以太网络

以太网络（精选11篇）

以太网络 篇1

Moxa近期推出三款高电力的Po E (Power over Ethernet, 以太网络供电) IEEE 802.3 af/at工业级以太网络交换机, 主要针对需要高电力的PoE兼容受电设备之需求而设计, 如PTZ摄影机和长距离无线AP等。这三款新产品分别为:EDS-P506A-4PoE、EDS-P206A-4PoE和INJ-24。它们分别可提供高达30W的电力来满足高电力需求的受电设备, 所提供之电力是现有IEEE802.3af PoE标准设备所能提供的2倍。

网管型的EDS-P506A-4PoE和非网管型的EDS-P206A-4Po E PoE Plus以太网络交换机所支持的电源输入为24/48 V, 它们藉由备援电源输入以保障供电不中断, 并确保于自动化控制网络中能够掌握更高层级的作业便利性。这2个型号是特别针对不同的关键应用而量身订做的:EDS-P506A-4Po E提供高阶的网管功能, 如SNMPv1/v2c/v3、IEEE 1588 PTP、DHCP Option 82、Modbus/TCP、Turbo Ring、Turbo Chain、RSTP/STP、IGMP snooping和GMRP;而紧固型的EDS-P206A-4PoE则特别适用于空间吃紧的应用环境, 如路侧机柜内的安装应用。至于INJ-24 10/100/1000Mbps PoE injector则是用于将现有的非PoE工业级以太网络升级为支持PoE的网络。

EDS-P506A-4Po E和EDS-P206A-4Po E PoE Plus工业级以太网络交换机的加入让Moxa PoE解决方案的产品组合更为完整。此2款产品使得Moxa原本包含广泛的PoE解决方案更臻丰富, 此解决方案的产品线包含如下:

符合EN50155认证的TN-5516-8PoE系列16端口M12网管型交换机;TN-5308-4PoE系列8端口M12非网管型列车专用以太网络交换机;EDS-P5107+3G端口PoE网管型以太网络交换机;EDS-P308 8端口PoE非网管型以太网络交换机;IKS-6726-8Po E 24+2G埠模块化机架式PoE网管型以太网络交换机。

以太网络 篇2

D020局域网概述

局域网的基本概念了解局域网的基本定义以及局域网的演化过程，以太网技术了解局域网数据流量的区分方法了解80/20规则和20/80规则的基本概念,了解以太网中的二三层交换技术以及三层交换技术与路由的关系知道四层交换与多层交换的基本概念。局域网管理和设计了解对局域网进行管理和设计的基本方法QuidwayS系列交换机了解华为QuidwayS系列交换机的分类和基本业务特性。

D021以太网端口技术

以太网的连接需求了解对于一般的以太网连接需要保证哪些网络性能，以太网的类型了解三种常见的以太网类型10M/100M/1000M以及它们各自的特性，以太网端口技术了解常用的以太网端口技术包括自协商技术智能MDI/MDIX识别技术和流控技术全双工半双工等。端口捆绑了解端口捆绑PortTrunking的基本概念实现原理以及主要应用，端口配置基础及调试掌握华为QuidwayS系列交换机常用端口的基本配置和调试方法。

D022VLAN基础

虚拟局域网VLAN概述了解VLAN产生的原因以及通过VLAN划分广播域的好处理解四种基本的划分VLAN的方法基于MAC地址基于端口基于协议和基于子网，VALN协议IEEEE802.1q了解有关VLAN的正式标准IEEEE802.1q协议的基本概念理解VLAN的帧格式了解VLAN链路的两种类型Access和Trunk理解VLAN帧在网络通信中的变化。

VLAN注册协议GVRP了解VLAN的动态注册协议GVRP的基本工作原理和相关的配置方法，VLAN基础配置及调试掌握华为QuidwayS系列交换机上关于VLAN的基本配置和调试方法D023VLAN路由，VLAN间路由的需求了解VALN间路由产生的背景以及利用路由器实现VLAN间通信的基本原理和主要特点。

三层交换机做VLAN间路由了解利用三层交换机做VLAN间路由的基本原理和使用三层交换机相对于路由器的优势了解三层交换机的一般功能模型理解基于流交换的三层交换技术及其相对于报文到报文方式的优点理解三层交换机的转发流程，

VLAN间路由配置掌握华为QuidwayS系列交换机上关于VLAN间路由的基本配置和调试方法，D024生成树协议原理及配置，透明桥接概述了解透明网桥的主要应用理解路径回环的产生原因和为什么要引入生成树。

生成树协议STP了解生成树协议的基本原理了解配置消息BPDU的内容和格式理解生成树协议对配置消息的处理过程了解生成树协议对链路故障临时回路以及网络拓扑改变所作的处理，快速生成树协议RSTP了解快速生成树协议的基本功能及其相对于生成树协议的几点改进。生成树协议的配置及调试掌握掌握华为QuidwayS系列交换机上关于生成树的基本配置和调试方法。

D025组播技术原理与配置

组播的应用了解单播广播和组播之间的区别了解组播的几种基本应用和组播技术的特点，组播实现技术介绍了解组播的IP地址MAC地址以及IP地址到MAC地址的映射了解IP组播数据包的转发过程了解组播数据包的二层交换。

IGMP协议及配置了解IGMP协议的基本原理包括IGMP中路由器主机动作报告抑制过程IGMPv2的报文格式以及IGMP 等掌握有关IGMP的基本配置，PIM介绍了解PIM的基本概念了解PIM-DM的基本工作原理和配置方法了解PIM-SM的基本工作原理和配置方法。

D026以太网安全

以太网访问列表应用了解以太网端口技术访问控制列表的基本应用了解常见防火墙的分类和IP包过滤的一般特性，以太网访问列表构成了解以太网访问控制列表的构成了解以太网访问控制列表的一般分类掌握几种常见类型的访问控制列表的配置方法，802.1x协议原理掌握802.1x认证过程中各个设备角色的主要功能理解802.1x认证的基本协议流程，交换机上802.1x认证配置掌握交换机上AAA及802.1x认证的配置。

D027交换QoS

以太网中网络监听检测的安全技术 篇3

1 引言

网络监听，在网络安全中通常发生在以太网中对其他主机的监听，一直以来，都缺乏很好的检测方法。这是由于产生网络监听行为的主机在工作时只是被动地收集数据包，不会主动发出任何信息的原因。目前有如下解决方法：向怀疑有网络监听行为的网络发送大量垃圾数据包，根据各个主机回应的情况进行判断，正常的系统回应的时间应该没有太明显的变化，而处于混杂模式的系统由于对大量的垃圾信息照单全收，所以很有可能回应时间会发生较大的变化；许多的网络监听软件都会尝试进行地址反向解析，因为这些检测都是建立在假设之上的，其检测结果准确率有待提高。在实际中也很难实现。

作为一种发展比较成熟的技术，网络监听在协助网络管理员检测网络传输数据，排除网络故障方面具有不可替代的作用，但网络监听也给以太网络安全带来了极大隐患，许多的网络入侵往往都是伴随着以太网内网络监听行为，从而造成口令失窃，敏感数据被截获等连锁性安全事故。在网络上，监听效果最好的地方是在网关、路由器、防火墙一类的设备处，通常由网络管理员来操作。

2 网络监听原理

以太网可以把相邻的计算机、终端、大容量存储器的外围设备、控制器、显示器以及为连接其他网络而使用的网络连接器等相互连接起来，具有设备共享、信息共享、高速数据通讯等特点。以太网这种工作方式，一个形象的比喻：学校很多的学生集中在一间大教室里，教室就像是一个共享的信道，里面的每个人好像是一台主机。教师所说的话是信息包，在教室中到处传播。当我们对其中某同学说话时，所有的人都能听到。正常情况下只有名字相符的那个人才会作出反应，并进行回应。但其他人了解谈话的内容，也可对所有谈话内容作出反应。因此，网络监听用来监视网络的状态、数据流动情况以及网络上传输的信息等。当信息以明文的形式在网络上传输时，使用监听技术进行攻击并不是一件难事，只要将网络接口设置成监听模式，便可以源源不断地将网上传输的信息截获。

