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  • 常用工业以太网协议性能及应用
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    2018-08-30 09:01:17

    随着工业4.0概念的不断深入,世界制造业正逐步从数字化领域转向智能化领域,其对于提高人员使用效率,最大化产能,节约生产成本以及无人现代化工厂建设有着重要意义。但无论是数字化工厂或智能化工厂,都离不开基本网络通讯的支持。目前的工业网络组态都是基于现有的工业以太网技术而实现的,其主流的工业以太网协议主要有:Modbus ,EtherNet/IP ,EtherCAT ,SERCOS Ⅲ ,PROFINET ,EtherNet Powerlink。本文主要用于讨论,不同工业以太网协议之间的性能差异以及适用的环境,并基于硬/软设施对网络环境应用需求,讨论不同工业协议应用。

    工业以太网
    工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制中应用以太网的相关组件和技术,工业以太网采用TCP/IP协议,和IEEE 802.3标准兼容,通过在应用层加入特有的协议,以应用于不同的环境。以太网在工业程序的应用需要体现实时性,而许多以太网技术可以使以太网适用在工业应用之中,通过利用标准以太网,可以提升工厂内部不同设备之间的互连性。目前大多数工业应用对应的实时等级需求如图所示。
    图1 实时等级和应用领域
    工业以太网的通信架构通常都以主、从站的方式进行搭建,且通过标准的硬件接口以实现设备互连。但这样的方式通常受限于不兼容的通信协议,即主、从站都需要使用相同的通信协议,才能通信,并且不同的工业环境及设备对通讯传输性能的需求也不同,以下将从使用性能,适用环境,应用设备等角度,阐述常用的工业以太网通讯协议。
    1. Modbus
    Modbus是一种串行通信(方式:串行、并行)协议,由施耐德电气公司开发,采用master/slave架构及异步半双工通信方式,可以使一个主站对应多个从站进行双向通信。
    特点在于Modbus协议完全公开,软硬件需求简易,且易于部署和维护。Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持IP协议的网络版本,大多数Modbus设备通信时基于串口EIA-485物理层进行。
     工作方式
    Modbus是采用mater/slave的通信结构,在整个通讯架构的节点中有一个节点时mater节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点,每一个slave设备都有一个唯一的IP地址,在整个通讯网络中,只有被指定为主节点的设备可以发布启动指令。一个Modbus指令包含了slave设备的Modbus地址,指令传输过程中所有设备都会收到命令,但只有指定位置的设备会执行及回应指令(采用广播模式时,所有接受到指令的设备都会运行,且不会回应指令)。
     性能
    Modbus通过采用master/slave通信架构最多可以支持约240个设备连接在同一个网络上通信,但可能会存在高延迟(串行通讯)和时序问题,其响应时间取决于slave节点的位置。
    Modbus命令中都包含了检查代码,以确定发送的指令没有被破坏。通过master/slave方式定时收发数据,在实际使用中可以用于诊断故障断点,且通讯恢复后可以自动连接,可靠性较好。
     应用领域
    Modbus最初的使用主要是为了实现PLC通信,目前被广泛用于基于PLC的运动控制系统、DCS分布式控制系统及工业电子设备控制等领域,也可以用于监控计算机与远程总段控制系统的通讯连接。具体应用如:伺服电机的运动控制,传输带计数器,编码器,电子看板,私服程序下载,自动化生产线等。

