟终端软件、文件传输协议 User Layer用户层The User抯 Application!用户的应用程序 This is the program that the user is c

10、oncerned with 这一层是用户所关心和面对的应用程序 The application must communicate with another application on another machine, thus requiring the services of the relevant protocol in the application layer 这一层的应用程序必须与运行在另一台主机上的应用程序相互通讯，这就要求两台主机的应用层都有相应的应用层协议提供服务 分层的重要性网络模型的分层使得网络的安装构成更易于理解大多数网络的安装与构成使用了分层概念替换或者更换某一层，

11、不会影响其他层 网络硬件接口网络传输的物理介质(电缆)网络硬件驱动程序网络协议 (如 TCP/IP协议)用户的应用层协议 (如 文件传输协议)应用程序个人电脑中的网络组成部分的分层示意图 Network Topologies网络的拓补结构 Star星型Ring环型Bus总线型Tree树型Point-to-point点到点 客户机/服务器结构客户机与服务器是指该网络设备是请求获得信息还是向网上其他设备提供信息客户机请求获得信息服务器提供信息网上设备既可以是客户机，也可以是服务器时间客户机服务器客户机请求获得信息服务器提供信息 以太网与IEEE802.3的历史以太网最初由DEC、Intel和Xer

12、ox三家公司在1980年共同开发研制出来 IEEE(国际电工电子委员会)于1982年在以太网的基础上制订了802.3标准超过50%的已安装的网络属于IEEE802.3标准的以太网目前，IEEE802.3与以太网这两个名词可以相互替代使用 以太网/IEEE802.3的技术术语Ethernet以太网，是通过电缆将节点连接起来Transceiver收发器，将网站连接到以太网电缆上的设备Drop cable连接电缆，连接收发器与节点的电缆Heartbeat 用来确认网站的冲突检测功能工作正常IEEE802.3是定义以太网的标准MAU介质连接单元AUI连接单元接口 - 连接电缆的15针D型接口AUI c

13、able连接电缆SQE信号质量错误，由收发器回送给网站的信号，指示冲突电路是否操作 其他技术术语段由一段电缆所构成的网络的一部分分组一个包含数据和报文控制信息的以太网逻辑信息组帧在网上实际发送的逻辑信息组网关用来连接不同系统(子网)的网间连接器路由器网关的另一个名称，通常路由器依靠网络层信息，把分组从一个网络 向前送到另一个网络 什么是以太网？以太网是OSI七层模型中的低层部分以太网的第一层(物理层)在IEEE 802.3中被定义以太网的第二层(数据链路层)中的介质访问控制层(MAC)也 在IEEE 802.3中定义以太网的第二层中的逻辑链路层(LLC)在IEEE 802.2中定义以太网的第三

14、至七层属软件协议，超出了以太网的定义范围 第 1 层第 2 层物理连接MACLLC IEEE 802.3 - 以太网IEEE 802.2 以太网的特性高速最初的10 Mbits/S波特率现在已有100 Mbits/S的波特率载波监听多路访问/冲突检测技术载波监听多路访问、冲突检测网站设备监听一下传输介质，如果介质忙，则退出发送网上多台设备都有共享传输介质的同等权利如果网上两台设备同时向网上发送数据，冲突就发生了，这将被网站检 测到，同时网站也退出发送各种各样的电缆类型非常易于各种电缆组合使用 冲突域一个冲突域是载波监听/冲突检测技术工作的网络范围冲突意味着实际的数据率低于网络的波特率对于10

15、Mbits/S波特率的以太网，最大的数据率大约是3 Mbits/S超过 30% 网络负担, 冲突将会显著增加，网络的性能也会呈指数曲 线下降 以太网的电缆类型主要的类型有 10base5 - 粗同轴电缆 10base2 - 细同轴电缆 10baseT - 无屏蔽双绞线 FOIRL/10baseFL - 光导纤维电缆 FDDI - 光纤分布数据接口(100M光纤) 100baseT - 100M双绞线 10base5 - 粗同轴电缆10base5 - 粗缆 10 Mbits/S, 基带位传输错误率 10e-8每个网段可有100个节点, 500米长使用波阻抗为50欧姆的同轴电缆, 10 mm 外径

