從圖2可以看出，EtherNet/IP、DeviceNet和ControlNet三種網(wǎng)絡(luò)具有統(tǒng)一的應(yīng)用層、應(yīng)用對象庫和設(shè)備描述。也就是說，在七層OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型中，這三種網(wǎng)絡(luò)只有最低的四層不同，如圖2所示。
　　圖2描述了EtherNet/IP的協(xié)議結(jié)構(gòu)，通過使用這些不同層面的協(xié)議，實現(xiàn)了對控制、配置、數(shù)據(jù)采集服務(wù)的優(yōu)化，使得EtherNet/IP在控制領(lǐng)域的應(yīng)用更加切實可行、更加安全可靠。

III.    與其它Internet協(xié)議共存
　　EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于大多數(shù)用戶能夠通過利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)知識和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，讓它們發(fā)揮最大的作用，獲得更多的投資回報。

　　目前，眾多廠商都能提供以太網(wǎng)設(shè)備，使得組建網(wǎng)絡(luò)的費用大大降低。因此，用戶更希望能夠利用目前市面上已有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而控制系統(tǒng)成本。

　　如果EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)需要采用指定廠商的特殊物理介質(zhì)來構(gòu)建，那么它的優(yōu)勢就不復(fù)存在。同樣道理，如果 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)需要一個專門的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來運行，或者不能與現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)相連接，那么它的優(yōu)勢也會黯然失色。因此，EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)必須能夠與現(xiàn)有的Internet和Intranet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議共存。這就意味著，在任何地方都要使用TCP/IP協(xié)議。
A.    以太網(wǎng)通訊協(xié)議
　　以太網(wǎng)技術(shù)本身只定義了物理介質(zhì)和介質(zhì)的訪問方式（CSMA/CD），并采用簡單的數(shù)據(jù)幀格式和源/目標(biāo)通訊模式來完成局域網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。就其本身而言，以太網(wǎng)缺少更為復(fù)雜的功能來實現(xiàn)局域網(wǎng)的全部應(yīng)用要求。正因為如此，在實際使用過程中，還需要讓以太網(wǎng)支持一個或多個通訊協(xié)議，讓它們作為以太網(wǎng)的上層協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理等功能。因此，這種上層的通訊協(xié)議決定了網(wǎng)絡(luò)所支持的功能，以及什么樣的設(shè)備能夠連接網(wǎng)絡(luò)，怎樣實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互操作。
    
　　曾經(jīng)有許多協(xié)議在以太網(wǎng)上應(yīng)用過，例如DECnet™、Novell IPX™、MAP™、TOP、OSI Stack、AppleTalk™以及TCP/IP。在這些協(xié)議中，TCP/IP協(xié)議最為引人矚目，因為為它不僅實現(xiàn)了全球Internet的互聯(lián)，還能用于構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部的Intranet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)企業(yè)信息的共享和數(shù)據(jù)交換。TCP/IP作為Internet的協(xié)議，不僅可以運行在以太網(wǎng)上，還支持其它物理介質(zhì)。當(dāng)然，以太網(wǎng)也支持其它協(xié)議。但是，由于TCP/IP協(xié)議與以太網(wǎng)的結(jié)合，實現(xiàn)了Intranet和Internet的無縫集成。所以，它們之間的關(guān)系也就越來越密切。在工業(yè)現(xiàn)場，無論是現(xiàn)在，還是在不遠(yuǎn)的將來，TCP/IP協(xié)議遲早都會成為在以太網(wǎng)中占有統(tǒng)制地位的“中間層”協(xié)議，如圖3所示。
B.    TCP/IP協(xié)議的起源與特點
　　多年來，世界上主流的計算機(jī)平臺都提供對TCP/IP協(xié)議的支持?，F(xiàn)在，它已經(jīng)內(nèi)置到Windows NT™、　　Windows 2000等操作系統(tǒng)中，成為用戶構(gòu)建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的首選協(xié)議。在許多公司，可能擁有數(shù)臺工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、服務(wù)器、中型甚至大型計算機(jī)，單單某一家廠商很難提供所有這些設(shè)備。因此，這些設(shè)備都采用了統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，使得它們都能夠集成到局域網(wǎng)中。

