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以太网是什么
以太网(Ethernet)最早是由Xerox(施乐)公司创建的局域网组网规范，1980年DEC、Intel和Xeox三家公司联合开发了初版Ethernet规范—DIX 1.0，1982年这三家公司又推出了修改版本DIX 2.0，并将其提交给EEE 802工作组，经IEEEE成员修改并通过后，成为IEEE的正式标准，并编号为IEEE 802.3。虽然Ethernet规范和IEEE 802.3规范并不完全相同，但一般认为Ethernet和正IEEE 802.3是兼容的。
以太网是应用最广泛的局域网技术。根据传输速率的不同，以太网分为标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbis)千兆以太网(1000Mbs)和万兆以太网(10Gbit/s)，这些以太网都符合IEEE 802.3是兼容的。
1、标准以太网
标准以太网是最早期的以太网，其传输速率为10Mbts，也称为传统以太网。此种以太网的组网方式非常灵活，既可以使用粗、细缆组成总线网络，也可以使用双绞线组成星状网络，还可以同时使用同轴电缆和双绞线组成混合网络。这些网络都符合EE8023标准，EEE8023中规定的一些传统以太网物理层标准如下。
①10 Base-2：使用细同轴电缆，最大网段长度为185m。
②10 Base-5：使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m。
③10 Base-T：使用双纹线，最大网段长度为100m。
④10 Boad-36：使用同轴电缆，最大网段长度为3600m。
⑤10 Base-F：使用光纤，最大网段长度为2000m，传输速率为10Mb/s。
以土标准中首部的数字代表传输速率，单位为Mbis；末尾的数字代表单段网线长度(基准单位为100m)；Base表示基带传输， Broad表示宽带传输。
2、快速以太网
随着网络的发展和各项网络技术的普及，标准以太网技术已难以满足人们对网络数据流量和速率的需求。1993年10月以前，人们只能选择价格昂贵、基于100Mbs光缆的FDD技术组建高标准网络，1993年10月， Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器FastSwitch10/100和百兆网络接口卡 Fast NIC 100，快速以太网技术正式得到应用。
随后，Intel、3COM等公司也相继推出了自己的快速以太网设备，同时EEE802工作组对100Mbi/s以太网的各种标准进行了研究，并于1995年4月发布了IEEE 802.3u 100Base-T快速以太网标准，快速以太网时代到来。
IEEE 802.3U标准基本保持了标准局域网的规定，包括帧格式、接口、介质访问控制方法
( CSMA/CD)等，只是将数据传输速率从10Mbts提升到了100Mbit/s，又使用了一些新的物理层标准，具体如下所示。
① 100 Base-1X：使用两对5类屏蔽或非屏蔽双绞线，一对用于发送数据，一对用于传输数据；使用RJ-45或DB9接口，节点与集线器的最大距离为100m，支持全双工。
② 100 Base-T4：使用4对3类、4类或5类双绞线，3对用于发送数据，1对用于检测冲突信号；使用R-45连接器，最大网段长度为100m，不支持全双工。
③ 100Base-FX：使用一对单模或多模光纤，一路用于发送数据，一路用于接收数据；最大网段长度为200m(使用单模光纤时可达2000m)，支持全双工。此种网络主要用于搭建主千网，以提升主干网络传输速率。
3、千兆以太网