16、 N系列的连接器、或者附着型连接器节点之间必须间隔 2.5 米或者是 2.5 米的倍数在总线两端必须用50欧姆电阻终结电缆每个网段的电缆必须单点接地(连在局域网的网络设备机柜) 使用粗缆总线型拓补结构局域网的基本(主要)通信通道是电缆节点通过连接电缆连到网络电缆上在连接电缆和网络电缆之间是收发器 设备 1接口收发器设备 2接口收发器连接电缆连接电缆以太网电缆终端电阻终端电阻 电缆终结正确的电缆终结对于任何类型的网络都是非常重要的电缆终结器是连接信号两端的电阻或者连接信号线与地线电缆终结器被用来消除信号波形的反射一个脉冲信号将会在没有终结的电缆上产生电压反射一个脉冲信号将会在短路连接的电缆上产生

17、电流反射由于电信号并不是以无穷大的速度传播，因此一个反射信号将会影响下一个脉冲信号不断重复的反射信号会破坏一个完整的数据信息报文 收发器是连接以太网接口模块到物理传输介质终端盒已经有双/多口的收发器大多配有SQE开关收发器 AUI或AAUI 接口以太网传输电缆 AUI电缆也称为连接电缆连接网络节点和收发器 15针 D 型接口到 15针 D 型接口电缆最大电缆长度可达50米 15针D型连接器与电缆必须有良好的屏蔽层 AUI电缆的长度不包括在网段的电缆长度之内 最长 50 米15 针 D 型插头15 针 D 型插头收发器节点(网站) AAUI电缆 AAUI是超微型的 AUI (仅仅对 90-30

18、PLC)相对于AUI, AAUI的连接器是不同的 AAUI的低电源电压使得AAUI电缆的长度有所限制小于 1 米通常AAUI收发器附带有AAUI电缆通常不支持信号质量错误监测(SQE) 最长 1 长微型 14 针连接器节点收发器 10base2 - 细同轴电缆10base2 - 细缆 10 Mbits/S 基带也称为廉价网缆位传输错误率 10e-7每个网段可有30个节点, 最长185米使用波阻抗为50欧姆的屏蔽同轴电缆, 5mm 的外径 BNC 插头节点之间必须至少间隔 0.5 米在总线两端必须用50欧姆电阻终结电缆每个网段必须单点接地 使用细缆总线型拓补结构局域网的基本(主要)通信通道是电缆

19、节点通过T型头连接到网缆上设备 1接口设备 2接口以太网电缆BNC T型头终端电阻终端电阻无连接电缆 -直接连到网缆 10baseT - 双绞线(在办公区域使用)10baseT - 双绞线 10 Mbits/S，基带也称为UTP - 无屏蔽双绞线位传输错误 10e-7每个网段最长可达100米节点的数量受集线器的限制使用无屏蔽双绞线，最大6mm外径 (如：电话线) RJ45 连接器在集线器内部电缆被终结在集线器一端接地 使用双绞线星型拓补结构局域网的基本(主要)通信通道是集线器节点通过双绞线连接到集线器在双绞线的一端只有一个设备(网站) 设备 2接口双绞线连接电缆集线器设备 1接口双绞线连接电缆

20、 使用FOIRL/10baseFL 光缆星型的拓补结构局域网的基本(主要)通信通道是 FOIRL/10baseFL集线器节点通过双光缆连接到集线器一根光缆对应于一个方向的数据传输 (即：一收一发)在光缆的一端只有一个设备(网站) 设备 2接口光缆光缆FOIRL/10baseFL 集线器设备 1接口 以太网的寻址以太网的地址通常由上层软件协议所定义比如： TCP/IP的 IP 地址然而，IEEE802.3对以太网的第二层还定义了一个介质访问 控制(MAC)地址也称为 默认的站地址 (全球)唯一的物理地址，形如 080019010203 12个16进制数 GE Fanuc以太网产品的介质访问控制(