3 网络监听的特点

(１)手段灵活。网络监听可以在网上的任何位置实施，可以是网上的一台主机、路由器，也可以是调制解调器。

(２)隐蔽性强。进行网络监听的主机只是被动地接收网上传输的信息，没有任何主动的行为，既不修改网上传输的数据包，也不往链路上插入任何数据，很难被网络管理员觉察到。

4 网络监听的检测

（1）对于怀疑运行监听程序的机器，向局域网内的主机发送非广播方式的ARP包（错误的物理地址），如果局域网内的某个主机响应了这个ARP请求，我们就可以判断该机器处于杂乱模式。而正常的机器不处于杂乱模式，对于错误的物理地址不会得到响应。

（2）网络和主机响应时间测试。向网上发大量不存在的物理地址的包，处于混杂模式下的机器则缺乏此类底层的过滤，由于监听程序要分析和处理大量的数据包会占用很多的CPU资源，骤然增加的网络通讯流量会对该机器造成较明显的影响，这将导致性能下降。通过比较前后该机器性能加以判断是否存在网络监听。

（3）使用反监听工具如antisniffer等进行检测。

5 网络监听的防范

首先是网络分段，网络分段即采用网络分段技术建立安全的拓扑结构，将一个大的网络分成若干个小网络，如将一个部门、一个办公室等可以相互信任的主机放在一个物理网段上，网段之间再通过网桥、交换机或路由器相连，实现相互隔离。这样只有相互信任的主机才在同一网段，才可进行直接的通信。这是控制网络风暴的一种基本手段，也是防范网络监听的一项重要措施。因此，网段外的主机无法直接对网段内的主机进行监听，从而减少网段内主机被基于广播原理监听的可能性，即使某个网段被监听了，网络中其他网段还是安全的，因为数据包只能在该子网的网段内被截获，网络中的剩余部分则被保护了。

其次是数据加密，数据加密的优越性在于，即使攻击者获得了数据，如果不能破译，这些数据对他们也是没有用的。一般而言，人们真正关心的是那些秘密数据的安全传输，使其不被监听和偷换。如果这些信息以明文的形式传输，就很容易被截获而且阅读出来。因此，对秘密数据进行加密传输是一个很好的办法。

再次是加强身份验证，采用一定的安全措施，使主机之间的信任和主机身份识别需要IP地址和MAC地址，而不是单纯依靠IP地址或MAC地址。这样监听者主机就无法利用ARP欺骗技术来冒充被监听的主机。

6 结束语

从“网络执行官”看以太网安全 篇4

关键词：网络,安全

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。正是由于其低成本、高可靠性、高网速以及极好的开放性, 在电信组网中也得到了极为广泛的应用, 时至今日, 以太网用户数量已经拥有巨大的规模。

在以太网中, 同一个园区的上百甚至上千的用户都在同一个广播域下。这样, 园区里面有任何一个用户发起“ARP欺骗”攻击, 其发出的大量ARP请求报文都会被整个园区的用户接收到, 使得整个园区的用户都会因为“ARP欺骗”引起地址重复的错误继而全部无法上网, 从而造成了整个园区网络中断故障。从上述看出, 以太网存在着自身的安全漏洞, 所以以太网安全维护工作也成为数据网络维护工作的重点之一。

1“网络执行官”软件工作原理简介

“网络执行官”是一款局域网管理辅助软件, 采用网络底层协议 (ARP协议) , 能穿透各客户端防火墙对网络中的每一台主机进行监控。利用好了它是一款通过ARP协议的网络管理软件, 若利用不当则是一款ARP欺骗黑客工具。

ARP (Address Resolution Protocol) 是地址解析协议, ARP是一种将IP地址转化成物理地址的协议。从IP地址到物理地址的映射有两种方式:表格方式和非表格方式。ARP具体说来就是将网络层 (IP层, 也就是相当于OSI的第三层) 地址解析为数据连接层 (MAC层, 也就是相当于OSI的第二层) 的MAC地址。在网络中, 路由器, 交换机上存储并更新ARP表, 即IP-MAC-PORT表, 如果任何一个环节的ARP表错误, 用户都不能正常上网。

基于ARP协议的这一工作特性, “网络执行官”当作为黑客工具时向对方计算机不断发送有欺诈性质的ARP数据包, 数据包内包含有与当前设备重复的Mac地址, 使对方在回应报文时, 由于简单的地址重复错误而导致不能进行正常的网络通信。一般情况下, 受到“网络执行官”ARP攻击的计算机会出现两种现象。

(1) 不断弹出“本机的XXX段硬件地址与网络中的XXX段地址冲突”的对话框。

(2) 计算机不能正常上网, 出现网络中断的症状。

“网络执行官”这种攻击是利用ARP请求报文进行“欺骗”的, 所以防火墙会误以为是正常的请求数据包, 不予拦截。因此普通的防火墙很难抵挡这种攻击。

2“网络执行官”的危害和以太网二层隔离的必要性

分析了网络执行官的原理后, 可以更清楚的看到它的危害。它原本是为了管理局域网用户的网管软件, 而如果用在对局域网用户进行干扰时, 它就像一把双刃剑, 同样令人头疼。在实际工作中, 发现它对没有进行二层隔离的以太网网络造成如下危害。

2.1 可以精确干扰用户的上网时段

用户什么时候可以上网, 什么时候不能上网, 都被该软件控制, 给维护外勤人员造成了很多疑难故障。比如有些用户白天可以上, 晚上不能上, 有时候晚上又可以, 让维护人员一头雾水。维护人员从用户电脑到局端设备一端一端查, 都没有结果, 直到抓包分析发现小区内有用户使用了该软件, 才能揭开捆扰许久的心结。

2.2 发送大量I P地址冲突, 造成用户不能正常上网

刚开始, 维护人员原以为是DHCP服务器问题, 但后来进行以太网园区PPPOE改造, 实行拨号上网后, 问题依然存在。直到发现该软件, 才知道问题出现在ARP欺骗软件干扰上。

2.3 发送大量A R P欺骗广播报文, 冲击交换机

造成交换机CPU利用率过高瘫痪, 大大增加了外勤维护人员维护量。

2.4 直接干扰该小区的网络接口地址 (网关) , 造成整个小区里以太网用户不能正常上网

大大增加了维护故障量和维护难度。久而久之, 也使该小区用户对以太网网络的稳定, 安全产生疑问, 造成不好的影响, 流失大量用户。

另外在没有进行二层隔离的以太网网络中, 只要一台合法上网主机私起代理服务器, 就可以给整个同一广播域下的非法主机做网关, 供其它非法主机免费上网。造成网络资源的无偿流失。在为查非法用户起用“网络尖兵”的今天, 首先从进行以太网二层隔离还是很有必要的, 这样才能做到对以太网用户的精确管理和网络资源的有偿控制。

3 网络安全漏洞整改意见

以上我们看到了网络执行官在没有进行二层隔离的以太网中的危害, 怎样做到以太网网络二层隔离呢?其实各大网络运营厂商早就提出了方法和技术。要做到二层隔离就不能不提到VLAN (Virtual Loca Area Network) 又称虚拟局域网, 是指在交换局域网的基础上, 采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网, 即一个逻辑广播域, 它可以覆盖多个网络设备, 允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。它能将每个用户从第二层隔离开, 可以防止任何恶意的行为和Ethernet的信息探听。