千兆以太网(GigabitEthernet)也称为吉比特以太网。1995年11月，IEEE 802.3工作组委任一个高速研究组，以研究将快速以太网速率增至1000Mbls的可行性和方法。1996年6月，IEEE标准委员会批准了千兆以太网方案授权申请，随后IEE 802.3工作组成立了EEE 802.3z工作委员会，该委员会建立了千兆以太网标准，该标准的主要规定如下：
① 速率为1000Mbit/s的以太网在通信时的全双工/伴半双工操作。
② 使用8023以太网帧格式、CSMA/CD技术。
③ 在一个冲突域中支持一个中继器。
④ 向下兼容10Base-T和100Base-TIEEE 802.3。
工作组为千兆以太网制定了一系列物理层标准，其中常用的标准如下。
（1）1000 Base-SX：使用芯径为50m及625m、工作波长为850m的多模光纤，采用8B/10B编码方式，传输距离分别为260m和525m。此标准主要应用于建筑物中同一层的短距离主于网。
（2）1000 Base-LX：使用芯径为50pm及625m、工作波长为850nm和芯径为5m、工作波长为1300nm的多模、单模光纤，传输距离分别为525m、550m和3000m。此标准主要应用于校园主干网。
（3）1000 Base-CX：使用1500屏蔽双绞线，采用8B/10B编码方式，传输速率为1.25Gbis，传输距离为25m。此标准主要用于集群设备的连接，如一个交换机机房内的设备互联。
（4）1000 Base-T：使用4对5类非屏蔽双绞线，采用PAM5编码方式，传输距离为100m。
此标准主要用于同一层建筑的通信，从而可利用标准以太网或快速以太网已铺设的非屏蔽双绞线电缆。
千兆以太网采用光纤作为上行链路，用于楼宇间的连接，原本被作为一种交换技术设计，之后被广泛应用于服务器的连接和主干网中。如今，千兆以太网已成为主流的网络技术，无论是大型企业还是中小型企业，在组建网络时都会把千兆以太网作为首选高速网络技术。
4、万兆以太网
万兆以太网(10 Gigabit Ethernet，10GE)也称为10吉比特以太网，是继千兆以太网之后产生的高速以太网。在千兆以太网的IEEE 802.3Z规范通过后不久，IEEEE成立了高速研究组（High Speed Study Group，HssG)，该研究组主要致力于10GE的研究。
10GE并非简单地将千兆以太网的速率提升了10倍，2002年6月，IEEE 802.3ae委员会制定了10GE的正式标准，该标准主要包括以下内容。
① 兼容8023标准中定义的最小和最大以太网帧长度。
②仅支持全双工方式。
③使用点对点链路和结构化布线组建星状局域网。
④在 MAC/PLS服务接口上实现10Gbs的速度。
⑤定义两种物理层规范，即局域网PHY和广域网PHY。
⑥定义将 MAC/PLS的数据传输速率对应到广域网PHY数据传输速率的适配机制。
⑦定义支持特定物理介质相关接口(PMD)的物理层规范，包括多模光纤和单模光纤以及相应传输距离;支持ISO/C11801第二版中定义的光纤介质类型等。
⑧通过WAN界面子层，10Gbi/s也能被调整为较低的传输速率。
此外，10Gbis不再使用铜线，只使用光纤作为传输媒介;不再使用 CSMA/CD协议。千兆以太网仍可使用已有的光纤通道技术，但10GE使用新开发的物理层。10GE常用的物理层规范如下。
①10G Base-SR：SR表示" Short Reach"(短距离)，10GBae-SR仅用于短距离连接，该规范支持编码方式为64B/66B的短波(850mm)多模光纤，有效传输距离为2m~300m。
② 10G Base-LR：LR表示“Long Reach”(长距离)，10 G Base-LR主要用于长距离连接，该规范支持编码方式为64B/66B的长波(1310mm)单模光纤，有效传输距离为2m~10km，最高可达25km。
④ 10 G Base-ER：ER表示“ Extended Reach”(超长距离，10G Base-ER支持超长波（1550nm)单模光纤，有效传输距离为2m~40km。