21、MAC)地址都以 080019 开头 (MAC地址)常用于网络低层的故障诊断和组态较少使用 什么是TCP/IP？ 网络介质访问层第 1 层第 2 层第 3 层第 4 层第 5 层第 6 层第 7 层OSI 7层模型网际层(IP)主机到主机 传输层(TCP)应用层TCP/IPTCP/IP协议以太网以太网协议 什么是TCP/IP?注意，TCP/IP是中间两层低层通常是以太网最高一层是(应用)协议不被TCP/IP所定义在TCP/IP之上，最常用的协议包括 TELNET - 远程终端访问 FTP - 文件传送协议其他协议 TCP/IP并不完全符合ISO的OSI 7层参考模型但是，考虑到桥、路由器等网络

22、互连设备，这个(OSI)模型 仍然有 效 What is TCP/IP? (cont.)什么是TCP/IP? TCP/IP is a connection based protocol TCP/IP是一种基于协议的连接 Two devices must first establish a connection 两台设备必须首先建立一个连接 The connection may include a negotiation where a device determine the capabilities of another 这个连接可能还包括一个协调过程，通过这个协调，一台设备测定 另一台设备

23、的能力 When the two devices have finished communicating, the connection may be closed 当两台设备完成通讯时，这个连接就要关闭 IP 寻址在网上的每一个节点都必须有一个唯一的IP (网际层协议) 地址 IP地址使本站与网上其他站区别开来 IP地址长度为32位，并且由网络号和主机号两部分组成网络号 标识了网络在同一个物理网上的所有主机都必须有相同的网络号主机号 标识了主机(网站)在同一个物理网上的所有主机都必须有唯一的主机号有三类IP地址 - A 类、B 类和C 类 IP地址的表示形式 IP地址的书写形式为四位十进制数

24、每个十进制数是IP地址的一个字节的值十进制数被点号分隔例如： IP地址 00000011 00010000 00010010 00101111 被写作 3.16.18.47 A类IP地址0 1 8 16 24 310第一个十进制数的取值范围从 0 到 127网络号主机号网络号有 7 位, 主机号有 24 位用于较大的区域，有很多主机地址可分配 B类IP地址0 1 8 16 24 31第一个十进制数的取值范围从 128 到 191网络号主机号01网络号有 14 位, 主机号有 16 位用于中等规模的区域 C类IP地址0 1 8 16 24 31第一位十进制数的取值范围从 192 到 223网络号

25、主机号0112网络号有 22 位, 主机号有 8 位 注意，第一位十进制数的取值从 224 到 255 是保留的 用于较小的区域，主机地址较少 IP AddressesIP 地址 Proliferation of the Internet and TCP/IP means that we are now running out of IP addresses 国际互连网与TCP/IP协议的激增意味着IP地址将要用完 New schemes have been suggested to extend the IP address scheme 已经有新的方案用来扩展IP地址 Nothing st

26、andardised yet so for now we have to stick with IP addresses 目前为止，还没有标准的方案，我们还得使用IP地址 子网子网寻址是IP编址的一种扩展方案这种方案允许一个区域内的几个物理网使用同一个网络号在这一区域之外的网络寻址仍按以前的、将IP地址分解成 网络号和主机号的方案进行在这一区域内，利用子网掩码 将IP地址重新分解成用户定 义的网络号 部分和 主机号 部分 路由器路由器将几个独立的物理网络连接成一个网络系统路由器也称作网关当一个网络上的主机要与另一个网络上的主机通讯时，路由器就在两个 网络之间传递数据主机A 主机B路由器网络 1

