力控組態(tài)軟件與硬件的通信方式及各自特點(diǎn)分析

1、力控可以與多種I/O設(shè)備進(jìn)行通信。目前支持的I/O設(shè)備包括集散系統(tǒng)DCS、可編程控制器(PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線FCS、USB、智能模塊、板卡、智能儀表、變頻器等方式的設(shè)備。一、力控組態(tài)軟件與硬件的通信方式力控與I/O設(shè)備之間一般通過(guò)以下幾種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換:串行通信方式(支持Modem遠(yuǎn)程通信、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、適配器方式、DDE方式、OPC方式、網(wǎng)橋方式支持GPRS的DTU等。對(duì)于采用不同協(xié)議通信的I/O設(shè)備力控提供具有針對(duì)性的I/O驅(qū)動(dòng)程序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)借助I/O驅(qū)動(dòng)程序?qū)/O設(shè)備執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集與回送。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與I/O驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成服務(wù)器/客戶結(jié)構(gòu)模式。一臺(tái)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)通過(guò)若干I/

2、O驅(qū)動(dòng)程序可同時(shí)連接任意多臺(tái)I/O 設(shè)備。無(wú)論對(duì)于哪種設(shè)備都需要確切知道設(shè)備及該點(diǎn)的物理通道的編址方法(必要時(shí)咨詢制造廠。1.1 串行通信方式串行通信: 串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線,將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸,每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息,特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。串口通信時(shí),發(fā)送和接收到的每一個(gè)字符實(shí)際上都是一次一位的傳送的,每一位為1或者為0。一般是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-232、RS-422、RS-485等方式通信另外使RS-232互連的計(jì)算機(jī)串口和設(shè)備通信口還可以用Modem、電臺(tái)、GPRS/CDMA等方式通信。1.1.1

3、 串行通信兩種類型1、同步通信同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式,一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同,通常含有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符(CRC組成。其中同步字符位于幀開(kāi)頭,用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開(kāi)始。數(shù)據(jù)字符在同步字符之后,個(gè)數(shù)沒(méi)有限制,由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長(zhǎng)度來(lái)決定;校驗(yàn)字符有1到2個(gè),用于接收端對(duì)接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)。同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步。2、異步通信異步通信中,在異步通信中有兩個(gè)比較重要的指標(biāo):字符幀格式和波特率。數(shù)據(jù)通常以字符或者字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送,通過(guò)傳輸線

4、被接收設(shè)備逐幀接收。發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立,互不同步。接收端檢測(cè)到傳輸線上發(fā)送過(guò)來(lái)的低電平邏輯"0"(即字符幀起始位時(shí),確定發(fā)送端已開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù),每當(dāng)接收端收到字符幀中的停止位時(shí),就知道一幀字符已經(jīng)發(fā)送完畢。1.1.2 串行通信特點(diǎn)數(shù)據(jù)在單條一位寬的傳輸線上,一比特接一比特地按順序傳送的方式稱為串行通信。在并行通信中,一個(gè)字節(jié)(8位數(shù)據(jù)是在8條并行傳輸線上同時(shí)由源傳到目的地;而在串行通信方式中,數(shù)據(jù)是在單條1位寬的傳輸線上一位接一位地順序傳送。這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要分8次由低位到高位按順序一位位地傳送。由此可見(jiàn),串行通信的特

5、點(diǎn)如下:1、節(jié)省傳輸線,這是顯而易見(jiàn)的。尤其是在遠(yuǎn)程通信時(shí),此特點(diǎn)尤為重要。這也是串行通信的主要優(yōu)點(diǎn)。2、數(shù)據(jù)傳送效率低。與并行通信比,這也這是顯而易見(jiàn)的。這也是串行通信的主要缺點(diǎn)。例如:傳送一個(gè)字節(jié),并行通信只需要1T的時(shí)間,而串行通信至少需要8T的時(shí)間。由此可見(jiàn),串行通信適合于遠(yuǎn)距離傳送,可以從幾米到數(shù)千公里。對(duì)于長(zhǎng)距離、低速率的通信,串行通信往往是唯一的選擇。并行通信適合于短距離、高速率的數(shù)據(jù)傳送,通常傳輸距離小于30米。特別值得一提的是,現(xiàn)成的公共電話網(wǎng)是通用的長(zhǎng)距離通信介質(zhì),它雖然是為傳輸聲音信號(hào)設(shè)計(jì)的,但利用調(diào)制解調(diào)技術(shù),可使現(xiàn)成的公共電話網(wǎng)系統(tǒng)為串行數(shù)據(jù)通信提供方便、實(shí)用的通信線

