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GE Fanuc Automation

GE Fanuc Automation. GE Fanuc Automation. Ethernet Training Course 以太网培训手册 Presented by GE Fanuc Shanghai Office. Course Agenda 课程介绍. Introduction to networks 计算机网络基本概念

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Presentation Transcript

  1. GE Fanuc Automation GE Fanuc Automation Ethernet Training Course 以太网培训手册 Presented by GE Fanuc Shanghai Office

  2. Course Agenda 课程介绍 • Introduction to networks 计算机网络基本概念 • Introduction to Ethernet 以太网简介 • Introduction to TCP/IP TCP/IP协议介绍 • GE Fanuc Ethernet products 介绍GE Fanuc的以太网产品 • SGM Production and Office network concept SGM的生产网络与办公网络

  3. What is a network?什么是网络 • A network is some form of media which connects devices together 网络是通过某种传输介质将若干台计算机设备连接起来的一种形式 • A network may be referred to as a 计算机网络可以分成以下两种形式 • LAN - Local Area Network 局域网 - 本地小区域内各台设备组成的网络 • WAN - Wide Area Network 广域网 - 长距离(100公里以上)范围内的网络

  4. 为什么可编程控制器用户要使用网络 • 连接物理上比较分散的设备 • 可编程控制器与输入输出模块 - 节省了大量电缆 • 允许可编程控制器共享信息 • 参与联锁控制, 汇报和处理信息, 参与故障诊断 • 便于高速地传送生产过程的数据信息到中央管理信息系统 • 生产运转周期, 生产数据, 报警信息 • 便于中央管理信息系统下发生产指令给各个生产设备 • 生产配方, 生产指令, 零部件计划 • 使得控制系统可构成主机热备份 • 可以实现远程编程

  5. 用户 用户 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 运输层 运输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 网络7层模型的定义 • ISO(国际标准化组织)定义的OSI(开放系统互连)参考模型 包含如下七个层次： 层次 主机 A 主机 B 应用层协议 7 表示层协议 6 会话层协议 5 运输层协议 4 网络层协议 3 数据链路层协议 2 物理层协议 1 物理层连接 (传输介质)

  6. 7层模型的定义 • 1978年第一次提出该模型 • 每一层都定义了对它的上层所提供的一系列服务 • 每一层都请求和使用它的下层所提供的服务 • 每一层都不必了解下层的运行和工作细节 • 修改本层的功能并不影响其他层次 • 所有层次都应该提供点到点(主机与主机)之间的连接，以此 完成一次完整的数据传输 • 比如：打国际长途电话

  7. Layer 1第一层：物理层 Physical Layer 物理层 • Cable/media, connectors, topology, signal levels 定义了传输介质的种类、连接器、拓补结构、信号幅值 • Responsible for sending a bit of data from one device to another device 担负着将组成数据信息的位串从一个站发送至另一个站的任务 • Includes the physical link (cable and connectors) and the electronics necessary to modulate the link 包含传输介质、连接器以及必要的信号调制电路

  8. 第二层：数据链路层 • 数据链路层 • 负责无差错地发送数据帧 • 解决该层产生的丢失帧、错误帧和重复帧等传输故障 • 该层实际上被分成两个子层 • LLC子层 - 逻辑链路层 • 完成错误检验及差错恢复 • MAC子层 - 介质访问控制层 • 完成数据帧的寻址(利用MAC地址) • 完成分组的传送 • 不同的网络有不同的MAC子层

  9. 第三层：网络层 • 网络层 • 决定了一个分组是按照怎样的路径从源设备发送到目的设备 • 对于一个简单型的网络，不存在路由选择问题 • 对于一个复杂型的网络，每个分组的路由选择都是动态决定的 • 统计传输的数据量，为了今后的收费 • 进行网络地址的转换，如果目的设备所在的网络与源设备所在网络是不同类型的网络