27、网络 2 路由器例如，主机 B (IP地址 128.2.0.1) 要与主机 C 通讯 C 的IP地址表明该主机在同一个(物理)网络上，因此它们可以直接通讯 主机A 主机B主机C路由器网络 1网络 2128.1.0.1128.2.0.1 128.2.0.2 128.2.0.3128.1.0.2 路由器现在假定主机 B 要与主机 A 通讯因为它们的网络号不同，主机 B 知道主机 A 在另一个网络上为了建立通讯，主机 B 必须知道连接两个网络的路由器的IP地址注意，路由器必须有两个IP地址，一个地址对应于一个网络主机A 主机B主机C路由器网络 1网络 2128.1.0.1128.2.0.1 128.

28、2.0.2 128.2.0.3128.1.0.2 子网掩码理解子网掩码的最好方法是根据子网掩码判断几个节点是否 在同一个网络中注意，IP地址是一串二进制数如果节点3.0.0.1要向节点 3.0.0.2发送信息，且子网掩码是 255.255.255.0因为这两个IP地址在子网掩码部分有相同的值，所以这两个 节点肯定在同一个网络上 3.0.0.1 - 00000011 00000000 00000000 00000001 3.0.0.2 - 00000011 00000000 00000000 00000010 掩码 - 11111111 11111111 11111111 00000000 子网

29、掩码如果节点 3.0.0.1 要发送信息给节点 3.0.1.1 子网掩码仍旧是 255.255.255.0因为这两个IP地址在子网掩码部分有不同的值, 因此它们肯 定在不同的网络上 3.0.0.1 - 00000011 00000000 00000000 00000001 3.0.1.1 - 00000011 00000000 00000001 00000001掩码 - 11111111 11111111 11111111 00000000也正因为这样的不同, 网络系统将使用路由器将信息转发到 另一个网络 为保证正确的通讯：所有在网络中的设备必须有一个唯一的 IP 地址任何在同一个物理网中、要

30、互相通讯的设备都必须有相同的 网络号任何设备要和不在同一个物理网上的其他设备通讯，必须知 道路由器(网关)的 IP 地址任何在同一区域内、要互相通讯的设备都必须有同样的子网 掩码 IP地址和子网掩码将由网络管理员分配决定 (由GE和IT) 其他术语 BOOTP (引导协议)是用于自动分配 IP 地址的服务在服务器上例出 MAC 地址和 IP 地址的对应使得地址的管理更容易被 GE Fanuc 的90-30和90-70以太网模块所支持 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)是用于自动分配 IP 地址的服务 IP 地址根据节点的名称自动分配产生，通常与

31、域名系统(DNS)一起 使用不被 GE Fanuc 的以太网支持 中继器将两个网段连在同一个网络上在总线电缆上提升信号电平 1234567User1234567User 1 1网段A上的站网段B上的站中继器这两个网段仍然在同一个冲突域内总的电缆长度被限制为755 米(10base2)1,700 米(10base5)通常2,000 米(10base FL) 12 1桥2MAC MACLLC 桥连接两个使用不同 MAC 协议的网络在不同类型电缆上的数据传输是透明的用来减少网络的数据传输的阻塞 1234567User1234567User两个网络上的数据帧自成体系除非，数据是发往另一个网络(使用 M

32、AC 地址)如，连接以太网和MAP网(第 3 至 7 层是相同的)在网络B上的节点在网络A上的节点 路由器连接两个使用不同的 MAC 协议和 LLC 子层的网络用于减少网络传输的阻塞 1 1 1234567User1234567User在网络A上的站在网络B上的站2 23路由器3数据信息在两个网络上互不相干除非，数据是发往另一个网络(使用 IP 地址)如， 连接以太网和 MAP(第 3 至 7 层相同) 网关连接任意两个网络 1234567User1234567User在网络A上的站在网络B上的站1 12 23 34 45 56 67 Gateway 7应用层是相同的(可在第 5 或 6 层连