    1. EtherNet/IP
      EtherNet/IP是一个开放的工业以太网通讯标准,是通用工业协议中的一部分,由洛克威尔自动化公司开发。EtherNet/IP是应用层的协议,将网络上的设备视为“物件”。EtherNet/IP以通用工业协定(CIP)为基础而架构,可以支持来自ControlNet及DeviceNet网络上的物件的存取(其也使用以太网物理层,架构在TCP/IP协议上)。
      特点在于EtherNet/IP设备可以采用UDP/IP(用户数据报文协议)隐式传送基本I/O资料;可以采用TCP/IP(传输控制协议)显示报文上传或下载数据;可以采用主站轮询、从站周期性更新或是状态改变(COS)时更新的方式,便于主站监控从站状态,讯息以UDP 报文的形式传输;可以采用一对一、一对多或是广播的方式,通过TCP报文进行数据传输。
       工作方式
      EtherNet/IP在标准以太网硬件上运行,并同时使用TCP/IP和UDP/IP进行数据传输。由于生产者/消费者模式为CIP协议所支持,EtherNet/IP采用不同的通信机制来处理,例如周期性轮询,时间或事件触发,多波或简单的点对点连接,CIP应用协议分为“隐性的”I / O消息和“显性的”用于配置和数据采集的请求/应答报文。当显性信息嵌入到TCP帧,实时应用数据通过UDP发送,因为后者格式更紧凑且开销小。采用星型网络拓扑结构,并通过交换机点以对点挂钩连接方式防止数据碰撞。
       性能
      EtherNet/IP网络采用商用以太网通信芯片、物理介质和星型拓扑结构,采用以太网交换机实现各设备间的点对点链接,能同时支持10Mbs和100Mbps传输速率(差别在于以太网标准和配线)。
      能够实现10ms左右的软实时性能,结合CIP sync和CIP Motion两种CIP派生协议,以及分布式时钟方法(精确节点同步)可使其达到极低的循环周期和抖动,以应用于伺服电机的驱动与控制(调研:最大响应时间应低于1ms)。
       应用领域
      EtherNet/IP可以用在一些可容许偶尔出现少量非决定性的自动化网络(即存在数据碰撞而引起的延时),一般应用于一些流程工业领域,其实时性等级一般在5ms-100ms。
      EtherNet/IP是一个工业使用的应用层通讯协定,可以使控制系统及其元件之间建立通讯,例如可编程逻辑控制器、I/O模组(伺服控制系统,传感系统)等,使得它能够用于伺服电机的控制与驱动(响应时间1ms以下)。
      此外,EtherNet/IP还用于ABB机器人、CNC、AGV小车(无线传输技术、TCP/IP协议,通过ping测试延时大约50ms能够满足需求。)

    图2 应用CIP的EtherNet/IP
    3. EtherCAT
    EtherCAT(Control Automation Technology),也被称为以太网控制自动化技术,是一个开放架构。EtherCAT是确定性的工业以太网,由德国的Beckhoff公司研发。自动化对通讯一般会要求较短的资料更新时间(或称为周期时间)、资料同步时的通讯抖动量低,而且硬件的成本要低,EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。
     工作原理
    EtherCAT采用“飞速传输”(processing on the fly)的技术,基于集束帧方法:由EtherCAT主站发送包含网络所有从站数据的数据包。在EtherCAT网络中,当资料帧帧通过每一个设备(直达 I/O 端子模块)时,EtherCAT 从站控制器读取与该设备相关的数据。同样,输入数据可以飞速插入至数据流中(或从数据流中交换数据到节点设备)。帧被传递(仅被延迟几位)过去的时候,从站会识别出相关命令,并进行相应处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的,因此与协议堆栈软件的 Run-Time 系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT 从站将经过充分处理的报文发回,这样该报文就作为一种响应报文由第一个从站返回到主站。且为了支持100 Mbit/s的波特率,必须使用专用的ASIC或基于FPGA的硬件来高速处理数据。因此,EtherCAT网络拓扑最终构成一个逻辑环。

    EtherCAT运行原理
    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/EthercatOperatingPrinciple.svg
     性能
    EtherCAT的周期时间短,是因从站的微处理器不需处理以太网的封包。所有程序资料都是由从站控制器的硬件来处理。每个节点接收及传送资料的时间少于1微秒,一般而言只用一个帧的资料就可以供所有的网络上的节点传送及接收资料。此特性再配合EtherCAT的机能原理,使得EtherCAT可以成为高性能的分散式I/O系统,例如:
     包含1000个分布式数位I/O出的程序资料交换只需30us,其中包括端子模块的周期时间。
     通过一个以太网帧,可以交换高达 1486 字节的过程数据,几乎相当于 12000 个数字量 I/O。而这一数据量的传输仅用 300 μs。
     与 100 个伺服轴的通讯只需 100 μs。在此期间,可以向所有轴提供设置值和控制数据,并报告它们的实际位置和状态。其中分布式时钟技术保证了这些轴之间的同步抖动小于 1 微秒。
    并且EtherCAT技术的原理具备拓展性,并不局限于快速以太网(100Mbit/s),可以扩展至1000Mbit/s。
     应用领域
    伺服控制系统(低于1ms),实时控制系统;分布式 I/O系统、;轴和控制单元;现场总线主站,高速串行接口。未来EtherCAT会更加偏重应用于智能电网、航空航天、产业机械、医疗等领域。