　　TCP/IP協(xié)議也采用了分層結(jié)構(gòu)，它與OSI七層網(wǎng)絡(luò)參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出，以太網(wǎng)技術(shù)只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)際協(xié)議（IP）對應(yīng)于第三層——網(wǎng)絡(luò)層，TCP傳輸控制協(xié)議和UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議對應(yīng)于第四層——傳輸層。在基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，用戶服務(wù)協(xié)議屬于第七層——應(yīng)用層。TCP/IP協(xié)議組沒有OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的第五層和第六層。

　　OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型中的每一層都需要使用其下一層協(xié)議所提供的服務(wù)。比如，一個TCP連接需要在以太網(wǎng)上向另外的設(shè)備發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。首先，它需要將這個數(shù)據(jù)包交給IP協(xié)議進(jìn)行處理，由IP協(xié)議將這個數(shù)據(jù)包發(fā)送給以太網(wǎng)接口，并確定這個數(shù)據(jù)包傳送到了目標(biāo)設(shè)備。同時，作為接收方，IP協(xié)議要通過以太網(wǎng)接口接收數(shù)據(jù)包，然后將其交給TCP協(xié)議進(jìn)行處理，建立通訊連接。

　　TCP/IP協(xié)議的最底層是網(wǎng)絡(luò)層，也是IP協(xié)議所在的層面。IP協(xié)議用于在兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間，采用無連接和無確認(rèn)應(yīng)答的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包。因此，IP協(xié)議并不能對數(shù)據(jù)的傳輸提供擔(dān)保，而需要由傳輸層協(xié)議或者應(yīng)用層協(xié)議來完成這一任務(wù)。IP協(xié)議可以運行在以太網(wǎng)和多種其它局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)中，這正是IP協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)內(nèi)部Intranet網(wǎng)絡(luò)和Internet無縫連接的原因。

　　在網(wǎng)絡(luò)層中，還有地址解析協(xié)議（ARP）。ARP協(xié)議用于實現(xiàn)IP地址到以太網(wǎng)地址的映射，以及維護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的地址映射表。當(dāng)某一設(shè)備要將一個IP數(shù)據(jù)包傳送給其它設(shè)備時，發(fā)送設(shè)備首先會嘗試使用本地廣播報文去詢問目標(biāo)IP地址的設(shè)備，然后將其以太網(wǎng)地址返回給發(fā)送設(shè)備。這一應(yīng)答結(jié)果將被存入發(fā)送設(shè)備內(nèi)部的地址映射表，方便以后使用。值得注意的是，以太網(wǎng)廣播報文只能在集線器、交換機(jī)和網(wǎng)橋之間傳輸，不能穿透路由器。因此，以太網(wǎng)廣播報文被限制在一個子網(wǎng)內(nèi)，而不可能擴(kuò)散到全球范圍的Internet網(wǎng)絡(luò)中。

　　IP地址是32位的二進(jìn)制數(shù)字，由獨立的InterNIC網(wǎng)絡(luò)信息中心負(fù)責(zé)分配，在某一網(wǎng)絡(luò)中不能重復(fù)。任何企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備需要和外界通訊，都必須使用事先分配好的IP地址。這與以太網(wǎng)地址不同，以太網(wǎng)地址是由生產(chǎn)廠商固定在以太網(wǎng)硬件設(shè)備中的地址，不能進(jìn)行更改。用戶可以根據(jù)自身企業(yè)信息系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定和要求，配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址和子網(wǎng)。有時候可能需要改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址，但是應(yīng)該在此之前做好心細(xì)的規(guī)劃，防止網(wǎng)絡(luò)上某一設(shè)備已經(jīng)占用了特定的IP地址，從而造成IP地址沖突，使得已有的網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。