  10. Layer 4第四层：运输层 Transport Layer 运输层 • Provides end-to-end control of a communication session 提供每次通讯点到点(主机到主机)之间的联接控制 • May be responsible for multiplexing many data routes for improved speed in transmitting data 也负责高速发送数据时的多路数据传输 • Takes care of multi-programmed (ie parallel tasking) communications sessions 负责处理多任务(并行任务)的通讯会话

  11. 第五层：会话层 • 会话层 • 在两台主机设备之间建立对话联接 • 比如：为了传输一个文件 • 管理对话过程 • 比如：单向或双向的数据流向，半双工时的操作管理 • 执行数据权标的管理 • 比如：保证参与通讯的两台主机不会同时向对方发出请求命令 • 完成数据同步功能 • 比如：保证发生故障后，已经发送的数据不会重复再发送

  12. Layer 6第六层：表示层 Presentation Layer 表示层 • Performs functions concerning syntax and semantics of information 执行涉及到数据信息的语法和语义的功能 • These are functions requested frequently enough to warrant a specific solution 这些是经常被请求调用的功能 • Examples are the data format 例如数据格式 • ie ASCII, floating point, integer 比如：ASCII码、浮点数、整型数 • May also perform data encryption and compression 也完成数据的加密、压缩等功能

  13. Layer 7第七层：应用层 Application Layer 应用层 • Contains a variety of protocols to allow communication of data 包含了大量的应用协议，以保证各种各样的数据通讯 • ie MMS, virtual terminal software, file transfer 比如：MMS协议、虚拟终端软件、文件传输协议

  14. User Layer用户层 The User抯 Application! 用户的应用程序 • This is the program that the user is concerned with 这一层是用户所关心和面对的应用程序 • The application must communicate with another application on another machine, thus requiring the services of the relevant protocol in the application layer 这一层的应用程序必须与运行在另一台主机上的应用程序相互通讯，这就要求两台主机的应用层都有相应的应用层协议提供服务

  15. 分层的重要性 • 网络模型的分层使得网络的安装构成更易于理解 • 大多数网络的安装与构成使用了分层概念 • 替换或者更换某一层，不会影响其他层 应用程序 用户的应用层协议 (如 文件传输协议) 个人电脑中的网络组成 部分的分层 示意图 网络协议 (如 TCP/IP协议) 网络硬件驱动程序 网络硬件接口 网络传输的物理介质(电缆)

  16. Tree 树型 Ring 环型 Star 星型 Bus 总线型 Network Topologies网络的拓补结构 Point-to-point 点到点

  17. 客户机/服务器结构 • 客户机与服务器是指该网络设备是请求获得信息还是向网上其他设备提供信息 • 客户机请求获得信息 • 服务器提供信息 • 网上设备既可以是客户机，也可以是服务器 服务器 客户机请求获得信息 客户机 服务器提供信息 时间

  18. 以太网与IEEE802.3的历史 • 以太网最初由DEC、Intel和Xerox三家公司在1980年共同开发研制出来 • IEEE(国际电工电子委员会)于1982年在以太网的基础上制订了802.3标准 • 超过50%的已安装的网络属于IEEE802.3标准的以太网 • 目前，IEEE802.3与以太网这两个名词可以相互替代使用

  19. 以太网/IEEE802.3的技术术语 • Ethernet • 以太网，是通过电缆将节点连接起来 • Transceiver • 收发器，将网站连接到以太网电缆上的设备 • Drop cable • 连接电缆，连接收发器与节点的电缆 • Heartbeat • 用来确认网站的冲突检测功能工作 • 正常 • IEEE802.3 • 是定义以太网的标准 • MAU • 介质连接单元 • AUI • 连接单元接口 - 连接电缆的15针D型 • 接口 • AUI cable • 连接电缆 • SQE • 信号质量错误，由收发器回送给网 • 站的信号，指示冲突电路是否操作

  20. 其他技术术语 • 段 • 由一段电缆所构成的网络的一部分 • 分组 • 一个包含数据和报文控制信息的以太网逻辑信息组 • 帧 • 在网上实际发送的逻辑信息组 • 网关 • 用来连接不同系统(子网)的网间连接器 • 路由器 • 网关的另一个名称，通常路由器依靠网络层信息，把分组从一个网络向前送到另一个网络

