s7以太网

以太网通信 A&D CS2 FA 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 2 Service & Support Automation and Drives 2 S7-通信 以太网介绍 历史历史 1968: Hawaii大学进行了无线电载波试验。诞生了被称为“ALOHANET”的无线电网络。 多路访问（ multiple access ）的逐步出现，成为Ethernet的基本原理。 1972: 第一界国际计算机通讯大会上， ARPANET 首次面世。同时创立了InterNetwork Working Group (INWG) ，该组织从事公共传输协议的开发工作，TCP/IP协议逐渐诞 生并完备。 1976：Metcalfe和Boggs发了为《以太网：局域网的分布型信息包交换》的著名论 文。 1979：DEC（Digital Equipment Corp.）、Intel和施乐共同将此网络标准化，正式将该网 络定名为以太网。 First Drawing by Bob Metcalfe 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 3 Service & Support Automation and Drives 3 S7-通信 7 Application Layer应用层7 Application Layer应用层 6 Representation Layer 表示层 6 Representation Layer 表示层 5 Session Layer5 Session Layer 4 Transport Layer4 Transport Layer 3 Network-Layer3 Network-Layer 2 Link Layer2 Link Layer 访问传输介质, 保证数据报文的安全性 访问传输介质, 保证数据报文的安全性 application oriented layers 应用层 application oriented layers 应用层 transport oriented layer 传输层 transport oriented layer 传输层 应用软件应用软件 1 Physical Layer1 Physical Layer 收发数据报文产生电信号 收发数据报文 产生电信号 化数据信息格式化数据信息 同步 控制通讯 同步 控制通讯 连接通讯站点，可靠数据通信连接通讯站点，可靠数据通信 数据打包 选择网络路径 数据打包 选择网络路径 ISO / OSI ISO / OSI 参考模型参考模型 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 以太网介绍 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 4 Service & Support Automation and Drives 4 S7-通信 以太网介绍 ISO / OSI ISO / OSI 参考模型参考模型 Layer 7 Layer 6 Layer 5 Layer 4 Layer 3 Layer 2 Layer 1 Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical The Ethernet specification encompasses Layers 1 and 2 of the reference model: Data Link Layer（数据链路层）: 2b） Logical Link Control (LLC) „连接高层子网 „数据通讯的安全性 „提供逻辑通道 2a）Media Access Control MAC) „数据分组 (into frames)格式化，创建帧 „错误校验 (CRC) „ CSMA/CD Physical Layer（物理层）: „定义电流，电压 „频率 „半双工/全双工 „物理特性 (电缆, 连接器等) 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 5 Service & Support Automation and Drives 5 S7-通信 Methods of operation according to the ISO/OSI modelMethods of operation according to the ISO/OSI model ASAP PSAP SSAP TSAP NSAP LSAP PHSAP MAU Application process Medium (1) - Instance (2) - Instance (3) - Instance (4) - Instance (5) - Instance (6) - Instance (7) - Instance PHYSICAL LAYER LINK LAYER NETWORK LAYER TRANSPORT LAYER SESSION LAYER PRESENTATION LAYER APPLICATION LAYER 以太网介绍 ISO协议中每层 之间的访问是通 过“SAP”号来寻 址的。 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 6 Service & Support Automation and Drives 6 S7-通信 以太网介绍 TCP/IP TCP/IP 基础基础 TCP/IP是20世纪70年代中期，美国国防部为ARPANET开发的网络体系。 目的为了将大学和研究所连接起来。 由于卫星，无线电等的出现，需要新体系网络结构来解决无缝连接。 7 Application Layer应用层7 Application Layer应用层 6 Representation Layer 表示层 6 Representation Layer 表示层 5 Session Layer5 Session Layer 4 Transport Layer4 Transport Layer 3 Network-Layer3 Network-Layer 2 Link Layer2 Link Layer 1 Physical Layer1 Physical Layer 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 网络接口层 以太网，ATM，X2.5 网络接口层 以太网，ATM，X2.5 互连网层 IP互连网层 IP 传输层TCP,UDP传输层TCP,UDP 使用物理地址 使用IP地址 OS外部空间 OS内部空间 应用层FTP,SMTP应用层FTP,SMTP 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 