6、路。1.1.31、通信協(xié)議普遍協(xié)議最被人們熟悉的串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是EIA-232、EIA-422和EIA-485,也就是以前所稱的RS-232、RS-422和RS-485。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“RS”作為前綴,所以在工業(yè)通信領(lǐng)域,仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。EIA-232、EIA-422和EIA-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA制訂并發(fā)布的,EIA-232在1962年發(fā)布,后來(lái)陸續(xù)有不少改進(jìn)版本,其中最常用的是EIA-232-C 版。目前EIA-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。EIA-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距

7、離的單端標(biāo)準(zhǔn)。EIA-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通信。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,EIA-232的傳送距離要求可達(dá)50英尺(約15米,最高速率為20kbps。由于EIA-232存在傳輸距離有限等不足,于是EIA-422誕生了。EIA-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”,它定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mbps,傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺(約1219米,并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。當(dāng)然,EIA-422也有缺陷: 因?yàn)槠淦胶怆p絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比,所以在100kbps速率以內(nèi),傳輸距離才可能達(dá)到最大值,也就是說(shuō),只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。一

8、般在100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。另外有一點(diǎn)必須指出,在EIA-422通信中,只有一個(gè)主設(shè)備(Master,其余為從設(shè)備(Slave,從設(shè)備之間不能進(jìn)行通信,所以EIA-422支持的是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向通信。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍,EIA于1983年在EIA-422基礎(chǔ)上制定了EIA-485標(biāo)準(zhǔn),增加了多點(diǎn)、雙向通信能力,即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上,同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性,擴(kuò)展了總線共模范圍,后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA-485是從EIA-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,所以EIA-485許多電氣規(guī)定與EIA-422相仿,如都采用平衡傳輸

9、方式、都需要在傳輸線上接終接電阻、最大傳輸距離約為1219米、最大傳輸速率為10Mbps等。但是,EIA-485可以采用二線與四線方式,采用二線制時(shí)可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信,而采用四線連接時(shí),與EIA-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信,但它比EIA-422有改進(jìn),無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可接多達(dá)32個(gè)設(shè)備。2、USBUSB是英文 Universal Serial Bus 的縮寫(xiě),翻譯成中文的含義是“通用串行總線”。從技術(shù)上看,USB是一種串行總線系統(tǒng),它的最大特性是支持即插即用和熱插拔功能。在Windows 2000的操作系統(tǒng)中,任何一款標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備可以在任何時(shí)間、任何狀態(tài)下與計(jì)算機(jī)連

10、接,并且能夠馬上開(kāi)始工作。USB誕生于1994年,是由康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的,旨在統(tǒng)一外設(shè)接口,如打印機(jī)、外置Modem、掃描儀、鼠標(biāo)等的接口,以便于用戶進(jìn)行便捷的安裝和使用,逐步取代以往的串口、并口和PS/2接口。發(fā)展至今,USB共有四種種標(biāo)準(zhǔn):1996年發(fā)布的USB1.0,1998年發(fā)布的USB1.1以及剛剛發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn)USB2.0,2008年USB 3.0 Promoter Group宣布新一代USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)正式完成并公開(kāi)發(fā)布。此四種標(biāo)準(zhǔn)最大的差別就在于數(shù)據(jù)傳輸速率方面,當(dāng)然,在其他方面也有不同程度的改進(jìn)。就目前的USB3.0而言,最大傳輸帶寬高