  21. 第 2 层 第 1 层 什么是以太网？ • 以太网是OSI七层模型中的低层部分 • 以太网的第一层(物理层)在IEEE 802.3中被定义 • 以太网的第二层(数据链路层)中的介质访问控制层(MAC)也 在IEEE 802.3中定义 • 以太网的第二层中的逻辑链路层(LLC)在IEEE 802.2中定义 • 以太网的第三至七层属软件协议，超出了以太网的定义范围 IEEE 802.2 LLC MAC IEEE 802.3 - 以太网 物理连接

  22. 以太网的特性 • 高速 • 最初的10 Mbits/S波特率 • 现在已有100 Mbits/S的波特率 • 载波监听多路访问/冲突检测技术 • 载波监听多路访问、冲突检测 • 网站设备监听一下传输介质，如果介质忙，则退出发送 • 网上多台设备都有共享传输介质的同等权利 • 如果网上两台设备同时向网上发送数据，冲突就发生了，这将被网站检 测到，同时网站也退出发送 • 各种各样的电缆类型 • 非常易于各种电缆组合使用

  23. 冲突域 • 一个冲突域是载波监听/冲突检测技术工作的网络范围 • 冲突意味着实际的数据率低于网络的波特率 • 对于10 Mbits/S波特率的以太网，最大的数据率大约是3 Mbits/S • 超过 30% 网络负担, 冲突将会显著增加，网络的性能也会呈指数曲 线下降

  24. 以太网的电缆类型 • 主要的类型有 • 10base5 - 粗同轴电缆 • 10base2 - 细同轴电缆 • 10baseT - 无屏蔽双绞线 • FOIRL/10baseFL - 光导纤维电缆 • FDDI - 光纤分布数据接口(100M光纤) • 100baseT - 100M双绞线

  25. 10base5 - 粗同轴电缆 • 10base5 - 粗缆 • 10 Mbits/S, 基带 • 位传输错误率 < 10e-8 • 每个网段可有100个节点, 500米长 • 使用波阻抗为50欧姆的同轴电缆, 10 mm 外径 • N系列的连接器、或者附着型连接器 • 节点之间必须间隔 2.5 米 • 或者是 2.5 米的倍数 • 在总线两端必须用50欧姆电阻终结电缆 • 每个网段的电缆必须单点接地(连在局域网的网络设备机柜)

  26. 使用粗缆 • 总线型拓补结构 • 局域网的基本(主要)通信通道是电缆 • 节点通过连接电缆连到网络电缆上 • 在连接电缆和网络电缆之间是收发器 以太网电缆 终端 电阻 终端 电阻 收发器 收发器 连接电缆 连接电缆 设备 1 接口 设备 2 接口

  27. 电缆终结 • 正确的电缆终结对于任何类型的网络都是非常重要的 • 电缆终结器是连接信号两端的电阻 • 或者连接信号线与地线 • 电缆终结器被用来消除信号波形的反射 • 一个脉冲信号将会在没有终结的电缆上产生电压反射 • 一个脉冲信号将会在短路连接的电缆上产生电流反射 • 由于电信号并不是以无穷大的速度传播，因此一个反射信号将会影响下一个脉冲信号 • 不断重复的反射信号会破坏一个完整的数据信息报文

  28. 收发器 • 是连接以太网接口模块到物理传输介质终端盒 • 已经有双/多口的收发器 • 大多配有SQE开关 以太网传输电缆 收发器 AUI或AAUI 接口

  29. AUI电缆 • 也称为连接电缆 • 连接网络节点和收发器 • 15针 D 型接口到 15针 D 型接口电缆 • 最大电缆长度可达50米 • 15针D型连接器与电缆必须有良好的屏蔽层 • AUI电缆的长度不包括在网段的电缆长度之内 15 针 D 型插头 15 针 D 型插头 收发器 节点(网站) 最长 50 米