而PVLAN更好的解决了传统VLAN的限制:交换机固有的VLAN数目的限制。复杂的STP, 对于每个VLAN, 每个相关的Spa nning Tree的拓扑都需要管理。IP地址的紧缺:IP子网的划分势必造成一些IP地址的浪费;路由的限制:每个子网都需要相应的默认网关的配置。这一新的VLAN特性就是专用VLAN (Private VLAN) 。PVLAN的应用对于保证接入网络的数据通信的安全性是非常有效的, 用户只需与自己的默认网关连接, 一个PVLAN不需要多个VLAN和IP子网就提供了具备第2层数据通信安全性的连接, 所有的用户都接入PVLAN, 从而实现了所有用户与默认网关的连接, 而与PV LAN内的其他用户没有任何访问。PVLAN功能可以保证同一个VLAN中的各个端口相互之间不能通信, 但可以穿过Trunk端口。这样即使同一VLAN中的用户, 相互之间也不会受到广播的影响。所以利用PVLA N来解决以太网二层隔离最好办法。

综上所述, 得到了解决以太网安全漏洞从而避免“ARP欺骗”攻击引起网络中断的解决方案:在以太网中引入PVLAN技术, 将每个用户划分到单独的逻辑广播域中, 缩小广播域范围, 实现用户的二层隔离, 使得攻击性ARP报文无法为其他用户所接收, 保证了基础网络安全建设, 提升了网络的服务质量。

参考文献

[1]徐皑冬, 王宏, 杨志家.基于以太网的工业控制网络[J].信息与控制, 2000, 4, 29 (4) .

[2]Stephen Haddock.10 GigabitEthernet:WANPHY, 2001, 10.

以太网络 篇5

Emulex市场营销高级副总裁Shaun Walsh表示：“Emulex为HP ProLiant Gen9服务器提供一系列I/O连接解决方案，全面覆盖不同机型、网络和存储协议。惠普557SFP+网络接口卡具备Emulex独有的隧道卸载、基于聚合以太网的远程直接内存存取（RoCE）等先进特性，能够为客户提供网络功能虚拟化（NFV）、混合云重叠网络等功能，帮助客户在数据中心使用下一代技术。”

HP ProLiant机架式和塔式产品管理副总裁McLeod Glass指出：“在当前的云和移动先行环境中，客户面临着各种挑战，比如日渐复杂的网络流量模式、不断增多的小型数据包以及急需提升的响应能力，他们需要以更少的投入得到更多的产出。全新惠普557SFP+网络接口卡基于Emulex OneConnect？技术，成为我们为HP ProLiant客户提供的众多Emulex I/O适配器产品中的最新成员，能够为客户交付其所需的灵活性、协议选择和性能，并降低总体拥有成本。惠普557SFP+网络接口卡提供的先进的万兆以太网功能（比如隧道卸载支持）可提高HP ProLiant服务器的性能和服务器总体效率，这对于最大限度地提高主机的虚拟机密度以及提升加速性能至关重要，并能通过SMB Direct提高Microsoft Hyper-V实时迁移、SQL Server和Microsoft SharePoint等应用的效率。”

以太网络 篇6

在“网络世界大会”2011暨第十届以太网世界大会召开期间, 就以太网技术发展状况和趋势, 我刊专访了IEEE802标准委员会副主席、博通公司技术总监Patricia Thaler女士。

40G/100G标准迅速发展

在以太网跃进式的发展进程中, 标准的作用功不可没。以太网也是公认在标准方面做得最为出色的技术领域。

然而, 新技术从标准走向产业化并不容易。比如在数据中心领域, 随着流量呈爆发性增长, 10G服务器大量部署, 架顶式交换机40G上行将成为主流, 100G也将逐步得到应用。对数据中心网络而言, 当前迫切的问题是40G的产业化。但是由于价格太高, 技术还不是特别成熟, 40G/100G的普及不可避免地给芯片开发商、设备制造商和最终用户都带来一系列新的挑战和问题。

Patricia Thaler认为, 业界应对标准制定充满信心, 40G/100G等新技术能提供更小尺寸、更低功耗、逐步降低设备及网络应用的成本。随着标准的落地, 40G/100G以太网边缘/核心路由器的价格会迅速下跌, 40G/100G以太网应用的序幕会迅速拉开。

博通芯片方案覆盖三大领域

业内人士认为, 未来五年, 以太网市场将从传统的局域网网络扩展到更广泛的网络互联领域, 特别是在数据中心、城域以太、移动回程三大领域, 以太网作为链路层技术, 将成为网络领域的基础和主要的承载技术。

Patricia Thaler表示, 博通公司将借助标准, 继续创新更多的技术, 如虚拟交换和汇聚技术的应用。目前, 针对企业数据中心的需求, 博通推出的基于FCoE的融合网络解决方案使IT专业人员能在常见的10GbE架构上整合数据和存储网络, 同时极大地降低功耗、冷却和布线成本, 提供高性能融合网络和存储互连。

以太网络 篇7

近年来,多轴运动控制系统[1,2]在制造自动化领域中发挥日益重要的作用,广泛应用于集成电路制造、电子装配、数控加工、机器人、高速印刷、包装等领域。为适应快速变化的市场需求并具备足够的竞争力,运动控制系统必须具备开放性、柔性和可重构性等特点。网络化控制系统的提出正适应了这一趋势。在网络化运动控制系统中,运动控制器和数字智能驱动器之间通过串行控制网络来交换控制及传感等信号。将控制网络集成到运动控制系统中以取代传统的点对点连线,具有很多优点,如:布线成本的降低,传输信息量的增加,安装过程的简化以及可靠性的提高等等。由此,便于实现系统的诊断和维护,同时也可提高系统的柔性。

多轴运动控制系统需要在控制器和各个运动轴驱动器之间高频率、无抖动(Jitter)地交换控制和传感数据,以保证加工的高速度和高精度。目前工业上广泛采用的现场总线,通信速率一般不超过20Mbps,其带宽难以满足高速高精同步运动控制的需要。由于具备高带宽、低成本、开放性好、技术成熟等特点,高速以太网有望成为未来的高速运动控制网络标准。目前,国际电工委员会正在制定实时以太网的国际标准,而全世界几乎所有重要的运动控制厂商都积极参与了实时工业以太网标准的制定。工业以太网在运动控制系统中获得广泛应用,极大地提高制造自动化的生产效率和可维护性。

本文首先简单介绍网络化多轴运动系统模型,然后讨论了多轴运动系统对网络通信的需求,最后提出了一种基于实时以太网的运动控制网络的模型。

1 网络化多轴运动控制系统模型

用控制网络连接运动控制系统中的所有设备,就形成了网络化运动控制系统。控制网络在网络化运动控制系统的作用绝不仅仅是用数字通信代替了模拟接口,它深刻地改变了运动控制的结构,拓宽了其应用范围,使得构建更大的、更复杂的控制系统成为可能。网络化多轴运动控制系统的结构基本上可分为集中式结构和分布式结构2种。在集中式结构中,每个轴的位置环位于运动控制器中,从而组成基于网络闭环的控制系统。在分散式结构中,每个轴的位置环位于轴伺服控制器中,不构成网络闭环。针对不同的系统结构,网络的通信模型也有所不同。

1.1 集中式控制

集中式控制结构如图1所示,每个运动轴的位置环位于运动控制器内。在每个控制周期,运动控制器通过控制网络接收各个轴的位置反馈,计算每个轴的速度给定值并通过网络发送给各个轴伺服控制器。

集中式控制结构的主要应用场合是CNC、机器人等设备。由于位置控制算法集中在运动控制器内实现,因此可实现比较复杂的控制算法,如可通过采用交叉耦合控制方法补偿各运动轴动态特性的差别和扰动,从而有效减小同步误差。

1.2 分布式控制

分布式控制结构如图2所示,在分布式控制系统结构中,每个运动轴的位置环和速度环都位于伺服控制器内。根据应用场合不同,分布式结构又可分为3种:

(1)集中插补、分散位控:运动控制器完成插补功能,伺服控制器实现每个运动轴的位置环和速度环。由于闭环控制在伺服控制器内实现,从而避免了网络延迟和抖动的影响。

(2)分散插补和位控:每个运动轴的伺服控制器内都有独立的插补器和位置环。为保证多轴协调动作,运动控制器只需同步地向各个伺服控制器发送运动命令。

(3)主从同步控制:某一运动轴作为主动轴,其他轴作为从动轴,在每个控制周期,所有从动轴通过控制网络接收主动轴的实际位置值作为自己的位置给定值,此时可不需要运动控制器。也可由运动控制器作为“虚拟主轴”产生位置给定值,从而实现电子齿轮、电子凸轮等功能。

分布式控制结构的主要应用场合是印刷、包装生产线等设备。这类设备中往往有大量数目的运动轴,采用集中式控制是不合适的。由于控制算法分散在各伺服驱动器内实现,每个机械单元可以独立工作,用户可以对机械进行灵活的配置,实现柔性生产。

2 多轴运动控制对通信网络的要求

2.1 数据量、通信周期、时间同步性

多轴运动控制对通信网络最核心的要求是实时性,除此之外,还要考虑数据交换的频繁度(通信周期),各个站点之间的通信关系,数据包的大小,站点间的时间同步精确度等因素。

集中式的控制模式中,要交换的数据主要是传感器反馈的实际值和主控单元发出的设定值,这些数据被放在在很小的数据包里,很频繁地穿梭在主控单元和各驱动器之间,系统偶尔可能要读取一下如驱动器温度等诊断参数。这样,通信周期越短越好,通常在50µs或更小。通信关系是主控单元对各个驱动器单元间的双向通信,驱动器单元之间无需数据交换,如图3所示。

在分布式控制模式中,位置、速度、电流闭环在各驱动器单元内部完成,为了协调各轴的动作,需要交换的数据包就相对要大一些,主要包含位置、速度、电流等信息。由于像闭环控制这样的对运行周期时间和精度都要求很高的任务已经在驱动器单元内部完成,它们之间的数据交换就可以相对慢一些,速度信息通常每400µs左右交换一次,位置信息1~2ms交换一次即可。各站点之间通信关系可以是任意的,主控系统和驱动器单元以及驱动器单元间应该可以任意点对点通信,如图4所示。

2.2 维护和诊断

在对设备的检测维护过程中,上位系统必需可以对驱动器中任何变量和参数进行访问,需要时还要进行修改。所以,通信系统除了传输同步信息外,还要为这类非同步信息留下空间。

集中式控制模式中的绝大部分相关参数已经存在主控单元中,各驱动器单元的诊断数据主要是一些少量的状态信息,显示系统是否正常运行。所以,通信网络在集中控制模式中不需要为诊断信息预留很多带宽。

分布式控制模式由于控制智能被分散到各个驱动器单元,相应数据也是存储在各个驱动器中,驱动单元各自独立完成复杂的运动过程,自行对运动过程做出响应,各驱动器中存储了大量信息。所以,在一个分布式的控制模式中通信网络必须给诊断数据,参数下载等非同步信息预留比较大的带宽空间。

3 基于以太网的多轴运动控制网络

3.1 确定性的实时以太网模型

传统以太网使用带有冲突检测的载波侦听和多路访问(CSMA/CD)调度方法,该方法是一种非确定性的通信调度方式,网络每个节点要通过竞争来取得数据的发送权,即节点监听信道,只有发现信道空闲时才能发送信息。信息开始传送后,还需要检查是否发生碰撞,即多个节点同时检测到信道空闲而同时发送数据而产生的冲突。如果发生碰撞,则需等待,等待的时间取决于来自“二进制指数退避算法”而得出的随机延迟。随机延迟的产生只是暂时回避了当前数据传送的冲突,下次发送数据的时候仍有可能信道忙或者再次产生冲突,因此我们说传统以太网的调度通信机制是非确定性的。

运动控制是典型的同步控制系统,要求控制系统的采样、计算和执行按照严格的同步时序进行,要求相应的控制网络必须为控制器和各伺服控制器提供固定的同步信道,因此,我们必须建立确定性的实时以太网模型。

主要可以通过以下2种方法实现:

(1)修改MAC层协议来获取以太网确定性调度方法,如图5所示。它的主要思想是通过改动以太网的MAC层,即改变原始的载波侦听、多路访问和冲突检测(CSMA/CD)的运行机制,来达成确定性的以太网实时通信目的[3~6]。

(2)增加实时调度层来获得以太网的实时确定性方法,如图6所示。同修改以太网MAC层来获取确定性实时调度的方法相比,另一种更为可取的方案是在保留标准以太网接口的基础上,通过在MAC层上增加一个实时调度软件层,来实现以太网实时性的方法。该方案基于标准的以太网IC芯片,仅通过修改既有的软件协议来达成目的。这种方法既可满足工业通信的实时性要求,又可保证以太网的兼容性,本文采用的就是这种方法。

3.2 实时调度方法

本文提出了一种基于动态时隙的分时调度协议。该协议是一个严格周期性的通信协议,它按照IEEE1588标准进行时钟同步[7],可以保证所有站点时间同步精度小于1µs。其中一个站点作为管理站控制整个实时域的时间特性。每个通信周期开始时,管理站会发出一个非常精确的同步信号。

传统的时分多路访问策略(TDMA)是通过事先给每个节点预先分配一定的带宽,使节点只有在分配给它的固定时间片内才能向网络上发送信息,可以保证每个节点的信息确定发送时间[8,9]。由于TDMA采用的是基于节点的方法,不能反映每个节点的实际带宽需求。为了解决这个问题,我们采用动态分配时隙的方法来满足各个节点的实际带宽需求,它的基本思想是在传统以太网通信栈MAC层上增加一层协议,用于统一调度数据传输的方法,并通过时间管理站点根据各节点的需求实时动态的分配各节点所占用的时隙数。

分时调度通信模型是将一个传输周期分为启动、同步数据传输、非同步数据传输和保留4个时段,如图7所示。各时段在不同时间启动,执行不同的任务,从而保证应用数据传输的调度控制。

启动时段:调度通信的开始时段,主要是进行必要的数据准备和时钟的同步。

同步数据传输时段:用于处理的同步实时数据传输。将整个时段划分为多个时隙,各个节点仅在分配好的时隙内才能发送数据。

非同步数据传输时段:用于异步数据的数据传输,这时主要进行TCP/IP数据等非周期性数据的传输,时隙的请求或注销。

保留时段:空闲时段,主要用于控制时钟同步的伸缩和意外状况的发生情况。

通信机制采用广播形式,所有站点都可以同时接受信息,这样,可以实现多个站点中的横向数据交换,如驱动单元间的直接数据交换。这样,集中式和分布式两种控制模式的要求都可以得到满足。

数据报文格式完全符合IEEE802.3标准帧格式,可以使用市场上任何一种以太网芯片,成本非常低廉。使用完全以软件方式实现的系统,结合标准报文,最短通信周期可以达到100µs。单个报文最长可以有1500个字节的有效数据长度。通信周期的最短时间、时隙的数量以及单帧报文的长短都可以由用户自由设置。

3.3 时隙同步技术

为了使时分网络能够正确工作,网内各节点对时隙的划分必须有统一的标准,使每次发送都以同一时隙起点作为定时基准。因此时隙同步就成为时分网络的关键技术。

时隙同步的过程,就是各从站将自己的时隙起始时刻,与主站的时隙起始时刻对准的过程。这需要主站周期性地在自己时隙起始时刻发送一个同步信号,各从站利用这个同步信号校准自己的时隙起始时刻。图8所示为时隙同步过程。