7 Service & Support Automation and Drives 7 S7-通信 以太网介绍 TCP/IP TCP/IP 基础基础 RFC Request for Comments 通过国际互联网组织发布，用于 • 描述 network 和 TCP/IP protocol 标准 • 用于对已存在的协议进行小的补充,回答疑问以及提出建 议 早期的RFC被称为“Internet drafts” ,目前已有的RFC已经超过 6000 例如: TCP 是由RFC 793定义的，RFC 1006 也被Siemens 用来 进行通讯服务 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 8 Service & Support Automation and Drives 8 S7-通信 以太网介绍 ISOISO--ONON--TCPTCP 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 9 Service & Support Automation and Drives 9 S7-通信 以太网介绍 TCP/IP ArchitectureTCP/IP Architecture 7 6 5 4 3 2 1 E q u i v a l e n t t o I S O - L e v e l s A pp lic at io n or ie nt ed Le ve l(s ) Tr an sp or t o r i e nt ed Le ve l s Subnet TCP UDP IP ICMP ARP RARP TELNET TFTP FTP SMTP DNS SNMP HTTP DHCP NTP 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 10 Service & Support Automation and Drives 10 S7-通信 以太网介绍 Important AddressesImportant Addresses NIC InterfaceMAC AddressSubnet HostIP-AddressIP ApplicationPort NumbersTCP/UDP Identification ofAddressLevel Tr an sp or t o r i e nt ed Le ve l s 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 11 Service & Support Automation and Drives 11 S7-通信 以太网介绍 Port numberPort number TCP协议中，运行在系统中单独的应用（以及它们的协议）通过端口Port来寻址，有些 端口是自由的，任何人都可以在自己的应用中使用它们，还有一些端口就是被系统保 留，有着特定的应用。这点是与ISO协议有区别的。 Telnet SMTP FTP RLOGIN Further well-known Ports SNMP Type/LLC SAP Protocol Nr. Port Nr. TCP UDP IP RFC1006 102 Port 20 = FTP Port 21 = FTP Port 23 = Telnet Port 25 = SMTP Port 53 = DNS Port 68 = BootP/DHCP Port 69 = TFTP Port 80 = HTTP Port 102= RFC 1006 Port 135 = PROFINET Port 161 = SNMP Port 162 = SNMP 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 12 Service & Support Automation and Drives 12 S7-通信 以太网介绍 IPIP--AddressAddress „在TCP/IP网络中，每一台电脑都会有的一个唯一的数字的地址。IP地址由两 部分组成：网络号和主机号。 „IP 地址由NIC （Network Information Center ）统一分配和管理，由ISP （ Internet Service Provider ）提供给用户。 „IPv4 (IP Version 4) - size of the IP address: 4 Byte IPv6 (IP Version 6) - size of the IP address: 16 Byte „Class A: 0-127.H.H.H about 16 Mio hosts/network Class B: 128-191.N.H.H about 65000 hosts/networks Class C: 192-223.N.N.H 254 hosts/network Class D: 224-239.M.M.M (Multicast) Class E: 240-255.R.R.R (Reserved) 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 13 Service & Support Automation and Drives 13 S7-通信 以太网介绍 RoutingRouting „当把数据从局域网（LAN）传到公网 （WAN）时，路由器（Router）是必须的 设备。 „路由器（Router）连接两个网段，因而 具有两个IP地址。 „通过路由表，路由器检测如何将一个数 据包发送到指定的地址设备。 „主机一旦分辨出路由器，则会向它发 报文，将地址信息传递给路由器。 LAN LAN LAN 142.20.10.1 142.20.10.2 192.20.30.7 192.20.30.12 134.218.30.7 134.218.30.16 Router Router 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 14 Service & Support Automation and Drives 14 S7-通信 以太网介绍 Transfer mediaTransfer media（传输介质）（传输介质） „一般来讲，网络传输介质有3种： z 同轴电缆（Coaxial cable = asymmetric cable） z 双绞线 (Twisted Pair= symmetric cable) z 光纤 Glass fibre (Fibre Optic) 无线传输„ 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 15 Service & Support Automation and Drives 15 S7-通信 以太网介绍 光纤分类光纤分类 Fibre longitudinal section with typical steel propagation Refractive index profileFibre cross section 50um 125um 250um 280um 125um 9um Mono mode fibre Multimode- fibre with “gradient” profile 单模光纤 Multimode- fibre with “step” profile 多模光纤 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 16 Service & Support Automation and Drives 16 S7-通信 以太网介绍 典型的光纤连接头典型的光纤连接头 „ST-Connector Straight Tip „FDDI- Connector Fibre Distributed Data Interface BFOC for OSM Previously used with SINEC H1-Star coupler „SC-Connector Duplex version also available „FSMA- Connector Field Installable Subminiature Assembly 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 17 Service & Support Automation and Drives 17 S7-通信 Connection typesConnection types Point-to-Point 连接 (PtP) Multi-point 连接 (MP) •connectionless (cl) „Broadcast „Multicast •connection oriented (co) •connectionless (cl) 以太网介绍 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 18 Service & Support Automation and Drives 18 S7-通信 使用以太网通信处理器 Ethernet-CPs可能的连接方式 PG/OP通信 S7 通信 S5 兼容通信 PROFINET 通信 通过 Web 浏览器 HTML 对过程进行控制 FTP数据管理 协议 - ISO - TCP/IP (RFC 1006) 使用 Send/Receive 接口： - ISO-传输 - ISO-on-TCP (TCP/IP with RFC 1006) - TCP and UDP - E-Mail 使用 FETCH/WRITE ： - ISO-传输 - ISO-on-TCP (TCP/IP with RFC 1006) - TCP 协议 - TCP 协议 - HTML / IP-协议 协议 - FTP/ IP-协议 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 19 Service & Support Automation and Drives 19 S7-通信 S7- 400 S7- 300 S7- 400S7- 300 S5-115 to 155U/H PC-Station ƒPG/OP 通信 ƒS7 通信 ƒSend/Receive ƒHTML-访问 ƒPROFINET ƒFTP-Service ƒOPC-Server ƒPG/OP-通信 ƒS7-通信 ƒSend/Receive ƒHTML-访问 ƒPROFINET ƒFTP-Dienst ƒOPC-Server ƒSend/Receive ƒFetch/Write ƒSend/Receive ƒFetch/Write ƒS7-通信 ƒSend/Receive ƒFTP-服务 ƒPROFINET ƒS7-通信 ƒSend/Receive ƒFTP-服务 ƒPROFINET ƒS7-通信 ƒSend/Receive ƒFTP-服务 ƒPROFINET ƒS7-通信 ƒSend/Receive ƒFTP-服务 ƒPROFINET 节点间可能的通信方式 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 20 Service & Support Automation and Drives 20 S7-通信 ISO/OSI 模型内的Send/Receive 和S7 通信 S7-通信 Send/Receive 通信 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 21 Service & Support Automation and Drives 21 S7-通信 Siemens IE Siemens IE 通讯通讯 Siemens IE 通讯 功能块 通讯连接 BSEND/BRCV(FB12/ FB13) USEND/URCV(FB8/F B9) PG/OP STEP 7/WinCC S7 connection AG-SEND/AG- RCV(FC5/FC6) ISO connection ISO-on-TCP connection TCP connection UDP connection 通讯服务 通讯协议 PG/OP服务 S7 communication ISO ISO-on-TCP S5-Compatible communication ISO ISO-on-TCP TCP UDP 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 22 Service & Support Automation and Drives 22 S7-通信 Siemens IE Siemens IE 通讯服务通讯服务 • S5-compatible communication service SEND/RECEIVE interface 源于SIMATIC S5 ，而在SIMATIC C7中为“S5- compatible communication ”的一部分。通过SEND/RECEIVE interface 可以实 现一个 SIMATIC S7 站与 SIMATIC S7 站、 SIMATIC S5 站、PG/PC 以及其他 站点之间的通讯。 由于SEND/RECEIVE interface 基于ISO模型1～4层所有的协议，因而也被认为 是一种开放式的通讯（open communication）。 通讯数据量可以达到8K bytes。 