11、達(dá)5.0Gbps,也就是640MB/s,同時(shí)能夠兼容USB2.0。目前在IT領(lǐng)域,USB接口可謂春風(fēng)得意。人們?cè)谑袌?chǎng)上可以看到,每一款計(jì)算機(jī)主板都帶有不少于2個(gè)USB接口,USB打印機(jī)、USB調(diào)制解調(diào)器、USB鼠標(biāo)、USB音箱、USB存儲(chǔ)器等產(chǎn)品越來(lái)越多,USB接口已經(jīng)占據(jù)了串行通信技術(shù)的壟斷地位。但是,在工業(yè)領(lǐng)域,使用USB接口的產(chǎn)品則甚為少見(jiàn)。在工業(yè)領(lǐng)域,人們更要求產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性,目前,EIA標(biāo)準(zhǔn)下的串行通信技術(shù)完全可以滿足人們對(duì)工業(yè)設(shè)備傳輸?shù)母鞣N性能要求,而且,這些產(chǎn)品價(jià)格非常低廉。相比之下,USB價(jià)格較高,并且其即插即用的功能在工業(yè)通信中沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楣I(yè)設(shè)備一般連接好以后很少進(jìn)

12、行重復(fù)插拔,USB特性的優(yōu)越性不能很好地被體現(xiàn)出來(lái),也就得不到工業(yè)界的普遍認(rèn)可。因此,在工業(yè)領(lǐng)域,EIA標(biāo)準(zhǔn)依然占據(jù)統(tǒng)治地位。3、IEEE 1394IEEE 1394是一種與平臺(tái)無(wú)關(guān)的串行通信協(xié)議,標(biāo)準(zhǔn)速度分為100Mbps、200Mbps和400Mbps,是IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì)于1995年正式制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。目前,1394商業(yè)聯(lián)盟正在負(fù)責(zé)對(duì)它進(jìn)行改進(jìn),爭(zhēng)取未來(lái)將速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps這三個(gè)檔次。相比于EIA接口和USB接口,IEEE 1394的速度要高得多,所以,IEEE 1394也稱為高速串行總線。IEEE 1394提供了一種高速的即插即用總線。接入

13、這條總線,各種外設(shè)便不再需要單獨(dú)供電,它也支持等時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸,是將計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電器連接起來(lái)的重要橋梁。例如,用戶可以在計(jì)算機(jī)上接駁一部數(shù)字VCR,把它當(dāng)作一個(gè)普通的外設(shè)使用,既可用來(lái)播放電影,亦可以錄制在計(jì)算機(jī)上編輯視頻流。除此以外,帶有IEEE 1394接口的DV(數(shù)字視頻攝影機(jī)和數(shù)字衛(wèi)星接收器目前均已上市。由于速度非?？?所以它是消費(fèi)類影音(A/V電器、存儲(chǔ)、打印、高分辨率掃描和其他便攜設(shè)備的理想選擇。從技術(shù)上看,IEEE 1394具有很多優(yōu)點(diǎn),首先,它是一種純數(shù)字接口,在設(shè)備之間進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^(guò)程中,數(shù)字信號(hào)不用轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),從而不會(huì)帶來(lái)信號(hào)損失;其次,速度很快,1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸

14、速度可以非常好地傳輸高品質(zhì)的多媒體數(shù)據(jù),而且設(shè)備易于擴(kuò)展,在一條總線中,100Mbps、200Mbps和400Mbps的設(shè)備可以共存;另外,產(chǎn)品支持熱插拔,易于使用,用戶可以在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下自由增減IEEE 1394接口的設(shè)備,整個(gè)總線的通信不會(huì)受到干擾。1.2 板卡方式通信接口卡方式是利用I/O設(shè)備制造廠家提供的安裝在計(jì)算機(jī)插槽中的專用接口卡與設(shè)備進(jìn)行通信。I/O卡一般直接插在計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展總線上如ISA、PCI等然后利用開(kāi)發(fā)商提供的驅(qū)動(dòng)程序或直接經(jīng)端口操作和軟件進(jìn)行通信一般采用的是同步通信方式。I/O設(shè)備與計(jì)算機(jī)間的通信完全由這塊專用接口卡管理并負(fù)責(zé)兩者之間的數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)主要借助于這種