图8中,主站在T0时刻开始发同步序列,到T1时刻发送完毕。设同步序列长度为P(bit),发送速率为R(bit/s),则发完同步序列所需的时间为∆T=T1-T0=P/R。从站i在t0时刻开始接受同步序列,到t1时刻接受完毕。对于从站而言,它并不知道在t0时刻已经开始接受同步序列,当接受完毕,从站能判断已经接受同步序列,因此可以反推出开始接受时刻:t0=t1-∆T=t1-P/R。

从T0到t0,还有一段∆T',为传播延时,设主站到从站的距离为L(Km),则∆T'=L/C,C为光速。如网络站点比较集中,则∆T'在同步过程中可以忽略,但要记入保护时间。这时从站可将t0作为自己时隙的起点。

在一个时隙中,并不是将所有时间都用来传输数据,还有一定的保护时间,如图9所示。由于各种时间的计算都是有误差的,因此从站校准后的时隙起始时刻,也不可能完全一致。为了使各站发送数据不冲突,必须在时隙中留有一定的保护时间,当然这会降低网络传输效率。

在一个时隙中,保护时间分为二部分。一是发送起始保护时间,即从时隙的起始时刻到开始发送数据之间。这段时间是为了保证某站发送数据时,其他每个站都进入该时隙;二是发送完成保护时间,即从数据发送完成到该时隙结束。这段时间是为了保证每个站在进入下一个时隙前,都能接收完所有数据。

最大同步误差=最大信号传播时延+(一个同步周期内时钟的最大抖动)*2

发送起始保护时间≥最大同步误差

发送完成保护时间≥发送起始保护时间+最大同步误差+最大信号传播时延

4 总结

本文提出了一种基于实时以太网的多轴运动控制网络,该网络采用基于动态时隙的分时调度协议,有效地克服了传统以太网的非确定性,完全符合多轴运动系统所要求的实时性,能够在控制器和各个运动轴驱动器之间高频率、无抖动地交换控制和传感数据,以保证加工的高速度和高精度,并且由于数据报文格式完全符合IEEE802.3标准帧格式,可以使用市场上任何一种以太网芯片,成本非常低廉,因此本网络是一种低成本高性能的多轴运动控制网络,具有很广阔的应用前景。

参考文献

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[8]I.Rubin and Z.Zhang.Message delay and queue-size analysis for circuit-switched TDMA systems[J].IEEE Trans.Commun.,vol.39,no.6,pp.905-914,Jun.1991.

以太网络 篇8

企业级配电网络是电力系统中连接输电网络和企业用户的中间环节[1],其主要应用于大型企业、商业组织,负责电网数据的采集、显示、统计等。随着企业的发展,对电力的需求量与日俱增。与此同时,企业逐渐引入大量高端精密设备,其对电力供应的稳定性及可靠性具有较高的要求。传统的企业级配电系统,自动化程度低、建设和维护成本高。传统的系统只能通过现场勘查的方式统计电网数据,导致无法及时发现和解决问题; 当电网较复杂、配电网络较多时,统计电网数据的难度较高; 人工采集电网数据的方式出错率较高、效率难以得到保证。

通过对以太网总线特性的深入研究以及对监控电网数据需求分析,本研究设计一种基于以太网的企业级配电网络远程监测系统。笔者根据监控要求设计以太网总线和RS485 总线硬件电路,通过监控软件实现远程监控的功能。通过数据可靠性验证,该系统能及时监测配电网络的运行状况、对电网数据进行统一管理、降低系统维护的成本。

1企业级配电系统概述

1. 1 企业级配电网络的工作原理及流程

配电系统的作用是对各路负载的电压、电流、功率、空气开关的状况等进行实时监测,同时对报警信号进行显示与记录。该系统分3 个模块,即底层监控模块、现场监测模块和PC机监控模块。

配电系统框架如图1 所示。

底层监控模块主要由主路模块、支路模块、温湿度模块组成。主路模块负责监测三相电( 380 V) 的电网数据,包括相电压、相电流、相功率等; 支路模块负责监测单相电( 220 V) 的电网数据,包括电压、电流、功率等; 温湿度模块负责监测各条电线、各个设备的温度以及电网环境的温湿度。底层监控模块负责实时采集电网数据,根据变化对负载和自身进行自动保护[2,3],同时将采集到的数据、报警信息、设备参数通过RS485总线与现场监测模块互联。

现场监测模块主要实现人机交互的功能,其通过液晶屏显示当前电网的各个数据、报警状况、各个设备的参数。多个现场监测模块通过以太网组网将信息传给PC机监控模块。

PC机监控模块功能是对所有电网数据进行统一管理,实现对配电网络的远程监控。

1. 2 现场监测模块工作原理

现场监测模块通过RS485 总线与底层监控模块实现数据交互,通过以太网总线与PC机监控单元实现数据交互。其负责数据显示、数据存储、数据处理等功能。现场监测模块框架如图2 所示。

现场监测模块以ARM控制器为中央处理器,通过485 收发器读取底层监控模块中的数据; 将部分数据存入外扩Flash中; 通过液晶驱动模块显示电网数据、报警信息、趋势图等; 通过SD卡模块和USB模块实现数据的输入输出; 通过以太网驱动模块与PC机监控模块实现互联。

2现场监测模块硬件电路设计

2. 1 以太网硬件电路设计

本研究针对现场监测模块与PC机监控模块的通讯方式提出了两种方案: ①采用RS485 总线; ②采用以太网总线。RS485 的通讯方式局限性较多: ①PC机与现场监测模块相距较远,导致通讯线路较长,以至于建设成本很高,而且易受地形影响,布线复杂; ②与以太网相比,通讯速率较低,RS485 的通讯速率与距离成反比,10 Mbps的速率传输数据最大传输距离为12 m,用100 Kbps传输数据,传输距离可达1. 2 km[4,5,6];③RS485通讯线路在长久的使用过程中,由于人为因素,线路很容易磨损致毁坏。

由上分析得出,从成本、灵活度、通讯速率、损坏率上考虑,采用以太网的方案更优。

以太网( Ethernet) 是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范,是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准[7,8]。

以太网接口电路主要采用DM9000A单芯片快速以太网MAC控制器。以太网电路如图3 所示。

以太网电路主要由数据线( DATA0-DATA15) 、读写使能线( RE) 、写使能线( WE) 、片选线( CS) 、中断线( INT) 和读写差分线( TXD + 、TXD - 、RXD + 、RXD - )组成。

2. 2 RS485 硬件电路设计

RS485 总线用于底层监控模块与现场监测模块通讯。底层监控模块RS485 接口电路速率在1 Mbps以下且属于半双工模式,采用两线制接法。现场监测模块RS485 接口电路采用MAX13487 作为收发器,光耦采用ADUM1201ARZ,最高传输速率可达1 Mbps,满足底层监控模块的通讯要求。RS485 总线末端的终端电阻R90起到总线阻抗匹配的作用[9]。

接口电路如图4 所示。

图4 中,光耦ADUM1201ARZ起到隔离和电平转换的作用,CPU工作电压为3. 3 V,485 收发器工作电压为5 V,其保障了总线通讯的稳定性。

3系统软件设计

3. 1 基于RS485 网络的Modbus协议设计与实现

配电系统工作的关键在于数据通信,通信采用Modbus协议。Modbus是工业控制器网络协议中的一种通信协议,它基于主站-从站/客户机-服务器方式连接智能设备,实现设备间的数据交换,由Modicon公司( 现为施耐德电气的一个品牌) 在1979 年发明的[10]。

本研究采用的是Modbus RTU协议,其主要由3 部分组成。地址码、功能码、数据区。地址码和功能码都用一个字节表示,数据区随功能码不同而不同。本研究采用了03( 读取一个或多个寄存器) 和06( 写单个寄存器) 两种功能码。03 功能码用于读取底层监控模块的数据,06 功能码用于向底层监控模块写入数据。