33、接) GE Fanuc 的以太网产品 GE Fanuc 的以太网策略 SRTP 协议 90 -70 PLC 的以太网接口模块 什么是 SRTP? SRTP - 串行请求传送协议 SRTP 能提供与 SNP 协议相同的服务 SRTP 被设计成是在以太网上运行的协议 SRTP 协议可同时支持与其他设备的 16/32 个连接支持在一个报文中 读/写 2048个字节的用户数据 为什么要用 SRTP? TCP/IP 并没有定义应用层(第七层)协议 TCP 层(第四层)的向上接口仅仅定义了要被传输的数据的数 量，而不是数据的具体内容因此，也就没有针对工厂设备之间数据交换的信息报文协议 SNP/SRTP 已

34、经存在于 GE Fanuc 的模块中 SRTP 提供与 SNP 协议一样的、快速的、高效的主/从通讯 功能，可实现与PLC的数据交换和编程 SRTP 的功能支持对系列90 PLC 的所有内存的访问支持对系列90 PLC 的系统状态区的访问如，错误表, 实时日历时钟最大传输数据长度 2,048 字节 1,024 个寄存器 以太网接口模块 80486 33MHz 微处理器 3M 内存集成有BNC/10base2, 10baseT 和15针 AUI 接口用户可提供外接的收发器集成有RJ-11 的 RS232 接口用于连接本地的站管理软件(诊断口)集成有15针的 RS-485 接口用于向模块下载新的系

35、统程序 4 个LED状态指示灯 Module OK - 表明模块在工作，且组态正确 Online - 表明模块连接在网络上 Serial - 表明串行口在工作 Status OK - 如果熄灭，表明在模块的状态记录中有记录信息 以太网接口模块所提供的服务 SRTP 客户/服务器同时建立32个连接通道不经请求发送数据性能比 741 模块快四倍可同时建立32个连接通道每个SRTP设备使用一个连接通道与编程器或主机相连每个通道就是一个连接每次不经请求发送数据也使用一个通道性能限制 在通讯的数据量和通道的个数之间，没有调剂的余地 以太网模块必须使用有 +/- 12 VDC 的电源模块必须插在 CPU

36、机架上在 CPU 与以太网模块之间不能有空槽如果必须有空槽，必须在空槽上插入中断跳线每台 PLC 最多可有四块以太网模块 以太网模块的组态使用 ME软件 可以组态以太网模块在 ME 中须配置如下参数 IP 地址子网掩码串行口参数设置将组态内容下载给 PLC 的 CPU 使用 ping 命令 Ping 命令是用来向网上的一台设备发出一段测试信息，以检 查该设备是否存在于网络上如，ping 3.0.0.1 Ping 命令告诉你该设备是否存在如果被测设备存在，Ping 命令给出响应的时间信息 Ping 命令是在网际层(IP)检查网络设备的 Ping 存在于安装了 TCP/IP 协议的 Win95/N

37、T 操作系统中 以太网通讯的编程实现要使PLC作为服务器运行，无需编程要使PLC作为客户机运行，应使用COMMREQ指令编程 COMMREQ 指令COMMREQIN FTSYSID TASK 使能端OKFault通讯参数块起始地址以太网模块的槽号/机架号任务号 (对以太网通讯，填 0)该指令在 DATAMV 指令栏中 以太网通讯COMMREQ指令的通讯参数块前六个字是所有 COMMREQ 指令都 必须具备的参数从第七个字开始，是 针对以太网通讯的特定参数 通过硬件配置直接实现数据交换试验：以PLC1发送给PLC2的EGD数据为例1.首先对以太网进行配置对两台PLC均进行临时IP配置 2.配置以太网接口模块3.对以太网模块进行IP地址设置 4.配置EGD 将PLC1设置为Producer;将PLC2设置为Consumer 5.EGD的发送和接收 定义发送和接收数据的长度和起始地址 6. 验证实验结果。将发送方相应的值做修改，看是否在接收方的相应位出现变化。