15、方式如MB+、LON、PROFIBUS等。1.3 工業(yè)以太網(wǎng)大多采用TCP/IP或者UDP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳遞。1.3.1 TCP/IP協(xié)議Transmission Control Protocol/Internet Protocol的簡(jiǎn)寫(xiě),中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議,又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議,是Internet最基本的協(xié)議、Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng),以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用了4層的層級(jí)結(jié)構(gòu),每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來(lái)完成自己的需求。通俗而言:

16、TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯?wèn)題,一有問(wèn)題就發(fā)出信號(hào),要求重新傳輸,直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)定一個(gè)地址。1、TCPTCP是面向連接的通信協(xié)議,通過(guò)三次握手建立連接,通訊完成時(shí)要拆除連接,由于TCP 是面向連接的所以只能用于端到端的通訊。TCP提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù),采用“帶重傳的肯定確認(rèn)”技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP還采用一種稱為“滑動(dòng)窗口”的方式進(jìn)行流量控制,所謂窗口實(shí)際表示接收能力,用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。如果IP數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的TCP數(shù)據(jù)包,那么IP將把它們向上傳送到TCP層。TCP將包排序并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查,同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛電路間的連接。TCP

17、數(shù)據(jù)包中包括序號(hào)和確認(rèn),所以未按照順序收到的包可以被排序,而損壞的包可以被重傳。TCP將它的信息送到更高層的應(yīng)用程序,例如Telnet的服務(wù)程序和客戶程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回TCP層,TCP層便將它們向下傳送到IP層,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和物理介質(zhì),最后到接收方。面向連接的服務(wù)(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP需要高度的可靠性,所以它們使用了TCP。DNS在某些情況下使用TCP(發(fā)送和接收域名數(shù)據(jù)庫(kù),但使用UDP 傳送有關(guān)單個(gè)主機(jī)的信息。2、IPIP層接收由更低層(網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包,并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更高層-TCP或UDP層;相反,I

18、P層也把從TCP或UDP層接收來(lái)的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。IP數(shù)據(jù)包是不可靠的,因?yàn)镮P并沒(méi)有做任何事情來(lái)確認(rèn)數(shù)據(jù)包是否按順序發(fā)送的或者有沒(méi)有被破壞,IP數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機(jī)的地址(源地址和接收它的主機(jī)的地址(目的地址。高層的TCP和UDP服務(wù)在接收數(shù)據(jù)包時(shí),通常假設(shè)包中的源地址是有效的。也可以這樣說(shuō),IP地址形成了許多服務(wù)的認(rèn)證基礎(chǔ),這些服務(wù)相信數(shù)據(jù)包是從一個(gè)有效的主機(jī)發(fā)送來(lái)的。IP確認(rèn)包含一個(gè)選項(xiàng),叫作IP source routing,可以用來(lái)指定一條源地址和目的地址之間的直接路徑。對(duì)于一些TCP和UDP的服務(wù)來(lái)說(shuō),使用了該選項(xiàng)的IP包好像是從路徑上的最后一個(gè)系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的,而不是來(lái)自于

19、它的真實(shí)地點(diǎn)。這個(gè)選項(xiàng)是為了測(cè)試而存在的,說(shuō)明了它可以被用來(lái)欺騙系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行平常是被禁止的連接。那么,許多依靠IP源地址做確認(rèn)的服務(wù)將產(chǎn)生問(wèn)題并且會(huì)被非法入侵。3、特性主要特點(diǎn)(1TCP/IP協(xié)議不依賴于任何特定的計(jì)算機(jī)硬件或操作系統(tǒng),提供開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),即使不考慮Internet,TCP/IP協(xié)議也獲得了廣泛的支持。所以TCP/IP協(xié)議成為一種聯(lián)合各種硬件和軟件的實(shí)用系統(tǒng)。(2TCP/IP協(xié)議并不依賴于特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件,所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網(wǎng)絡(luò)。用戶能夠使用以太網(wǎng)(Ethernet、令牌環(huán)網(wǎng)(Token Ring Network、撥號(hào)線路(Dial-up line、X.25