其通讯程序流程如图5 所示。

3. 2 以太网应用协议的设计与实现

以太网也用了Modbus RTU模式,提高了程序的稳定性并且降低了程序维护的难度。

具体的实现过程为:

( 1) PC机监控模块通过以太网总线读取数据( 功能码03) 。首先PC机监控模块通过以太网总线向现场监测模块发送功能码为03 的指令; 现场监测模块解析信息后向底层模块通过RS485 总线发送功能码03的指令; 底层监控模块通过RS485 总线向现场监测模块返回功能码03 的指令; 现场监测模块通过以太网总线返回功能码03 的指令。

( 2) PC机监控模块通过以太网写数据( 功能码06) 与①类似。

以太网程序流程如图6 所示。

3. 3 服务器客户端软件开发

本研究设计的远程监控系统使用的开发环境为Visual Studio 2008。现场监测模块与PC机监控模块用Sockets API基于TCP/IP协议进行通讯。现场监测模块作为服务器,PC机监控模块做为客户端。现场监测模块监听客户端的数量较多,必须采用多线程的编程方式,即每新监听一个客户端,增加一个现场。

服务器程序流程如图7 所示。

客户端的主要作用是对各个电网数据进行统计、分析、处理。数据的处理与记录借助SQL Server数据库。客户端程序流程为: 客户端连上服务器后,发送读取数据指令,读取网络流中的数据,将读取的数据进行协议解析,然后对数据进行处理、显示、并存入数据库中。

客户端程序流程如图8 所示。

根据以上服务器和客户端的程序流程图,客户端界面如图9 所示。

3. 4 参数变化趋势图软件设计

配电系统读取数据间隔时间为3 s,由于显示屏的尺寸有限( 10 in以内) ,无法在一页中显示较多数据。本研究的设计思路: 每45 min绘制一页,一页显示15个数据。其中15 个数据通过原始900( 45 × 60 /3) 个数据分组计算得到。将900 个点分成15 个组,每组60 个数据。计算公式如下式所示:

式中: k—数据编号,n = 60,Valuek—编号k的数据值,kmax—最大数据的编号,kmin—最小数据的编号,—60 个数据的平均值。

主路电压趋势图显示效果如图10 所示。

图10 中,3 条曲线分别代表A、B、C三相电压变化情况,其数值在220 V上下波动。

4调试

基于以太网的企业级配电网络远程监测系统调试包括RS485 和以太网响应延时测试以及系统稳定性、可靠性的测试[11]。

本研究在波特率为38 400 的情况下,现场监测模块03 指令读取18 个数据的数据传输波形如图11 所示。

由图11 可知,读取18 个数据的时间为14 ms左右。图11 中,下面一条线代表现场监测模块发送端的波形,上面一条线代表接收端的波形。所有数据读取一遍所用时间如下式所示:

式中: TZ—总时间,T485—在485 总线上传输时间,TE—在以太网上传输时间,ti—读取一次数据所花时间,n—读取数据次数。

系统将所有数据读一遍( 30 条) ,n = 30,读取一次按18 个数据算( 18 个数据是本系统读一次最长数据) ,ti= 14,T485= 14 × 30 = 420 ms。以太网通讯的波特率远大于38 400,TE< 420 ms。因此,TZ= T485+ TE<840 ms,远远小于该系统要求3 s读一次数据的要求。

该测试以配电网络远程监控系统运行3 天为测试条件,采用当通讯失败时将失败信息显示在PC机监控软件上的方法对系统稳定性及可靠性进行测试。监测结果表明: 在3天的测试中,出现10次数据传输错误,主要是由RS485 和以太网总线繁忙引起。RS485和以太网数据传输数据正确率高,系统运行稳定可靠。

5结束语

本研究通过对配电网络监控系统的组成及工作原理分析,着重讲述了以太网总线和RS485 总线硬件电路设计与实现过程以及Modubs RTU协议在以太网总线和RS485 总线中的应用,基于Visual Studio 2008 开发环境详细阐述了服务器和客户端工作原理及设计与实现过程。经使用及测试表明: 该系统工作稳定、操作简单,很好地解决了传统企业配电网络监控手段单一、监控范围小、维护成本高等问题,进一步保障了企业设备的正常运行和人们的生命财产安全,具有较大的应用前景。

摘要：针对企业级配电网络监控手段单一、监控范围小、维护成本高等问题,对企业级配电网络的工作原理及配电流程、以太网总线以及RS485总线的硬件电路设计、Modbus RTU通讯协议在以太网总线和RS485总线中的应用、趋势图的设计与实现过程进行了研究,提出了一种基于以太网的企业级配电网络远程监测系统的设计方案。以Visual Studio 2008为开发环境,实现了服务器与客户端的软件设计。经现场使用及测试表明,基于以太网的企业级配电网络监测系统能够快速、稳定地进行数据传输,能够及时监测电网的信息,从而进一步保障企业设备的正常运行和人民生命财产安全。

关键词：企业级配电网络,以太网,RS485,Modbus

参考文献

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以太网络 篇9

关键词：变电站,以太网,网络性能,性能测量

1 前言

数字化变电站的建设已从理论研究阶段走向工程实践阶段, 在变电站的自动化和数字化过程中, 通信平台的网络化程度越来越高, 根据变电站相关规范对信息传输性能的要求, 对网络性能指标作出分析。并结合某变电站站控层以太网的现场测试数据对其网络性能进行评估。

2 变电站网络

综合自动化变电站网络结构如图1所示, 站内设备按自动化系统功能分为站控层、间隔层, 站控层设备与间隔层设备由双重冗余配置的以太网进行通信。以太网主要承担着监控/调度和间隔层设备之间的四遥量数据传输。

数字化变电站是由数字化的一次设备和网络化的二次设备分层构建, 模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被过程层网络取代, 网络结构如图2所示。站内设备按照变电站自动化系统功能分为站控层、间隔层和过程层, 由过程层网络和站控层网络进行通信连接。根据相关技术规范, 110 k V及以上电压等级的站控层MMS (Manufacturing Message Specification制造报文规范) 网络、过程层SV (Sampled Value采样值) 网络、过程层GOOSE (Generic Object Oriented Substation E-vent面向通用对象的变电站事件) 网络之间完全独立, 均采用相互独立的双重化冗余配置。继电保护之间的联闭锁信息、失灵启动等信息都采用GOOSE网络传输方式。在未来网络性能允许的情况下, 过程层GOOSE网络、SV网络和对时网络可能共网传输。

3 网络性能指标的分析

变电站网络的合格与否直接关系到变电站的安全稳定运行, 这就需要我们引入一些网络性能指标来对变电站网络进行评价。

3.1 延时和抖动

延时用于描述网络的响应时间。数字化变电站相关规范中规定, 保护GOOSE信息响应时间≤4 ms。这个信息响应时间主要分为两个部分:装置计算和处理GOOSE的时间、网络传递GOOSE信号的时间, 后者就可以用延时测试进行测量。考虑到工业级网络交换机的固有时延一般要求不大于10μs, 网线和光纤传输时延通常也在μs级, 网络延时单向测试的结果应<1 ms。

抖动则用于描述延时的变化程度, 当如果网络发生拥塞, 排队延时将影响端到端的延时, 并导致通过同一连接传输的分组延时各不相同。所以在做延时测试的同时, 应加入抖动测试, 结合两个测试的结果将使测试数据更具有参考价值。

3.2 误码率和丢帧率

误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。网络数据都是以数据包的形式传送, 如果在效验中发现误码, 整个数据包都将重发, 这就导致信息响应时间增加。误码率过高可能会使信息响应时间频繁超标。数字信号在传输过程中不可避免地会产生差错, 考虑到现场使用的超五类屏蔽双绞线误码率约为10E-6~10E-8, 误码率测试的结果不应超过这个数据。