  30. AAUI电缆 • AAUI是超微型的 AUI (仅仅对 90-30 PLC) • 相对于AUI, AAUI的连接器是不同的 • AAUI的低电源电压使得AAUI电缆的长度有所限制 • 小于 1 米 • 通常AAUI收发器附带有AAUI电缆 • 通常不支持信号质量错误监测(SQE) 微型 14 针连接器 收发器 节点 最长 1 长

  31. 10base2 - 细同轴电缆 • 10base2 - 细缆 • 10 Mbits/S 基带 • 也称为廉价网缆 • 位传输错误率 < 10e-7 • 每个网段可有30个节点, 最长185米 • 使用波阻抗为50欧姆的屏蔽同轴电缆, 5mm 的外径 • BNC 插头 • 节点之间必须至少间隔 0.5 米 • 在总线两端必须用50欧姆电阻终结电缆 • 每个网段必须单点接地

  32. 使用细缆 • 总线型拓补结构 • 局域网的基本(主要)通信通道是电缆 • 节点通过T型头连接到网缆上 BNC T型头 以太网电缆 终端 电阻 终端 电阻 设备 1 接口 设备 2 接口 无连接电缆 - 直接连到网缆

  33. 10baseT - 双绞线(在办公区域使用) • 10baseT - 双绞线 • 10 Mbits/S，基带 • 也称为UTP - 无屏蔽双绞线 • 位传输错误 < 10e-7 • 每个网段最长可达100米 • 节点的数量受集线器的限制 • 使用无屏蔽双绞线，最大6mm外径 (如：电话线) • RJ45 连接器 • 在集线器内部电缆被终结 • 在集线器一端接地

  34. 使用双绞线 • 星型拓补结构 • 局域网的基本(主要)通信通道是集线器 • 节点通过双绞线连接到集线器 • 在双绞线的一端只有一个设备(网站) 集线器 双绞线连接电缆 双绞线连接电缆 设备 1 接口 设备 2 接口

  35. 使用FOIRL/10baseFL 光缆 • 星型的拓补结构 • 局域网的基本(主要)通信通道是 FOIRL/10baseFL集线器 • 节点通过双光缆连接到集线器 • 一根光缆对应于一个方向的数据传输 (即：一收一发) • 在光缆的一端只有一个设备(网站) FOIRL/10baseFL 集线器 光缆 光缆 设备 1 接口 设备 2 接口

  36. 以太网的寻址 • 以太网的地址通常由上层软件协议所定义 • 比如： TCP/IP的 IP 地址 • 然而，IEEE802.3对以太网的第二层还定义了一个介质访问 控制(MAC)地址 • 也称为 默认的站地址 • (全球)唯一的物理地址，形如 080019010203 • 12个16进制数 • GE Fanuc以太网产品的介质访问控制(MAC)地址都以 080019 开头 • (MAC地址)常用于网络低层的故障诊断和组态 • 较少使用

  37. 什么是TCP/IP？ OSI 7层模型 TCP/IP 应用层 第 7 层 协议 协议 第 6 层 主机到主机 传输层 (TCP) 第 5 层 TCP/IP 第 4 层 网际层(IP) 第 3 层 第 2 层 网络介质访问层 以太网 以太网 第 1 层

  38. 什么是TCP/IP? • 注意，TCP/IP是中间两层 • 低层通常是以太网 • 最高一层是(应用)协议 • 不被TCP/IP所定义 • 在TCP/IP之上，最常用的协议包括 • TELNET - 远程终端访问 • FTP - 文件传送协议 • 其他协议 • TCP/IP并不完全符合ISO的OSI 7层参考模型 • 但是，考虑到桥、路由器等网络互连设备，这个(OSI)模型 仍然有效

  39. What is TCP/IP? (cont...)什么是TCP/IP? • TCP/IP is a connection based protocol TCP/IP是一种基于协议的连接 • Two devices must first establish a connection 两台设备必须首先建立一个连接 • The connection may include a negotiation where a device determine the capabilities of another 这个连接可能还包括一个协调过程，通过这个协调，一台设备测定 另一台设备的能力 • When the two devices have finished communicating, the connection may be closed 当两台设备完成通讯时，这个连接就要关闭