20、網(wǎng)以及所有的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件。(3統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案,使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址(4標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議,可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。協(xié)議優(yōu)勢(shì)在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中,IP逐漸取代其他網(wǎng)絡(luò)。這里是一個(gè)簡(jiǎn)單的解釋。IP傳輸通用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)能夠用于任何目的,并且能夠很輕易地取代以前由專有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。下面是一個(gè)普通的過(guò)程:一個(gè)專有的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)出來(lái)用于特定目的。如果它工作很好,用戶將接受它。為了便利提供IP服務(wù),經(jīng)常用于訪問(wèn)電子郵件或者聊天,通常以某種方式通過(guò)專有網(wǎng)絡(luò)隧道實(shí)現(xiàn)。隧道方式最初可能非常沒(méi)有效率,因?yàn)殡娮余]件和聊天只需要很低的帶寬。通過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)的投資IP 基礎(chǔ)設(shè)施逐漸在專有數(shù)據(jù)網(wǎng)

21、絡(luò)周邊出現(xiàn)。用IP取代專有服務(wù)的需求出現(xiàn),經(jīng)常是一個(gè)用戶要求。IP替代品過(guò)程遍布整個(gè)因特網(wǎng),這使IP替代品比最初的專有網(wǎng)絡(luò)更加有價(jià)值(由于網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。專有網(wǎng)絡(luò)受到壓制。許多用戶開(kāi)始維護(hù)使用IP替代品的復(fù)制品。IP包的間接開(kāi)銷很小,少于1%,這樣在成本上非常有競(jìng)爭(zhēng)性。人們開(kāi)發(fā)了一種能夠?qū)P帶到專有網(wǎng)絡(luò)上的大部分用戶的不昂貴的傳輸媒介。大多數(shù)用戶為了削減開(kāi)銷,專有網(wǎng)絡(luò)被取消。主要缺點(diǎn)第一,它在服務(wù)、接口與協(xié)議的區(qū)別上就不是很清楚。一個(gè)好的軟件工程應(yīng)該將功能與實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開(kāi)來(lái),TCP/IP恰恰沒(méi)有很好地做到這點(diǎn),就使得TCP/IP參考模型對(duì)于使用新的技術(shù)的指導(dǎo)意義是不夠的。TCP/IP參考模型不適合

22、于其他非TCP/IP協(xié)議簇。第二,主機(jī)-網(wǎng)絡(luò)層本身并不是實(shí)際的一層,它定義了網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層的接口。物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的劃分是必要和合理的,一個(gè)好的參考模型應(yīng)該將它們區(qū)分開(kāi),而TCP/IP參考模型卻沒(méi)有做到這點(diǎn)。1.3.2 UDP/IP協(xié)議UDP 是User Datagram Protocol的簡(jiǎn)稱,中文名是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議,是OSI(Open System Interconnection,開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型中一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議,提供面向事務(wù)的簡(jiǎn)單不可靠信息傳送服務(wù),IETF RFC 768是UDP的正式規(guī)范。UDP在IP報(bào)文的協(xié)議號(hào)是17。與所熟知的TCP(傳輸控制協(xié)議協(xié)議一樣,UD

23、P協(xié)議直接位于IP(網(wǎng)際協(xié)議協(xié)議的頂層。根據(jù)OSI(開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型,UDP和TCP都屬于傳輸層協(xié)議。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)包就是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個(gè)數(shù)據(jù)包的前8個(gè)字節(jié)用來(lái)包含報(bào)頭信息,剩余字節(jié)則用來(lái)包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。1、特性(1UDP是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議,傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接,當(dāng)它想傳送時(shí)就簡(jiǎn)單地去抓取來(lái)自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù),并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。在發(fā)送端,UDP傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)的速度、計(jì)算機(jī)的能力和傳輸帶寬的限制;在接收端, UDP把每個(gè)消息段放在隊(duì)列中,應(yīng)用程序每次從隊(duì)列中讀一個(gè)消息段。(2