丢帧率是描述网络数据包的丢失率。理论上网络在传送数据包时不应存在丢帧, 但是在传送64 B和128 B小包数据时, 由于单位时间内发送的包数量很多, 传输设备会产生大量的硬件中断, 当中断响应时间超过了数据发送周期, 就会造成丢帧。丢帧主要影响变电站遥测数据的实时性, 在变电站内, 小包丢帧通常可以由软件控制数据包的最优帧数来避免, 这就要求合格的变电站网络不应出现其他类型的丢帧现象。

3.3 吞吐量和背靠背

吞吐量是指在没有帧丢失的情况下, 网络能达到的最大速率。当保护动作时, 有大量的数据冲击网络, 如果这时吞吐量不达标, 可能导致关键信号不能及时传递。在网络最大速率满足数据量要求的前提下, 网络的实际最大速率是否满足要求非常重要。根据相关规定, 网络接收利用率均>99.9%, 即丢包率应<0.1%。

背靠背测试用于反映被测设备处理突发数据的能力。在做吞吐量测试的同时, 应加入背靠背测试, 结合两个测试的结果将使测试数据更具有参考价值。

4 结束语

随着变电站的数字化建设, 站内网络性能的需求在不断提高。投运后的变电站由网络性能引起的通信质量缺陷是很难检查和排除的, 在变电站网络的设计和验收阶段对网络性能进行全面的分析与测量评估, 可以排除通信隐患, 提高通信质量。

参考文献

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[3]徐立子.IEC61850对变电站自动化系统报文性能的要求[Z].

以太网向何处去 篇10

电信网和互联网的迅猛发展也许给人一种错觉，这就是网络世界的全生态现状。其实以太网正悄无声息地从标准、技术、应用与融合等方面在企业内部快速发展，特别是运营商以太网已经被公认为未来网络的发展方向之一。

近年来，包括IPTV在内的实际应用越来越广泛，用户在MPLS等城域网技术方面的部署经验越来越多，Q in Q、RPR（弹性分组环）等技术也呈不断涌现之势……这些都使得运营商以太网的价值处在爆发边缘，构建可持续运营的网络成为以太网新的诉求。

观点一：以太网成电信运营商的潜在空间

以太网的价值有待后人认识，而电信运营商已经加入到这个掘金者的行列。

“宽带到底能做什么？到目前为止宽带做不了什么，ADSL还有很多问题还没有解决。目前国内的电信运营商，特别是固网运营商对此都感到非常困惑。所以，怎么看以太网的价值？这就成为许多人思量的问题。” 信息产业部电信研究院总工程师蒋林涛的开场白让人确认一点事实: 网络的价值绝不仅仅在于互联网和电信网，以太网的价值有待后人认识，而电信运营商已经加入到这个掘金者的行列。

“固网运营商未来真正的争论在于，到底什么样的承载网能够满足全国十几亿用户同时上网？而且这个承载网必须是绝对安全和可信的。” 蒋林涛总工表示，承载网需要承载两类业务内容：一类是承载现有全部电信业务，另一类是承载全部的互联网业务。“这两个业务的种类不太一样，电信业务的最大特点是经营性，互联网业务的最大特点是非经营性，一个网如何同时承载经营性业务和非经营性业务，城域以太网里已经有了很多这种类似的例子。”

在题为“运营商以太网应用前景分析”的演讲中，蒋林涛总工也谈到了运营商心目中的以太网蓝图：“第一，能够标准化应用。这种标准化是全局性的、大范围的，可以经营和运营，有商业模型的业务值得以太网去关注。第二，可扩展性。第三，可管理性。第四，可靠性。特别是网络环环交替的保护、日益突破的保护。第五，QoS。电信运营商应该很清楚，只有有QoS以后，才能知道这个业务最后能提供什么样的质量。如果QoS不能得到保证，运营商业务只能听天由命。”

蒋林涛总工最后表示，目前国内的3G业务方面有些技术已经露出了很好的苗头，但是有很多问题还需要进一步推进解决。

观点二：互联网将统一于运营商以太网

业界现在面临的挑战是向所有用户提供个人以太网服务，使网络成为“宇宙”的中心，运营商以太网是实现这一目标的理想技术。

面对电信运营商的高标准、高需求，城域以太网论坛（MEF）总裁陈子接着蒋林涛总工的话题详细介绍了面向业务的城域以太网。值得一提的是，陈子已经连续出席了5次《网络世界》主办的以太网世界大会。

“互联网将统一在运营商以太网下，大家现在面临的挑战是向所有人提供个人以太网服务，使网络成为‘宇宙’的中心，运营商以太网是实现这一目标的理想技术。”陈子认为，城域以太网是无处不在、标准化、运营级的网络和服务。城域以太网有五大特征使它区别于传统以太网，而运营商以太网的主要用户有卫生、金融、教育、政府和媒体。主要应用包括站点间的访问、服务器整合、灾难恢复、面向服务的架构、互联网接入和融合网络等。“运营商以太网的优势在于，可伸缩性、可控性、可靠性、数据中心与服务器整合以及降低成本等。”

陈子还在会上介绍了城域以太网论坛所做的认证工作。他说：“为了增强运营级以太网的价值，现在做了19个标准认证。在网络领域认证通常是针对设备的，对运营商的认证从来没有做过，这是第一次。”他表示，运营商以太网认证计划有助于服务提供商提供符合城域以太网论坛规范的运营商以太网服务，有助于企业对服务商提供的服务产品进行比较并据此选择服务商。

“我一直想做的一件事情是让所有的城域以太网、承载网变得都可以跑多媒体业务，要建立起一个新的同一种业务，把以太网变成可以运营的承载网。” 陈子坦言，过去几年里做了很多工作，“但是，我现在还不能说问题全部解决完了，还在路上。”

观点三：以太网带宽和网速发展不会止步

以前，以太网在技术与业务的需求趋动之下，不停发展，未来以太网在带宽和网速方面也不会停下脚步。

以太网的发展往往伴随着技术和业务需求的脚步前进， 从10M、百兆、千兆到10个千兆网络，以太网一步一步走来，那么以太网是否在带宽和网速方面就此止步？IEEE HSSG 及 OIF 专家Joel Georgen的回答是“No”。

“如果你要问为什么要做高速的以太网，下一代我们需要做什么？以思科为例，一年前人们还在嘲笑这些数字，他们说不需要100G，也不需要40G，但是今天思科内部员工都在预期带宽的增加，因为他们遇到了非常严重的问题。1G、10G，并不能保障所需数据的传输供应、至少没办法让我们的网络延续到2010年之后的应用。” 自1973年首个以太网建立至今，Georgen率领他的研发小组一直在寻找更快的以太网网络。

“如果你要问有什么技术来支持以太网更高的速度，那就是‘链路数据组’。我想很多人都知道802.8AD，如果你结合10G的端口，比如说是4个，那你可以获得4千兆到10千兆的配置，但是并不等于40个千兆，它达到的效果仅是25个千兆，还不能完全满足所有用户的需求。” Georgen举了一个互联网公司的例子，“比如说Google，现在每个人都用Google来搜索，所以他们必须要建立自己的服务器中心，而且数据中心中间需要很大的带宽，光纤汇聚40×10G来获得400G。但是实际效果没办法达到这么大，所以一定要解决这个问题。”

以太网络 篇11

以“数据共享、提供实时油藏解决方案”为主要特征的分布式网络测井技术是测井仪器发展的一个重要趋势。分布式控制系统多采用RS232、RS485或以太网等方式。但RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层, 如果要实现数据的双向访问, 就必须自己编写通讯应用程序, 但这种程序多数都不能符合ISO/OSI规范, 只能实现较单一的功能, 适用于单一设备类型, 程序不具备通用性。早期的以太网技术由于采用载波监听多路访问/冲突检测, 具有通信延时不确定等缺点[1]。目前, 以太网的通信速率大幅度提高, 在工业自动化控制领域得到推广应用。工业以太网在技术上一般与商用以太网兼容, 但在产品设计时, 在材料的选用、适用性、可靠性等方面要能满足工业现场的需要。