    1. SERCOS Ⅲ
      Sercos III是一个免费提供的全球标准化开放式的数字接口实时通信标准,SERCOSIII不仅有特定的物理层连接的硬件架构,同时SERCOS接口的协议结构和应用规范的定义也是特定的。SERCOSIII是SERCOS的第三代,SERCOS于1985年被推向市场,是一个标准的遵循IEEE802.3的数据传输协议,这个通信系统最初使用在基于运动控制的自动化系统,一个已注册的协会-SERCOS国际协会,支持这项技术的发展并保持标准的一致性。
       工作方式
      Sercos是一种确定性的基于以太网的自动化总线,它使用集束帧方式进行高效通信。网络节点必须采用菊花链或封闭的环形拓扑,由于以太网具有全双工能力,菊花链实际上已经构成一个独立的环。因此对于一个环形拓扑实际上相当于提供一个双环,使得它允许冗余数据传输。直接交叉通信能力是由每个节点上的两个端口来实现,在菊花链和环形网络,实时报文在他们向前和向后时经过每个节点,因此,节点具有在每个通信周期中相互通信两次而无需经过主站的能力,无需经过主站对数据进行路由。除了实时通道,它也使用时间槽方式进行无碰撞的数据传输,SERCOSIII也提供可选的非实时通道来传递异步数据。
       性能
      极高的硬实时性能以及同步通信要求,一般循环周期在25μs左右,抖动限制在纳秒级。
      在跨Sercos III网络的通信中严格严格控制循环间隔,为给定的应用选择循环时间,范围从31.25μs到65ms。
      SERCOSⅢ基本循环周期
       应用领域
      Sercos III是是全球标准化的开放式数字接口,用于工业控制,运动设备,输入/输出设备(I / O)和标准以太网节点之间的通信。具体在传统CNC和机器人领域,工程系统,人机界面等,其中在CNC的应用中更侧重于控制。

    2. PROFINET
      PROFINET是一个开放式的工业以太网通讯协定,由SIEMENS和PROFIBUS用户组织PNO的成员公司共同开发。可分为PROFINET CBA及PROFINET IO二种:PROFINET CBA适合经由TCP/IP,以元件为基础的通讯,PROFINET IO 则使用在需要实时通讯的系统,且两种模式可以在一个网络中同时出现。其中PROFINET IO是为分散式周边的实时(RT)及等时实时(IRT)通讯方式两种。
       工作原理
      采用生产/消费者模型结合总线循环时间分配技术,通过分配传输通道,来保证非实时传输与实时传输过程的相对的独立,以独特的时间控制器,来进一步分配每个循环周期的时间,进而保证通信循环周期的高度稳定性。

