以太网
以太网是一种计算机联网技术,最早出现在1970年代, 其概念由当时在Xerox PARC(施乐帕洛阿尔托研究中心)作研究的 Robert Metcalfe 提出。从标准的角度,1980年9月第一个关于以太网的标准 "The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications"发布。这个标准由 Digital Equipment Corporation (DEC), Intel, t和 Xerox 三家公司联合发布,所以也叫做 DIX 标准,其定义了具有48位的目的地址和源地址以及一个16位以太网类型区域的10 Mbit/s 以太网。1982年11月该标准第二版本发布,即 Ethernet II. 而IEEE也在1980年开始启动802项目来制定局域网的标准,经各方努力或角力,IEEE802.3标准在1983年6月发布。对应于ISO/OSI模型,以太网标准只定义了物理层和数据链路层的规范。
Robert Metcalfe 1976年手绘的以太网概念图
与受控访问的令牌环技术不同,以太网从诞生时就是去中心化随机访问的。早期的以太网采用同轴电缆作为共享介质传输,网段上一台设备发送帧时,该网段的其它设备都必须侦听,同一网段的两台设备同时传输数据时将引发冲突,导致所有设备都必须重传,所以早期的以太网采用一种叫做带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的技术来控制信号传输。
随着技术的发展,其传输介质已从同轴电缆变为如今常用的双绞线和光纤,传输速率从2.94Mbit/s发展到10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s、甚至400Gbit/s. 而交换机和全双工通信技术,则使得以太网原有的冲突问题可以避免。
随着技术不断创新,IEEE802.3标准不断迭代,以太网在市场上也是一路高猛进,应用领域从最初的计算机连接到如今各种设备的连接,从商业到工业,渗透在社会生活的方方面面。
工业以太网是以太网技术在工业环境的应用,其与普通以太网的区别主要体现在两方面。
第一方面是由工业现场的物理环境与办公环境的差别决定的。工业现场环境恶劣,存在诸如极端的环境温度、湿度,持续的振动,严重的电磁干扰,粉尘、腐蚀等各种情况。这就决定了工业现场应用的网络组件要能适应严苛的环境要求,无论是有源部件如交换机和无源部件如接头、电缆等。
第二方面是由工业现场中工厂或机械的工艺应用要求决定的。如实时性,犹其在一些高精度的控制系统中;可用性,要求在网络冗余,在网络故障时不影响生产;功能安全,保证故障安全;灵活性,根据设备布局灵活选择拓扑;可靠性,长期不断电的持续工作等等 。普通的以太网是“尽力而为”的传输,并不具有实时性,因此还需要一些特殊的协议如PROFINET来实现工业现场的数据传输,同时还要满足其它的要求。
PROFINET
PROFINET是PI(PROFIBUS&PROFINET国际组织)推出的用于自动化的开放的工业以太网标准。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、过程自动化、故障安全以及网络安全等自动化领域的热点话题,并且,作为跨供应商的技术,可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术,保护现有投资。
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