1 声波换能器高温测试系统结构简介

1.1 系统结构系

统采用分布式结构。上位机与各子系统之间通过交换机形成星形连接, 组成多节点虚拟对等网络。整套设备为3级集散控制系统形式。子系统第一级包括传感器、执行机构和被控对象。第二级为前端机, 前端机采用32位的ARM 7构架, 运行μcLinux嵌入式操作系统, 在过程控制中进行数据采集和对执行机构的驱动控制等。作为第三级的上位机为基于IntelX 86处理器架构的高性能笔记本电脑, 与前端机之间采用基于连接的C/S工作模式通讯来管理各前端机工作。

1.2基于ARM 7的嵌入式应用系统简述

前端机的核心CPU采用三星公司ARM7TDMI核心的S3C44B0X, 为16/32核, 它非常适合对价格及功耗敏感的应用场合。它通过提供全面的、通用的片上外设, 大大减少了系统电路除处理器以外的元器件配置, 降低了系统成本。网络接口芯片采用Realtek公司生产的RTL8019AS。操作系统为μcLinux嵌入式操作系统。μcLinux是由Linux2.0/2.4内核发展来的, 支持多任务, 具备TCP/IP协议栈并支持多种网络协议[2], 如图1所示。

2 网络通讯软件设计

2.1 网络通讯服务器模块架构设计

基于套接字的网络编程包括阻塞模式下的“生产者—消费者”模型, 非阻塞模式下的选择模型、异步选择模型、事件选择模型、重叠I/O模型和完成端口模型等。在WINDOWS下进行网络服务器程序开发, Winsock完成端口模型是最高效的。完成端口是一种经过系统优化的WINDOWS内核对象, Winsock的完成端口模型借助Widnows的重叠I/O机制和完成端口来实现。I/O完成方法的核心是OVERLAPPED结构。OVERLAPPED结构包含特定于每个I/O请求的上下文信息。完成端口I/O模型工作原理是:对一个win32完成端口对象, 创建一定数量的工作者线程;这些线程要在套接字I/O请求被投递到完成端口对象时, 为完成端口服务。然后就可以随时把套接字句柄与完成端口相关联。在套接字句柄与完成端口相关联后, 让完成端口对象管理重叠I/O请求。以后在该句柄上完成的所有I/O请求的通知都将排列到完成端口队列中。当某项I/O操作一旦完成, 一个可以对该操作结果进行处理的工作者线程就会收到一则通知, 来执行工作者线程函数[3.4]。图2为网络通讯模块总体架构。

2.2网络通讯模块类的封装

基于面向对象的编程思想对网络通讯模块的服务器端进行类的封装, 是将完成端口及套接字的基本操作和网络事件的处理进行抽象, 把复杂的设置和操作封装在类中, 通过设置参数传递信息。基类中封装了对于完成端口的创建、工作者线程的建立。套接字类的封装由完成端口类继承, 包括对侦听套接字的建立、地址的绑定、建立重叠结构、与完成端口的关联和对网络事件的处理等操作。由于客户端程序比较简单, 文中没做详细介绍。图3为网络通讯模块服务器端的类封装图。

3 程序设计方法

3.1 完成端口类程序设计

对完成端口类的封装, 首先要创建完成端口对象, 并在完成端口下创建一定数目工作者线程的线程池。这里需要检测CPU数目, 根据CPU数目指定并发线程数量。需要注意的是工作者线程数量不同于并发线程数量。并发线程是指在一个完成端口上, 同时允许执行的工作者线程数量。理想情况下, 我们希望每个处理器各自负责一个线程的运行, 为完成端口提供服务, 避免过于频繁的线程“场景”切换。

3.2 套接字类程序设计

套接字类的封装首先要建立一个侦听套接字, 为侦听套接字分配一个"单句柄数据";将套接字与完成端口相关联。将侦听套接字与本地IP地址绑定并设为侦听状态。向侦听套接字发接受请求。由于设计中我们使用AcceptEX () 函数, 需要事先创建一个用于建立连接的套接字, 并为套接字分配一个单I/O数据。单I/O数据是完成端口模型的关键的数据。下面是我们设定的单I/O数据结构。

接受连接请求函数中要建立一个重叠结构, 向侦听套接字带重叠结构发出接受连接请求, 当接受到一个连接时, 由一个工作者线程提供服务。

工作者线程函数用于处理与完成端口相关联的套接字上完成的网络事件。线程通过GetQueuedCompletionStatus () 函数检测完成端口状态。当有网络事件完成, 就返回一个重叠结构指针, 通过将这个指针进行类型转换也就得到了单I/O数据。根据单I/O数据的事件标志, 调用不同事件的处理函数。

下面是由工作者线程函数调用的事件处理函数。

(1) 接受连接事件完成处理函数:向新建立连接的套接字发读数据请求, 再向侦听套接字发接受连接请求, 退出线程。

(2) 接收数据事件完成处理函数:处理接受的数据, 向套接字发读数据请求, 退出线程。

(3) 发送数据事件完成处理函数:退出线程。

3.3 客户端程序设计

前端机网络通信模块是基于嵌入式操作系统μcLinux而设计的。μcLinux是一个高度优化、代码紧凑的Linux的嵌入式子集。虽然体积很小, 但仍然保留了Linux的大多数优点, 如:稳定、良好的移植性;优秀的网络功能;对各种文件系统的完备支持, 以及标准丰富的API等。μcLinux带有一个完整的TCP/IP协议, 同时也支持其他许多网络协议, 经裁剪的μcLinux保留了Linux中的大部分Socket库函数。对于嵌入式系统来说, 它是一个网络完备的操作系统。本文设计的Socket通信采用C/S模式, 即服务器端的应用程序用于接受客户端的连接请求、接收客户端的信息、处理客户端的计算请求、向客户端发送计算结果以及应答信息等。客户端的应用程序用于申请与服务器的连接、向服务器发送计算请求、处理服务器发回的计算结果和其它信息。客户端代码相对来说要简单一些, 首先通过服务器域名获得其IP地址, 然后创建一个socket, 接着调用connect函数来与服务器建立连接, 连接成功之后再接收从服务器发送过来的数据, 通信结束后关闭套接字[5]。

4 结论

运用面向对象的编程思想对网络通讯程序架构做了介绍, 并对服务器端程序进行了类的封装。系统运行中的数据传输测试表明, 数据传输延迟小、稳定, CRC校验正确, 能够满足系统网络通讯的实时性要求。通过上位机与前端机基于TCP/IP协议的跨平台网络通讯的实现, 为声波换能器高温测试系统的网络过程控制奠定了基础。

摘要：分布式控制系统以其高可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力, 已经开始在工业控制领域得到广泛的应用, 成为过程工业自动控制的重要发展趋势。声波换能器高温测试系统上位机是基于IntelX86处理器架构, 采用Windows XP操作系统。前端机为基于嵌入式微处理器S3C44B0X, 采用μcLinux嵌入式操作系统。还介绍了系统的上位机和前端机之间, 跨平台网络通讯软件架构设计。

关键词：以太网,套接字,嵌入式

参考文献

[1]Comer D E.用TCP/IP进行网际互联 (第三卷) , 客户-服务器编程与应用.赵刚, 译.北京:电子工业出版社, 2001

[2]王学龙.嵌入式Linux系统设计与应用.北京:清华大学出版社, 2001

[3]Anthony Jones.Windows网络编程技术.京京工作室, 译.北京:机械工业出版社, 2000

[4]Network Programming for Microsoft Windows2nd.Microsoft Corpora-tion.2002