    数据传输模式

    总线循环时间分配技术
     性能
    PROFINET TCP/IP是针对PROFINET CBA及工厂调试用,其反应时间约为100ms。
    PROFINET RT(实时)通讯协定是针对PROFINET CBA及PROFINET IO的应用,其反应时间小于10ms。
    PROFINET IRT(等时实时)通讯协定是针对驱动系统的PROFINET IO通讯,其反应时间小于1ms。其采用了专用的芯片来实现,可以达到 100 个伺服 100uS 的数据刷新能力,系统抖动为 1uS。
     应用领域
    主要应用于Siemens产品,但由于profinet自身的三种传输等级特性,以及市场的主导地位,目前被应用在I/O控制系统(自动化控制)、I/O监控系统。具体在数控机床(西门子)控制、同时应用在机器人控制、电气控制系统等领域。
    6. EtherNet Powerlink
    Ethernet Powerlink是标准以太网的确定性实时协议。它是由以太网POWERLINK标准化组织(EPSG)管理的开放协议。由奥地利自动化公司B&R于2001年开发。Powerlink 的优势在于采用纯软件方式的协议,却可达到硬实时的性能。提并且供了所有标准的以太网功能特点包括交叉通信和热插拔,允许网络以任意方式进行拓扑。
     工作方式
    POWERLINK的基本传输周期分为实时和非实时域,其采用时隙和轮询混合方式来实现数据的同步传输。为进行协调,网络中指定PLC或工业PC作为管理节点(MN)。该管理节点运行周期性时隙的调度并据此来同步所有网络设备,并控制周期性数据通信。所有其他设备运行为受控节点(CN)。在每个同步周期阶段,MN以固定的时间序列逐次向CN发送 “轮询请求桢PReq”。每个CN以PRes方式立即响应这个请求并传输数据,所有其他节点可以侦听这个响应。

    Powerlink基本传输周期
     性能
    一个POWERLINK的周期包括三个部分。在开始阶段,MN发送了循环启动SoC帧给网络中的所有节点,以同步网络中的所有设备,抖动大约20纳秒。
    目前实现的周期时间小于200μs,时间精度(抖动)小于1μs。
     应用领域
    POWERLINK非常适合各种自动化应用,包括I / O,运动控制,机器人任务,PLC与PLC间的通信,以及显示任务。

     当前主流协议性能对比
    PS:真正的实时以太网应用是指Ethernet POWERLINK、EtherCAT、SERCOSIII。

    文章链接:
    http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_42/ourdev_656235U1LZCT.pdf
    https://wenku.baidu.com/view/ab2e3a156edb6f1aff001f26.html

     相关参考数据
    高性能同步处理、电子传动实时性需求1μs-1ms;
    CNC、机器人、高速处理过程50μs-10ms;
    传输系统、简单控制过程、软实时自动化控制过程1ms-100ms;
    楼宇控制技术(灯光,温控等系统)、仓储系统、控制和自动化生产系统不低于10ms;
    标准工业应用的实时性要求5ms以下;
    运动控制,要求参与通讯的终端设备周期同步,且周期小于1ms;
    伺服控制与驱动(响应时间1ms以下);
    AGV无线通讯(通讯延时50ms可以满足需求);
    CNC 插补计算、机器人的坐标转换,目前国内的水平维持在 5mS 左右的应用水 平,而欧美的主要厂商如 KUKA、ABB、Staubli 的机器人系统则要求更高的速度处理,小于 100uS;

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  • 最全工业以太网通讯协议

    千次阅读 2021-07-02 16:37:13
    工业以太网及工业自动化连接器的接线方式主要根据设备的协议来确定的,工业以太网和工业自动化主要:Ethernet/以太网,CANopen,Devicenet,PROFIBUS,INTERBUS,PROFINET,ETHERCAT,Sercos,Varan,SFC-interface,CC-...

    工业以太网及工业自动化连接器的接线方式主要根据设备的协议来确定的,工业以太网和工业自动化主要有:Ethernet/以太网,CANopen,Devicenet,PROFIBUS,INTERBUS,PROFINET,ETHERCAT,Sercos,Varan,SFC-interface,CC-Link等协议。
    一.工业以太网及工业自动化Ethernet/以太网接线协议:
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    2. M12 X-coded 8pin 连接器接Ethernet/以太网:
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    3. M12 A-coded 4pin 连接器接Ethernet/以太网:
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    4. M12 D-coded 4pin 连接器接Ethernet/以太网:
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    二.工业以太网及工业自动化CANOPEN接线协议:
    1.M12 A-coded 5pin连接器接CANopen:
    徐盛长荣科技M9连接器
    三.工业以太网及工业自动化Devicenet接线协议:
    1.M12A-coded 5pin连接器接Devicenet:
    徐盛长荣科技M12连接器
    5. M12 B-coded 5pin连接器接Devicenet:
    徐盛长荣科技M16连接器
    四.工业以太网及工业自动化PROFIBUS接线协议:
    1.M12 B-coded 5pin连接器接PROFIBUS:
    徐盛长荣科技工业自动化连接器
    五.工业以太网及工业自动化INTERBUS接线协议:
    1.M12 B-coded 5pin连接器接INTERBUS:

    徐盛长荣科技传感器连接器
    六.工业以太网及工业自动化EtherCAT/Sercos接线协议:
    1.M12 D-coded 4pin连接器接EtherCAT/Sercos:
    徐盛长荣科技M12A-coding连接器
    2. M12 D-coded 4pin连接器接EtherCAT/Sercos:
    徐盛长荣科技M12-B编码连接器
    七.工业以太网及工业自动化SFC-interface接线协议:
    1.M12 A-coded 4pin连接器接SFC-interface接口:
    徐盛长荣科技M12-X型编码coded连接器
    八.工业以太网及工业自动化CC-Link接线协议:
    1.M12 A-coded 4pin连接器接CC-Link:
    在这里插入图片描述
    原文地址:https://www.tobeest.com/news/details-30-51.html
    作者:ericchen
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    展开全文
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    1. 数据链路层的以太网协议

    数据链路层的以太网协议本质上其实就是相邻设备之间的数据转发

    以太网协议格式:

    在这里插入图片描述

    MAC地址:每一个网卡设备在出厂的时候都会拥有一个全球独一无二的MAC地址,MAC地址也被称为硬件的地址。

    本质上是:6字节的整数,即uint8_t addr[6]。
    可以在ifconfig(LINUX)中查看到对应的MAC地址。
    在这里插入图片描述
    Windows中可以使用ipconfig -all进行查看
    在这里插入图片描述

    以太网格式中的类型(2位):

    表示的是上层使用了什么协议 (ip / ARP协议)。

    有效载荷:[46 ~ 1500]字节

    如果网络层递交给数据链路层的数据不够46字节,则会对数据进行相应补0的操作。1500字节刚好是MTU(最大传输单元)的上限。

    CRC

    校验帧尾,检验数据在传输过程中是否失真。

    2. ARP协议

    上面其实我们也谈到了以太网协议格式,我们可以看到格式中的目的地址和源地址指的是目的MAC地址和源MAC地址,换句话说,数据在数据链路层进行发生的时候,需要知道目标主机MAC地址,但是网络层的协议递交给数据链路层的数据仅仅包含目标主机的ip地址,我们无法获知其对应的MAC地址,那么,我们该如何获取目标主机的MAC地址呢?

    换句话说:

    • 在网络通讯时,源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号,却不知道目的主机的硬件地址。
    • 数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃。
    • 因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

    ARP协议就是用来解决此类问题的,他可以通过ip地址获取对应的MAC地址

    注意:这里的ip地址本质上是通过路由项计算出来的接下来该条数据该去往的ip地址,而不是自己本身该去的ip地址。

    因此,可以说ARP协议是介于网络层和数据链路层之间的协议,话句话来说就是ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系

    ARP数据报格式

    在这里插入图片描述

    首先我们来看一下以太网首部的格式

    • 以太网目的地址:在ARP请求中,目的MAC地址填充为:0xFFFFFFFF,表示当前这条数据给子网当中的每一条机器都进行转发。
    • 以太网源地址:就是源MAC地址,就是当前主机的MAC地址。
    • 帧类型:上级协议(ARP协议)

    28字节ARP请求/应答

    • 硬件类型:当前的网络类型:以太网、令牌环网。
    • 协议类型:要转换的地址类型,ip转换为MAC。
    • 硬件地址长度:表示MAC地址长度。
    • 协议地址长度:表示ip地址长度。
    • op:标识是请求还是应答

    1:请求
    2:应答

    那么ARP又是如何知道MAC地址的呢?简单地说,ARP是借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定MAC地址的。