　　如果一個內(nèi)部的局域網(wǎng)通過路由器與Internet相連接，那么這些設(shè)備的IP地址必須屬于已分配給它使用的IP地址段。如果內(nèi)部局域網(wǎng)不與Internet相連接，那么它的IP地址分配就可以按照自己的要求來進(jìn)行。隨著Internet的普及和廣泛應(yīng)用，可用的IP地址資源已經(jīng)瀕臨枯竭。目前，人們正在研究使用新的IP地址形式，也就是IPv6，它支持48位二進(jìn)制的IP地址形式，這樣一來，就有充足的IP地址供人們使用。

　　與以太網(wǎng)地址類似的是，IP地址也分為非廣播（單目標(biāo)）、多點傳送（目標(biāo)組）和廣播（網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都能接收）地址。因此，IP地址必須通過相應(yīng)的IP軟件和以太網(wǎng)驅(qū)動程序?qū)⑵溆成涑蓪?yīng)的以太網(wǎng)地址。

　　TCP/IP協(xié)議制定了TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）兩種協(xié)議用于數(shù)據(jù)傳輸。它們都屬于OSI七層網(wǎng)絡(luò)參考模型中的傳輸層。TCP協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議，用于確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。一旦在兩個設(shè)備之間建立起TCP連接，TCP協(xié)議將用于拆分、組裝數(shù)據(jù)包，檢測錯誤、數(shù)據(jù)重新發(fā)送，通常用于在兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸。TCP協(xié)議能夠確保數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)設(shè)備。一旦由于某種原因造成傳輸失敗，TCP協(xié)議將確保TCP連接的收發(fā)雙方應(yīng)用程序能夠得知這一故障。TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)以字節(jié)流的形式提供給它上一層的應(yīng)用層協(xié)議。同時，應(yīng)用層還要對字節(jié)流數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和分割。

　　TCP協(xié)議只適合于非廣播（點對點）傳輸方式，通常在Telnet（終端仿真）、FTP（文件傳輸）以及HTTP（Web服務(wù)）等應(yīng)用中采用。在工業(yè)自動化應(yīng)用中，TCP協(xié)議通常用于計算機(jī)向PLC下載梯形圖程序，或者人機(jī)界面軟件對PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，以及兩臺PLC之間的點對點信息交換。

　　UDP是一種非常簡單的傳輸協(xié)議，它采用無連接的通訊方式，用于在兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)報文收發(fā)。它并不能保證數(shù)據(jù)能夠從一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送到另外一個，也沒有數(shù)據(jù)重發(fā)功能，甚至不知道目標(biāo)設(shè)備是否已經(jīng)收到了數(shù)據(jù)。因此，需要應(yīng)用層協(xié)議實現(xiàn)設(shè)備之間的握手信號或者連接管理，通常在較小流量要求的服務(wù)中才使用UDP協(xié)議，例如SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）和NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）。UDP協(xié)議與TCP協(xié)議相比，傳輸能力和資源占用都比較低，因而能夠進(jìn)行更小、更簡單、更快捷的數(shù)據(jù)傳輸。UDP協(xié)議支持非廣播、多點傳送和廣播三種不同的傳輸方式。在工業(yè)自動化應(yīng)用中，UDP協(xié)議通常用于網(wǎng)絡(luò)管理、對可靠性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸，或者由應(yīng)用程序的其它功能實現(xiàn)自身的可靠性，比如在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中采用閃存芯片進(jìn)行編程。

　　有關(guān)TCP/IP協(xié)議及其應(yīng)用的技術(shù)資料已經(jīng)被歸檔，稱為請求評注（RFC），由Internet工程任務(wù)組（IETF）負(fù)責(zé)維護(hù)。IETF是一個獨立性的組織，用于制定Internet的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。所有RFC資料都是公開的，用戶可以從IETF的網(wǎng)站免費下載。

C.    應(yīng)用層協(xié)議及互操作性
TCP/IP協(xié)議提供一系列的服務(wù)，無論是在局域網(wǎng)中，還是在廣闊的Internet中，都可以保證兩個設(shè)備之間的相互通訊。但是，單獨采用TCP/IP協(xié)議并不能確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通訊效率，它只能保證應(yīng)用層信息能夠成功地在兩個設(shè)備之間進(jìn)行傳輸。