要知道以太网和工业以太网的区别，首先我们要知道什么是以太网、什么是工业以太网？
1、什么是以太网？
以太网是IEEE 802.3所涵盖的一组局域网。是电气电子工程师协会的一组标准，定义了有线以太网介质访问控制的物理层和数据链路层。
如果没有以太网，要实现设备之间的通信很困难。以太网是有线和电缆系统的全球标准，可以通过组织的单个网络连接多台计算机、设备、机器等，以便所有计算机都可以与另一台计算机通信。
2、以太网是如何工作的？
使用以太网时，数据流被分成较短的部分或帧，每个部分包含特定信息，例如数据的源和目的地。这些数据是网络根据需要接收和发送数据所必需的。

标准以太网可以在以下位置以10 Mbps到100 Mbps的速度发送数据。千兆以太网是IEEE 802.3标准下使用的一个术语，用于描述以1 Gbps传输的以太网速度。千兆以太网首先用于骨干网络传输和高性能或大容量服务器。但是，随着时间的推移，桌面连接和PC都可以支持它。

3、什么是工业以太网？

顾名思义，用于工业环境的以太网就是工业以太网。复制的工业环境对设备、网络环境要求更高，更高可靠性、安全等等。工业以太网将专用协议与以太网结合使用。100 Mbps是工业以太网应用中最常用的速度，但它的传输速率范围可以从10 Mbps到1 Gbps。
4、工作原理

修改PROFINET和EtherCAT等工业以太网协议，以确保以特定制造方式修改标准以太网数据。不仅可以正确发送和接收，还可以在需要执行特定操作的数据时及时发送和接收。例如，使用工业以太网自动化技术的灌瓶工厂可以通过网络发送灌装数据，以确保瓶子按预期灌装。实时自动报告称，当瓶子装满时，将在网络上发出停止灌装命令。
5、以太网与工业以太网的区别

1、与工业环境相比，以太网可用于更多的办公室。办公室以太网是为基本级别设计的，而工业以太网可以考虑多个级别，并可在较重的环境中使用。
2、工业以太网更适合处理工厂噪音、工厂流程和更恶劣的环境，甚至可以更好地响应工厂车间的数据冲突。
3、工业以太网技术中的电缆和连接器也可能有所不同。例如，工业环境中使用的连接器不会像实时自动化中报告的那样成为基本的锁定机构。由于环境恶劣，需要更重的锁定机构。在重型应用中通常需要密封连接器。

4、商业或办公室以太网与工业以太网之间的布线也可以不同。轻型工业电缆可以比传统以太网电缆具有更高的质量。重型电缆周围使用的护套和金属也提高了质量，使它们更耐用。

标准以太网本身不是确定性的，但是工业环境需要确定性。确保数据传输和接收的有效性、实时性等，如果设备之间的数据丢失或数据延迟，则可能会导致灾难性后果，例如生产过程中的重大缺陷。

	

