以太网性能的发展
C. 以太网性能的发展 近年来,随着以太网技术的发展,先后出现了快速以太网和千兆以太网。IEEE 802.3u规范标准对快速以太网进行了定义。快速以太网基本速率为100Mbps,它与10Mbps以太网采用相同的帧结构、寻址方式和CSMA/CD介质访问协议。然而,快速以太网中的所有网络定时参数都需要除以10。因此,在某些配置情况下,与10Mbps以太网相比,快速以太网两个节点之间的距离可能会短一些。 快速以太网具有传统以太网10倍的线速度,能够充分满足高带宽应用项目的要求,例如视频、音频传输,或者是网络中大数据量的文件交换。尽管如此,某些应用项目并不满足于单纯网络线速度的提高。特别是在车间现场,有许多基于微处理器的智能设备连接到以太网中,例如I/O模块、传感器、执行机构、变频器以及其它接口设备。这些设备发送和接收的数据都被封装到64个字节长度的以太网帧内(这是以太网支持的最小帧长度)。因此,影响这些设备性能的主要因素在于微处理器速度和嵌入的固件,而不是网络的线速度。这些设备几乎不可能完全利用10Mbps以太网的带宽,除非是由于应用层协议的效率较低,造成设备重复进行点对点的数据轮询。 另外一个显著的优势在于,100Mbps以太网比10Mbps以太网有着更高的数据冲突恢复能力。正如前面所述,100Mbps以太网的数据冲突后退时间是10Mbps以太网的十分之一。由于网络负荷较重,经常出现数据冲突,100Mbps以太网的性能要明显优于10Mbps以太网。而在数据冲突不严重的时候,100Mbps以太网能够提供更大的带宽,支持更多的网络负荷。如果某一应用项目需要使用多个交换机,100Mbps的网络速率将有利于交换机之间的连接。当然,如果网络负载和数据冲突在10Mbps以太网中表现不是很明显,仅仅是简单地升级到100Mbps以太网,这样的投资并不会有什么收效。 D. 隐式报文(I/O信息)在EtherNet/IP网络中的传输 在4.5节中,已经介绍了通讯路径以及显式报文和非连接报文在点对点数据交换中的应用。 第二类报文,也就是隐式报文。通过应用层协议的支持,实现了网络节点之间的透明数据交换,无论是报文的“生产者”还是“消费者”,在报文传输之前,都知道这个报文格式。当隐式报文用于I/O信息传输时,它能够充分利用生产者/消费者通讯模式的优势。另外,它还可以用于控制器之间预定信息的传输。 在CIP协议中,隐式报文有四种主要的应用方式: 轮询 选通 状态改变 周期循环 轮询方式与传统的I/O网络通讯十分相似,扫描器(主站)不断地向I/O适配器(从站)发出输出信息并接收输入信息。 选通方式是一种特殊的轮询,扫描器只发出一个多点传送的数据请求报文,从设备会陆续将它们的数据传送回扫描器,而不再需要其它来自扫描器的信息。 周期循环方式将按照预定的时间周期传送数据,每个报文都有一个连接标识。任何其它设备,只要知道这个连接标识,就能接收网络上符合这一连接标识的数据。 状态改变方式与周期循环方式类似,不同之处在于,只有当数据变化时才会发出报文,而不是基于时间事件。同时,状态改变方式还要发出一个周期性循环的“心跳”信号,以便让数据的“消费者”知道这一设备还处于在线状态,而且工作正常。 上述四种方式中,周期循环是EtherNet/IP网络中首选的隐式报文数据交换方式,它在数据完整性和网络流量优化方面有着较好的平衡。 为了让CIP协议能够在以太网中实现,其关键问题在于隐式报文可能有多个数据“消费者”,它们要共享同一个数据包,然而TCP协议只能用于点对点的数据交换,所以它发送的广播数据包会被IP层拒绝,而且还可能增加终端设备的负荷。 UDP/IP数据包具有多点传送能力,而且所需的应用层协议也比较简单。因此,能够有效减少终端设备的处理时间。 在典型的控制系统中,预期的通讯连接通常需要以几个毫秒为周期,频繁进行数据交换。UDP数据包并不是直接传送给具有“真实”IP地址的接收设备,而是通过一个IP多点传送地址来发送数据。同基于CIP连接标识的点对点传输方式相比较,这种方法的数据包中没有在应用层信息帧之前指定某个具体的接收节点。 在这种情况下,接收设备作为“消费者”,它必须事先知道这个IP多点传送地址(事先已经由“生产者”——发送设备进行了分配) 为了达到这一目的,必须采用非连接报文管理对象。 首先,通讯连接的发起设备(例如,配置为I/O模式的plc;而另外的PLC或者其它设备作为连接的目标设备)发出点对点的TCP数据包,该数据包指明了连接发起设备需要接收的数据对象,以及按照什么样的速率进行接收。 然后,目标设备的连接管理对象将对数据包的内容进行审核,判断其是否符合该数据对象的连接表和刷新周期。如果符合,这个数据对象将作为“生产者”发送数据(例如,采用多点传送形式),它的连接标识和相关的多点传送IP地址将一并回传给对应的“消费者”设备,如图7所示。如果不符合,UDP协议的相关IP地址和连接标识将被分配,并加载到连接管理对象中。数据不断地通过“生产者”发送,所有知道这个多点传送IP地址和连接标识的设备都可以作为“消费者”,接收并使用这些数据。 |
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GMT+8, 2021-12-6 21:20