24、由于傳輸數(shù)據(jù)不建立連接,因此也就不需要維護(hù)連接狀態(tài),包括收發(fā)狀態(tài)等,因此一臺(tái)服務(wù)機(jī)可同時(shí)向多個(gè)客戶機(jī)傳輸相同的消息。(3UDP信息包的標(biāo)題很短,只有8個(gè)字節(jié),相對(duì)于TCP的20個(gè)字節(jié)信息包的額外開(kāi)銷很小。(4吞吐量不受擁擠控制算法的調(diào)節(jié),只受應(yīng)用軟件生成數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機(jī)性能的限制。(5UDP使用盡最大努力交付,即不保證可靠交付,因此主機(jī)不需要維持復(fù)雜的鏈接狀態(tài)表(這里面有許多參數(shù)。(6UDP是面向報(bào)文的。發(fā)送方的UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來(lái)的報(bào)文,在添加首部后就向下交付給IP層。既不拆分,也不合并,而是保留這些報(bào)文的邊界,因此,應(yīng)用程序需要選擇合適的報(bào)文大小。雖然UDP是一個(gè)不可

25、靠的協(xié)議,但它是分發(fā)信息的一個(gè)理想?yún)f(xié)議。例如,在屏幕上報(bào)告股票市場(chǎng)、在屏幕上顯示航空信息等等。UDP也用在路由信息協(xié)議RIP(Routing Information Protocol中修改路由表。在這些應(yīng)用場(chǎng)合下,如果有一個(gè)消息丟失,在幾秒之后另一個(gè)新的消息就會(huì)替換它。UDP廣泛用在多媒體應(yīng)用中,例如,Progressive Networks公司開(kāi)發(fā)的RealAudio軟件,它是在因特網(wǎng)上把預(yù)先錄制的或者現(xiàn)場(chǎng)音樂(lè)實(shí)時(shí)傳送給客戶機(jī)的一種軟件,該軟件使用的RealAudio audio-on-demand protocol協(xié)議就是運(yùn)行在UDP之上的協(xié)議,大多數(shù)因特網(wǎng)電話軟件產(chǎn)品也都運(yùn)行在UDP之上

26、。1.3.3 兩種協(xié)議對(duì)比 UDP 和 TCP 協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞方面不同。 TCP 協(xié)議中包含了專門(mén)的傳遞保證機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來(lái)的信息時(shí)，會(huì)自 動(dòng)向發(fā)送方發(fā)出確認(rèn)消息；發(fā)送方只有在接收到該確認(rèn)消息之后才繼續(xù)傳送其它信息，否則 將一直等待直到收到確認(rèn)信息為止。與 TCP 不同，UDP 協(xié)議并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制。 如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或 提示。因此，通常人們把 UDP 協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。 相對(duì)于 TCP 協(xié)議， UDP 協(xié)議的另外一個(gè)不同之處在于如何接收突發(fā)性的多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。 不 同于

27、TCP，UDP 并不能確保數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收順序。例如，一個(gè)位于客戶端的應(yīng)用程序向服 務(wù)器發(fā)出了以下 4 個(gè)數(shù)據(jù)報(bào) D1 D22 D333 D4444 但是 UDP 有可能按照以下順序?qū)⑺邮盏臄?shù)據(jù)提交到服務(wù)端的應(yīng)用： D333 D1 D4444 D22 事實(shí)上，UDP 協(xié)議的這種亂序性基本上很少出現(xiàn)，通常只會(huì)在網(wǎng)絡(luò)非常擁擠的情況下才 有可能發(fā)生。 1.4 軟件通信 DDE 方式和 OPC 方式通過(guò) Windows 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行進(jìn)程間通信。 1.4 .1 DDE DDE 是一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制（Dynamic Data Exchange，DDE）。使用 DDE 通訊需 要兩個(gè) Windows 應(yīng)

28、用程序， 其中一個(gè)作為服務(wù)器處理信息，另外一個(gè)作為客戶機(jī)從服務(wù)器獲 得信息?？蛻魴C(jī)應(yīng)用程序向當(dāng)前所激活的服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送一條消息請(qǐng)求信息，服務(wù)器應(yīng) 用程序根據(jù)該信息作出應(yīng)答，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)程序之間的數(shù)據(jù)交換。 “動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換”(DDE是 Microsoft 開(kāi)發(fā)的一種通訊協(xié)議， 可供 Windows 環(huán)境中的應(yīng)用程序彼 此之間發(fā)送/接收數(shù)據(jù)與指令。 是用于網(wǎng)絡(luò)與 Wonderware 及非 Wonderware 數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行 的通訊的舊協(xié)議，Windows XP 與 Windows 2000 支持此協(xié)議，而 Windows 2003 Server 則 不支持它。Wonderware 數(shù)據(jù)源的