    假定主机A向同一链路上的主机B发送IP包,主机A的IP地址为172.20.1.1,主机B的IP地址为172.20.1.2,它们互不知道对方的MAC地址。

    在这里插入图片描述

    主机A为了获得主机B的MAC地址,起初要通过广播发送一个ARP请求包。这个包中包含了想要了解其MAC地址的主机IP地址。也就是说,ARP请求包中已经包含了主机B的IP地址172.20.1.2由于广播的包可以被同一个链路上所有的主机或路由器接收,因此ARP的请求包也就会被这同一个链路上所有的主机和路由器进行解析。如果ARP请求包中的目标IP地址与自己的IP地址一致,那么这个节点就将自己的MAC地址塞入ARP响应包返回给主机A

    总之,从一个IP地址发送ARP请求包以了解其MAC地址(ARP请求包还有一个作用,那就是将自己的MAC地址告诉给对方),目标地址将自己的MAC地址填入其中的ARP响应包返回到IP地址。由此,可以通过ARP从IP地址获得MAC地址,实现链路内的IP通信。

    根据ARP可以动态地进行地址解析,因此,在TCP/IP的网络构造和网络通信中无需事先知道MAC地址究竟是什么,只要有IP地址即可。

    ARP缓存表

    如果每发送一个IP数据报都要进行一次ARP请求以此确定MAC地址,那将会造成不必要的网络流量,因此,通常的做法是把获取到的MAC地址缓存(是指预见到同样的信息可能会再次使用,从而在内存中开辟一块区域记忆这些信息) 一段时间。即把第一次通过ARP获取到的MAC地址作为IP对MAC的映射关系记忆(记录IP地址与MAC地址对应关系的数据库叫做ARP表) 到一个ARP缓存表中,下一次再向这个IP地址发送数据报时不需再重新发送ARP请求,而是直接使用这个缓存表当中的MAC地址进行数据报的发送。每执行一次ARP,其对应的缓存内容都会被清除。不过在清除之前都可以不需要执行ARP就可以获取想要的MAC地址。这样,在一定程度上也防止了ARP包在网络上被大量广播的可能性。

    当然ARP是有老化时间的,老化时间为20min,会进行相应的更新。

    arp协议只能在子网内部使用,只能给子网内部的机器进行广播arp请求。换句话说,只能获取子网内部机器的MAC地址

    那么问题来了,IP地址和MAC地址缺一不可吗?

    ① 数据链路上只要知道接收端的MAC地址不就知道数据是准备发送给主机B的吗,那还需要知道它的IP地址吗?
    ② 只要知道了IP地址,即使不做ARP,只要在数据链路上做一个广播不就能发给主机B了吗?”那么,为什么既需要IP地址又需要MAC地址呢?

    主机A想要发送IP数据报给主机B时必须得经过路由器C。即使知道了主机B的MAC地址,由于路由器C会隔断两个网络,还是无法实现直接从主机A发送数据报给主机B。此时,主机A必须得先将数据报发送给路由器C的MAC地址C1。

    在这里插入图片描述
    如此看来,IP地址和MAC地址两者缺一不可。于是就有将这两个地址相关联的ARP协议(为了避免这两个阶段的通信带来过多的网络流量,ARP具有对IP地址和MAC地址的映射进行缓存的功能。有了这个缓存功能,发送IP包时就不必每次都发送ARP请求,从而防止性能下降)。

    3. NAT协议

    NAT也叫地址转换协议

    他的作用是:

    • 私网对公网请求的时候:将网络数据当中的私网的源ip地址转化成为公网的ip地址。
    • 公网对私网的应答:将网络数据当中的公网的目的ip地址转化成为私网的ip地址。

    即:
    在这里插入图片描述

    • 静态NAT:NAT协议,将一个私网和一个公网唯一进行映射管理。
    • 动态NAT:NAT管理的不止是一个公网ip,当私网数据到来的时候,选择一个空闲的ip进行映射。

    NAT的工作机制:

    如上图,以10.0.0.10的主机与163.221.120.9的主机进行通信为例。利用NAT,途中的NAT路由器将发送源地址从10.0.0.10转换为全局的IP地址(202.244.174.37)再发送数据。反之,当包从地址163.221.120.9发过来时,目标地址(202.244.174.37)先被转换成私有IP地址10.0.0.10以后再被转发(在TCP或UDP中,由于IP首部中的IP地址还要用于校验和的计算,因此当IP地址发生变化时,也需要相应地将TCP、UDP的首部进行转换)

    总结一下就是:不管是静态NAT还是动态NAT,都没有缓解ipv4枯竭的问题,本质上还是一个私网IP一定要对应一个公网ip,才能访问互联网。

    NAPT协议(动态NAT重载)

    在进行私网ip转化为公网ip的时候,不仅仅将ip地址转换掉了,并且还将传输层的端口也转换掉了。

    如图:
    在这里插入图片描述
    主机163.221.120.9的端口号是80,LAN中有两个客户端10.0.0.10和10.0.0.11同时进行通信,并且这两个客户端的本地端口都是1025。此时,仅仅转换IP地址为某个全局地址202.244.174.37,会令转换后的所有数字完全一致。为此,只要将10.0.0.11的端口号转换为1026就可以解决问题。如图所示,生成一个NAPT路由器的转换表,就可以正确地转换地址跟端口的组合,令客户端A、B能同时与服务器之间进行通信。

    这种转换表在NAT路由器上自动生成。例如,在TCP的情况下,建立TCP连接首次握手时的SYN包一经发出,就会生成这个表。而后又随着收到关闭连接时发出FIN包的确认应答从表中被删除(UDP中两端应用进行通信时起止时间不一定保持一致,因此在这种情况下生成转换表相对较难) 。

    注:在使用TCP或UDP的通信当中,只有目标地址、源地址、目标端口、源端口以及协议类型(TCP还是UDP)五项内容都一致时才被认为是同一个通信连接。此时所使用的正是NAPT。

    在NAPT的场景下,一个公网ip,理论上最大可以转换多少个私网ip?

    216 = 65536个,即 0 ~ 65535。

    对NAT协议的总结:

    • NAT网关对于私网主机和公网主机而言,是透明的,双方在通信过程中是无感知的。
    • NAT网关会保存转换之后的映射关系,防止应答回来之后再次进行转换。
    • 私网 =》公网:是将网络数据当中的源ip地址修改为公网ip地址。
      公网 =》私网:是将网络数据当中的目的ip地址修改成为私网ip地址。
    • NAPT增加了端口的转换,就可以让一个公网ip服务多个私网主机。缓解了ip地址枯竭的问题
    • 数据只能先从私网到公网,不能从公网到私网。

    4. DNS协议

    DNS协议本身是应用层的协议,并且在传输层使用的UDP协议。也叫域名解析协议,他的作用就是将域名解析为ip地址。

    域名:

    一级域名:.com.cn.gov.us
    二级域名:baidu.comjd.comtaobao.com
    三级域名:baike.baidu.com

    域名服务器:

    根域名服务器:给其他域名服务器做授权使用
    一级域名服务器:管理一级域名
    二级域名服务器:管理二级域名
    三级域名服务器:管理三级域名

    域名解析的流程:

    递归法解析:
    在这里插入图片描述
    迭代法解析:
    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 车载以太网架构图 应用层:DHCP /SOMEIP/DoIP/XCP/UDPNM 传输层:TCP/IP 网络层:IPv4/IPv6/ARP/ICMP 链路层:IEEE Ethernet MAC+VLAN 物理层:Ethernet PHY: 100BASE-T1/1000BASE-T1/100BASE-Tx

    一、车载以太网架构图

     

    展开全文
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  • 详细说明了如何数据抓包和数据分析,并提供通讯编程的方法
  • IEEE 802.3-2015 以太网协议.zip
  • 以太网二层协议

    2013-05-23 16:44:41
    以太网二层协议
  • 以太网完整协议(一)

    万次阅读 多人点赞 2017-05-03 15:54:31
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    2018-06-07 16:22:33
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空空如也

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以太网协议有哪些