  40. IP 寻址 • 在网上的每一个节点都必须有一个唯一的IP (网际层协议) 地址 • IP地址使本站与网上其他站区别开来 • IP地址长度为32位，并且由网络号和主机号两部分组成 • 网络号 标识了网络 • 在同一个物理网上的所有主机都必须有相同的网络号 • 主机号 标识了主机(网站) • 在同一个物理网上的所有主机都必须有唯一的主机号 • 有三类IP地址 - A 类、B 类和C 类

  41. IP地址的表示形式 • IP地址的书写形式为四位十进制数 • 每个十进制数是IP地址的一个字节的值 • 十进制数被点号分隔 • 例如： IP地址 00000011 00010000 00010010 00101111 • 被写作 3.16.18.47

  42. A类IP地址 • 用于较大的区域，有很多主机地址可分配 0 1 8 16 24 31 0 网络号 主机号 网络号有 7 位, 主机号有 24 位 第一个十进制数的取值范围从 0 到 127

  43. B类IP地址 • 用于中等规模的区域 0 1 8 16 24 31 1 0 网络号 主机号 网络号有 14 位, 主机号有 16 位 第一个十进制数的取值范围从 128 到 191

  44. C类IP地址 • 用于较小的区域，主机地址较少 0 1 2 8 16 24 31 主机号 1 1 0 网络号 网络号有 22 位, 主机号有 8 位 第一位十进制数的取值范围从 192 到 223 注意，第一位十进制数的取值从 224 到 255 是保留的

  45. IP AddressesIP 地址 • Proliferation of the Internet and TCP/IP means that we are now running out of IP addresses 国际互连网与TCP/IP协议的激增意味着IP地址将要用完 • New schemes have been suggested to extend the IP address scheme 已经有新的方案用来扩展IP地址 • Nothing standardised yet so for now we have to stick with IP addresses 目前为止，还没有标准的方案，我们还得使用IP地址

  46. 子网 • 子网寻址是IP编址的一种扩展方案 • 这种方案允许一个区域内的几个物理网使用同一个网络号 • 在这一区域之外的网络寻址仍按以前的、将IP地址分解成 网络号和主机号的方案进行 • 在这一区域内，利用子网掩码 将IP地址重新分解成用户定 义的网络号 部分和 主机号 部分

  47. 路由器 • 路由器将几个独立的物理网络连接成一个网络系统 • 路由器也称作网关 • 当一个网络上的主机要与另一个网络上的主机通讯时，路由器就在两个 网络之间传递数据 主机A 网络 1 路由器 主机B 网络 2

  48. 路由器 • 例如，主机 B (IP地址 128.2.0.1) 要与主机 C 通讯 • C 的IP地址表明该主机在同一个(物理)网络上，因此它们可以直接通讯 主机A 128.1.0.1 网络 1 128.1.0.2 路由器 主机B 主机C 128.2.0.3 128.2.0.1 128.2.0.2 网络 2

  49. 路由器 • 现在假定主机 B 要与主机 A 通讯 • 因为它们的网络号不同，主机 B 知道主机 A 在另一个网络上 • 为了建立通讯，主机 B 必须知道连接两个网络的路由器的IP地址 • 注意，路由器必须有两个IP地址，一个地址对应于一个网络 主机A 128.1.0.1 网络 1 128.1.0.2 路由器 主机B 主机C 128.2.0.3 128.2.0.1 128.2.0.2 网络 2

  50. 子网掩码 • 理解子网掩码的最好方法是根据子网掩码判断几个节点是否 在同一个网络中 • 注意，IP地址是一串二进制数 • 如果节点3.0.0.1要向节点 3.0.0.2发送信息，且子网掩码是 255.255.255.0 • 因为这两个IP地址在子网掩码部分有相同的值，所以这两个 节点肯定在同一个网络上 • 3.0.0.1 - 00000011 00000000 00000000 00000001 • 3.0.0.2 - 00000011 00000000 00000000 00000010 • 掩码 - 11111111 11111111 11111111 00000000

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