29、通訊建議使用 SuiteLink。（建議用于內(nèi)部客戶端通訊） 1.4.2 OPC OPC 是 OLE for Process Control 的縮寫(xiě)，這里的 OLE(Object Linking and Embedding是 微軟的對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)，所以 OPC 就是用于過(guò)程控制中的對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)。它是 一套組件對(duì)象模型標(biāo)準(zhǔn)接口，用于在基于 Windows 操作平臺(tái)的工業(yè)應(yīng)用程序之間，為其提 供高效的信息集成和數(shù)據(jù)交換功能。OPC 以微軟的 OLECOMDCOM 技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客 戶端/服務(wù)器模式，定義了一套適用于過(guò)程控制應(yīng)用，支持過(guò)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)、報(bào)警、事件、與歷 史數(shù)據(jù)訪問(wèn)等的功能接口

30、。在使用過(guò)程中，OPC 的服務(wù)器是數(shù)據(jù)的供應(yīng)方，負(fù)責(zé)為 OPC 的 客戶提供所需的數(shù)據(jù)； OPC 客戶是數(shù)據(jù)的使用方， 可以對(duì) OPC 服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)按需要進(jìn) 行處理。OPC 服務(wù)器不必知道它的客戶來(lái)源，OPC 客戶可根據(jù)需要，接通或斷開(kāi)與 OPC 服務(wù)器的連接。所以，只要各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等具有標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 接口，服務(wù)器通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)接 口把數(shù)據(jù)傳送出去，需要使用這些數(shù)據(jù)的客戶也以標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 讀寫(xiě)方式對(duì) OPC 標(biāo)準(zhǔn)接口 進(jìn)行訪問(wèn)即可獲得所需要的數(shù)據(jù)。OPC 最本質(zhì)的就是實(shí)現(xiàn)了工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)化和 開(kāi)放性，它已經(jīng)成為工業(yè)數(shù)據(jù)交換的最有效的工具。 6 OPC（OLE for Proces

31、s Control）是基于 windows 的軟件程序，效率較高，速度較快，除實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)外，還可以傳輸歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警和事件等，但必須要同時(shí)有 OPC 服務(wù)器和 OPC 客戶 端才能實(shí)現(xiàn)相互訪問(wèn)。 1.5 適配器方式 適配器是英語(yǔ) Adapter/adaptor 的漢語(yǔ)翻譯。適配器就是一個(gè)接口轉(zhuǎn)換器，它可以是一 個(gè)獨(dú)立的硬件接口設(shè)備，允許硬件或電子接口與其它硬件或電子接口相連，也可以是信息接 口。比如：電源適配器、三角架基座轉(zhuǎn)接部件、USB 與串口的轉(zhuǎn)接設(shè)備等。 1.6 網(wǎng)橋方式 使用網(wǎng)橋模式時(shí)力控軟件是做 TCP SERVER 端， DTU 來(lái)主動(dòng)的訪問(wèn)力控軟件。 當(dāng)然 DTU 與軟件的通訊端

32、口還是需要做映射的。可以很多 DTU 共用一個(gè)端口（需要前端儀器可以自我 區(qū)分），也可以一個(gè) DTU 使用一個(gè)端口（這樣是并行的，速度比較快） 網(wǎng)橋（Bridge）是早期的兩端口二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用來(lái)連接不同網(wǎng)段。網(wǎng)橋的兩個(gè)端口分別有 一條獨(dú)立的交換信道，不是共享一條背板總線，可隔離沖突域。網(wǎng)橋比集線器（Hub）性能更 好，集線器上各端口都是共享同一條背板總線的。后來(lái)，網(wǎng)橋被具有更多端口、同時(shí)也可隔 離沖突域的交換機(jī)（Switch）所取代。 網(wǎng)橋（Bridge）像一個(gè)聰明的中繼器。中繼器從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)電纜里接收信號(hào)， 放大它們，將其 送入下一個(gè)電纜。相比較而言，網(wǎng)橋?qū)年P(guān)卡上傳下來(lái)的信息更敏銳一些。網(wǎng)