　　為了提高通訊效率，需要在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上安裝兼容的應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件必須相互懂得對方所提供的服務(wù)，能夠在TCP/IP（UDP/IP）協(xié)議的基礎(chǔ)上，使用通用的報文格式進(jìn)行通訊。RFC資料提供了Internet常用應(yīng)用服務(wù)的文檔，例如FTP、HTTP、Telnet、SNMP、SMTP（E-mail）等，詳細(xì)定義了它們的工作機(jī)理。因此，任何廠商只要根據(jù)RFC資料的要求進(jìn)行生產(chǎn)和程序開發(fā)，就可以確保設(shè)備之間能夠相互通訊，甚至是不同廠商的設(shè)備。這種通過應(yīng)用層協(xié)議實現(xiàn)不同廠商設(shè)備之間相同通訊的能力被稱為互操作性。

　　雖然文件傳輸（FTP）、終端仿真（Telnet）、電子郵件（SMTP）和其它通用的服務(wù)已經(jīng)在IETF的領(lǐng)導(dǎo)下確定下來。但是在工業(yè)自動化領(lǐng)域，情況卻不是這么簡單。雖然某些自動化廠商的設(shè)備能夠工作在以太網(wǎng)上，也采用了TCP/IP協(xié)議，但是它們卻有著不同的應(yīng)用層協(xié)議。這樣一來，在車間現(xiàn)場中，不同自動化廠商的設(shè)備即便可以與局域網(wǎng)相連接，在物理上能夠?qū)崿F(xiàn)共存，卻不能進(jìn)行設(shè)備之間的互操作。比如，A廠商的PLC不能通過TCP/IP連接，方便地共享B廠商PLC中的數(shù)據(jù)；或者A廠商工作站內(nèi)的軟件不能對B廠商的設(shè)備編程或者配置?？梢姡捎谌狈ゲ僮餍?，即便在同一個項目，同一個以太網(wǎng)中，用戶也很難將不同廠商的以太網(wǎng)設(shè)備集成在一起，構(gòu)成一個系統(tǒng)。

　　從圖4中可以看出，EtherNet/IP協(xié)議能夠與任何現(xiàn)有的協(xié)議共存，它們都可以運行在TCP/UDP傳輸層之上。 
D.    目前以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議在工業(yè)自動化中的應(yīng)用
目前，基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)不僅僅局限于車間范圍內(nèi)的通訊，而且已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與整個企業(yè)Intranet，甚至Internet的連接。在工廠中，以太網(wǎng)通常用于實現(xiàn)如下功能：設(shè)備程序維護(hù)、MIS或MES系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備交換數(shù)據(jù)、內(nèi)部網(wǎng)頁服務(wù)、控制設(shè)備監(jiān)管、操作員終端與現(xiàn)場設(shè)備通訊、事件記錄或報警等。這些功能都需要以太網(wǎng)提供較高的數(shù)據(jù)吞吐量和廣泛的設(shè)備連接能力，而響應(yīng)時間則是第二位需要考慮的問題?，F(xiàn)在，雖然有些用戶已經(jīng)將以太網(wǎng)用于自動化控制系統(tǒng)，但是其控制能力具有一定的局限性。比如，通過以太網(wǎng)共享處理器中的數(shù)據(jù)，這樣的應(yīng)用項目充分發(fā)揮了以太網(wǎng)具有較大數(shù)據(jù)吞吐量的優(yōu)勢，但是它的信息響應(yīng)時間卻不具備較高的確定性和可重復(fù)性。
 

圖4 CIP協(xié)議與其它應(yīng)用層協(xié)議共存
    
　　圖4清楚地說明了EtherNet/IP協(xié)議提供的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備配置服務(wù)如何在Internet環(huán)境中實現(xiàn)。

（轉(zhuǎn)載）