1、以太网交换简介
以太网最早是指由DEC(Digital Equipment Corporation)、Intel和Xerox组成的DIX(DEC-Intel-Xerox)联盟开发并于1982年发布的标准。
经过长期的发展，以太网已成为应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10 Mbit/s)、快速以太网(100 Mbit/s)、千兆以太网(1000 Mbit/s)和万兆以太网(10 Gbit/s)等。
IEEE 802.3规范则是基于以太网的标准制定的，并与以太网标准相互兼容。
在TCP/IP中，以太网的IP数据报文的封装格式由RFC894定义，IEEE802.3网络的IP数据报文封装由RFC1042定义。当今最常使用的封装格式是RFC894定义的格式，通常称为Ethernet_II或者Ethernet DIX。
为区别两种帧，本文以Ethernet_II称呼RFC894定义的以太帧，以IEEE802.3称呼RFC1042定义的以太帧。
早在1972年，Robert Metcalfe(被尊称为“以太网之父”)作为网络专家受雇于Xerox公司，当时他的第一个任务是把Xerox公司Palo Alto研究中心(PARC)的计算机连接到Arpanet(Internet的前身)。
同年底，Robert Metcalfe设计了一套网络，把PARC的计算机连接起来。因为该网络是以ALOHA系统(一种无线电网络系统)为基础的，又连接了众多的Xerox公司Palo Alto研究中心的计算机，所以Metcalfe把它命名为ALTO ALOHA网络。
ALTO ALOHA网络在1973年5月开始运行，Metcalfe把这个网络正式命名为以太网(Ethernet)，这就是最初的以太网试验原型，该网络运行速率为2.94Mbps，网络运行的介质为粗同轴电缆。
1976年6月，Metcalfe和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网：区域计算机网络的分布式包交换技术》(Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks)的文章。
1977年底，Metcalfe和他的三位合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”("Multipoint data communication system with collision detection")的专利。
从此，以太网就正式诞生了。
经过多年的技术发展，以太网是当前应用最普遍的局域网技术，它很大程度上取代了其他局域网标准。如令牌环、FDDI和ARCNET。
历经100M以太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至10G以太网正在国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。
以太网是当今现有局域网LAN(Local Area Network)采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法。
以太网是建立在CSMA/CD机制上的广播型网络。
冲突的产生是限制以太网性能的重要因素，早期的以太网设备如HUB是物理层设备，不能隔绝冲突扩散，限制了网络性能的提高。
而交换机做为一种能隔绝冲突的二层网络设备，极大的提高了以太网的性能，并替代HUB成为主流的以太网设备。
然而交换机对网络中的广播数据流量不做任何限制，这也影响了网络的性能。通过在交换机上划分VLAN和采用L3交换机可解决这一问题。
以太网作为一种原理简单，便于实现同时又价格低廉的局域网技术已经成为业界的主流。而更高性能的千兆以太网和万兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术。
2、以太网的网络层次
以太网采用无源的介质，按广播方式传播信息。它规定了物理层和数据链路层协议，规定了物理层和数据链路层的接口以及数据链路层与更高层的接口。
2.1、物理层
物理层规定了以太网的基本物理属性，如数据编码、时标、电频等。
物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即通信通道)，物理层的传输单位为比特(bit)，即一个二进制位(“0”或“1”)。
实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但是，物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层(数据链路层)提供一个传输原始比特流的物理连接。
2.2、数据链路层
数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介于物理层和网络层之间。
数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源设备网络层转发过来的数据可靠地传输到相邻节点的目的设备网络层。
由于以太网的物理层和数据链路层是相关的，针对物理层的不同工作模式，需要提供特定的数据链路层来访问。这给设计和应用带来了一些不便。
为此，一些组织和厂家提出把数据链路层再进行分层，分为媒体接入控制子层(MAC)和逻辑链路控制子层(LLC)。这样不同的物理层对应不同的MAC子层，LLC子层则可以完全独立。
图1 以太网链路层的分层结构
如上图1所示。
下面的章节将就物理层和数据链路层的相关概念做进一步的阐述。
3、以太网的线缆标准
从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：
10BASE-2
10BASE-5
10BASE-T
10BASE-F
100BASE-T4
100BASE-TX
100BASE-FX
1000BASE-SX
1000BASE-LX
1000BASE-TX
10GBASE-T
10GBASE-LR
10GBASE-SR
在这些标准中，前面的10、100、1000、10G分别代表运行速率，中间的BASE指传输的信号是基带方式。
3.1、10兆以太网线缆标准
10兆以太网线缆标准在IEEE802.3中定义，线缆类型如下表1所示。
同轴电缆的致命缺陷是：
电缆上的设备是串连的，单点故障就能导致整个网络崩溃。10BASE-2，10BASE-5是同轴电缆的物理标准，现在已经基本被淘汰。
3.2、100兆以太网线缆标准