33、橋是一種對(duì)幀 進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)，根據(jù) MAC 分區(qū)塊，可隔離碰撞。網(wǎng)橋?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的多個(gè)網(wǎng)段在數(shù)據(jù)鏈路層連接 起來(lái)。 網(wǎng)橋也叫橋接器，是連接兩個(gè)局域網(wǎng)的一種存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它能將一個(gè)大的 LAN 分割為多個(gè) 網(wǎng)段，或?qū)蓚€(gè)以上的 LAN 互聯(lián)為一個(gè)邏輯 LAN，使 LAN 上的所有用戶都可訪問(wèn)服務(wù)器。 擴(kuò)展局域網(wǎng)最常見(jiàn)的方法是使用網(wǎng)橋。最簡(jiǎn)單的網(wǎng)橋有兩個(gè)端口，復(fù)雜些的網(wǎng)橋可以有更多 的端口。網(wǎng)橋的每個(gè)端口與一個(gè)網(wǎng)段相連。 1.6.1 網(wǎng)橋優(yōu)缺點(diǎn) 網(wǎng)橋優(yōu)點(diǎn) 1、過(guò)濾通信量。網(wǎng)橋可以使用局域網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)段上各工作站之間的信息量局限在本網(wǎng)段 的范圍內(nèi)，而不會(huì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋溜到其他網(wǎng)段去。 2、擴(kuò)大了物理范圍，也增加

34、了整個(gè)局域網(wǎng)上的工作站的最大數(shù)目。 3、可使用不同的物理層，可互連不同的局域網(wǎng)。 4、提高了可靠性。如果把較大的局域網(wǎng)分割成若干較小的局域網(wǎng)，并且每個(gè)小的局域網(wǎng) 內(nèi)部的信息量明顯地高于網(wǎng)間的信息量，那么整個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)的性能就變得更好。 網(wǎng)橋缺點(diǎn) 1、由于網(wǎng)橋?qū)邮盏膸却鎯?chǔ)和查找站表，然后轉(zhuǎn)發(fā)，這就增加了時(shí)延。 2、在 MAC 子層并沒(méi)有流量控制功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上負(fù)荷很重時(shí)，可能因網(wǎng)橋緩沖區(qū)的存儲(chǔ)空 間不夠而發(fā)生溢出，以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象。 3、具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接再一起時(shí)，網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)幀之前，必須修改幀的某些 字段的內(nèi)容，以適合另一個(gè) MAC 子層的要求，增加時(shí)延。 4、網(wǎng)橋只適合

35、于用戶數(shù)不太多（不超過(guò)幾百個(gè)）和信息量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)會(huì) 產(chǎn)生較大的廣播風(fēng)暴。 1.6.2 網(wǎng)橋的特性 數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)的設(shè)備是網(wǎng)橋(bridge，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中它起到數(shù)據(jù)接收、地址過(guò)濾與數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)發(fā)的作用，用來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。 網(wǎng)橋的基本特征 1網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連； 7 2網(wǎng)橋能夠互連兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò) 3網(wǎng)橋以接收、存儲(chǔ)、地址過(guò)濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信； 4網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議 5網(wǎng)橋可以分隔兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。 兼容性 有人可能會(huì)天真地認(rèn)為從一個(gè) 802 局域網(wǎng)到另一個(gè) 802 局域網(wǎng)的網(wǎng)橋非常簡(jiǎn)單，但實(shí)際 上并非如此。在 802.x 到 802.y 的九種組合中，每一種都有它自己的特殊問(wèn)題要解決。在討 論這些特殊問(wèn)題之前，先來(lái)看一看這些網(wǎng)橋共同面臨的一般性問(wèn)題。 首先，各種局域網(wǎng)采用了不同的幀