100兆以太网又叫快速以太网FE(Fast Ethernet)，在数据链路层上跟10M以太网没有区别，仅在物理层上提高了传输的速率。
快速以太网线缆类型如下表2所示。
10BASE-T和100BASE-TX都是运行在五类双绞线上的以太网标准，所不同的是线路上信号的传输速率不同，10BASE-T只能以10M的速度工作，而100BASE-TX则以100M的速度工作。
100BASE-T4现在很少使用。
3.3、千兆以太网线缆标准
千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展。在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率从100Mbit/s提高了10倍，达到了1Gbit/s。千兆以太网线缆标准如下表3所示。
用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbit/s到1000Mbit/s的升级。
千兆以太网物理层使用8B10B编码。在传统的以太网传输技术中，数据链路层把8位数据组提交到物理层，物理层经过适当的变换后发送到物理链路上传输。但变换的结果还是8比特。
在光纤千兆以太网上，则不是这样。数据链路层把8比特的数据提交给物理层的时候，物理层把这8比特的数据进行映射，变换成10比特发送出去。
3.4、万兆以太网线缆标准
万兆以太网当前使用附加标准IEEE 802.3ae用以说明，将来会合并进IEEE 802.3标准。万兆以太网线缆标准如下表4所示。
3.5、100Gbps以太网线缆标准
新的40G/100G以太网标准在2010年制定完成，当前使用附加标准IEEE 802.3ba用以说明。随着网络技术的发展，100Gbps以太网在未来会有大规模的应用。
4、CSMA/CD
根据以太网的最初设计目标，计算机和其他数字设备是通过一条共享的物理线路连接起来的。这样被连接的计算机和数字设备必须采用一种半双工的方式来访问该物理线路，而且还必须有一种冲突检测和避免的机制，以避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况，这种机制就是所谓的CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)。
可以从以下三点来理解CSMA/CD：
1、CS：载波侦听
在发送数据之前进行侦听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。
2、MA：多址访问
每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
3、CD：冲突检测
由于两个站点同时发送信号，信号叠加后，会使线路上电压的摆动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。
边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。
CSMA/CD的工作过程如下：
终端设备不停的检测共享线路的状态。如果线路空闲则发送数据；如果线路不空闲则一直等待。如果有另外一个设备同时发送数据，两个设备发送的数据必然产生冲突，导致线路上的信号不稳定。
终端设备检测到这种不稳定之后，马上停止发送自己的数据。终端设备发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后再进行发送数据。
发送干扰脉冲的目的是为了通知其他设备，特别是跟自己在同一个时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突。
检测到冲突后等待的时间是随机的。
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什么是工业以太网？
工业以太网即通用工业协议与以太网技术的结合，指的是应用于工业配置的以太网。
工业以太网是继现场总线之后发展起来的，富有发展前景的一种工业通信网络。其本质就是以太网技术办公自动化走向工业自动化。
工业以太网相比以太网有哪些优势？
以太网虽然成本低于工业网络，对现场总线厂商来说方便实用，但并不完全符合工业环境和标准的要求。工业以太网在以太网基础上衍生出来，在确定性、实时性、可靠性方面都优于以太网，它的网络利用率更高，抗干扰能力更强。
工业以太网有哪些类型？
工业以太网标准主要包括以下6个被广泛应用的类型：
(1) MODBUSTCP/IP
(2) Ethernet/IP
(3) EthernetPOWERLINK
(4) PROFInet
(5) SERCOSIII
(6) EtherCAT
工业以太网还可以根据从站设备的实现方式分为三个类型：
(1) 采用通用硬件和标准TCP/IP协议。采用这种方式的有Ethernet/IP、Modbus/TCP、PROFInet/CbA。　
(2)采用通用硬件和定义实时数据传输协议。采用这种方式的有EthernetPowerlink、PROFInet/RT。
(3) 采用专用硬件和自定义实时数据传输协议。采用这种方式的有EtherCAT、PROFInet/IRT、SERCOS-III。
工业以太网设计应遵循什么基本原则？
(1) 通信确定性与实时性
工业控制网络必须满足控制作用对实时性的要求：信号传输要足够快、满足信号的确定性。
工业以太网采用快速以太网加大网络带宽、全双工交换式以太网、降低网络负载、应用报文优先级技术等措施，解决了以太网难以满足控制系统要求准确定时通信实时性要求的问题。
(2)安全性
工业以太网应用应该考虑工业现场的安全性。
通过对以太网现场设备采取增安、气密、浇封等隔爆措施，使现场设备本身故障产生的点火能量不外泄，保证系统运行的安全性。
工业以太网应用必须考虑工业系统的网络安全。
工业以太网可以将企业传统的三层网络系统，即信息管理层、过程监控层、现场设备层，合成一体，使数据的传输速率更快、实时性更高，并可与Internet无缝集成，实现数据的共享，提高工厂的运作率。
(3)稳定性与可靠性
传统的以太网并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的适应性需要。在工厂环境中，工业网络必须具备较好的可靠性、可恢复性及可维护性。
为了解决在不间断的工业应用领域，在极端条件下网络也能稳定工作的问题，有人物联网专门开发和生产了导轨式串口服务器、交换机等工业级产品。
(4)总线供电问题
总线供电(或称总线馈电)是指连接到现场设备的线缆不仅传输数据信号，还能给现场设备提供工作电源。