Siemens IE 通讯 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 23 Service & Support Automation and Drives 23 S7-通信 • ISO-Communication ISO 传输服务通过组态连接提供 SEND/RECEIVE interface服务在以 太网上传输数据。组态的连接自动的 被ISP传输服务所监视。最大传输数 据量为8K 字节。 数据自动重发功能和基于第2层的 CRC校验保证了数据传输的完整性和 可靠性，通讯方可以进行接收数据的 确认。 选择建立ISO连接只需要在Netpro下 新建连接，类型选择为“ISO transport connection”即可。此时该服务使用的 协议为ISO协议。 ISO通讯速度较快，可是不能实现网 络路由，只能用于局域网通讯。 Send/Receive: ISO-传输 连接 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 24 Service & Support Automation and Drives 24 S7-通信 •ISO- on- TCP RFC1006 标准用于将数据打包，同 时实现将ISO协议映射到TCP协议 上，从而使网络连接突破了局域网 的限制 ，可以路由到公网上去。 同样，数据自动重发功能和基于第2 层的CRC校验保证了数据传输的完整 性和可靠性，通讯方可以进行接收 数据的确认。 数据的最大传输量为 8K字节。 选择建立ISO-on-TCP连接只需要在 Netpro下新建连接，类型选择为 “ISO-on-TCP connection”即可。 此时该服务使用的协议为ISO-on- TCP 协议。 Send/Receive: ISO-On-TCP连接 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 25 Service & Support Automation and Drives 25 S7-通信 • TCP/IP communication TCP/IP 提供面向连接的数据通讯， 数据并不会被打包因而并没有数据 包确认位，再者TCP服务提供了统 一的socket 接口到每一个终端，因 而数据块（最大8K字节）可以整体 发送，这和ISO-on-TCP 不同，因 为ISO-on-TCP在这里要花费较多的 时间。 选择建立TCP连接只需要在Netpro 下新建连接，类型选择为“TCP connection”即可。可以看到此时的 通讯通过IP地址和PORT号来收发 数据，此时该服务使用的协议为 TCP协议。 Send/Receive: TCP 连接 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 26 Service & Support Automation and Drives 26 S7-通信 • UDP communication UDP提供简单数据传输，无需确 认，与TCP同属第4层协议。通过IP 地址进行寻址，最大发送数据量为 2K字节。同TCP相比，UDP属于无 连接的协议，数据报文无需确认 选择建立UDP连接只需要在Netpro 下新建连接，类型选择为“UDP”即 可。可以看到此时的通讯通过IP地 址和PORT号来收发数据, 此时该服 务使用的协议为UDP协议。 Send/Receive: UDP 连接 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 27 Service & Support Automation and Drives 27 S7-通信 什么是S7-通信? „ S7 协议是SIMATIC S7 家族的标准通信协议 „ SIMATIC S7 家族使用S7-应用接口的通信不依赖特定的总线 系统 (Ethernet, PROFIBUS, MPI). „通信接口位于 ISO-OSI-参考模型的第 7 层 „ S7- 通信分为以下两种关系 „ 客户机－服务器关系 (单边)： ƒ PUT / GET „ 客户机－客户机关系 (双边) : ƒ USEND / URCV ƒ BSEND / BRCV 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 28 Service & Support Automation and Drives 28 S7-通信 Siemens IE Siemens IE 通讯服务通讯服务 • S7-Communication Siemens Industrial Ethernet 我们可以通过建立S7的连接在 工业以太网上使用S7通讯服 务。而S7通讯服务使用的是通 过ISO通讯协议和ISO-On-TCP 通讯协议来实现的。 这就意味着，我们在选择CP模 板时，该模板必须支持ISO协 议，否则无法建立S7的连接。 PN接口虽已不支持ISO协议， 但依旧可以建立S7的连接，因 为它支持ISO-on-TCP。 如图，我们在NetPro下新建连 接，连接类型为“S7 connection” 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 29 Service & Support Automation and Drives 29 S7-通信 Siemens IE Siemens IE 通讯服务通讯服务 • S7-Communication Siemens Industrial Ethernet 不选择 “TCP/IP”，则通 过MAC地址来寻 址建立连接。继 续选择“Address Details ”，可以 看到该连接是通 过“TSAP”号来传 输数据的，此时 S7服务是利用 ISO协议来完成 的。 以太网介绍 可能的通信方式 Send/Receive 通信 30 Service & Support Automation and Drives 30 S7-通信 Siemens IE Siemens IE 通讯服务通讯服务 •S7-Communication Siemens Industrial Ethernet 选择 “TCP/IP”，则 通过IP地址来 寻址建立连 接。继续选择 “Address Details ”，可 以看到该连接 仍然是通过 “TSAP”号来传 输数据的，此 时S7服务是利 用ISO-on- TCP协议来完 成的。 以太网通信 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 以太网介绍 使用以太网通信处理器 Ethernet-CPs 可能的连接方式 ISO/OSI 模型内的 Send/Receive 和 S7 通信 Siemens IE 通讯 Siemens IE 通讯 Send/Receive: ISO-传输 连接 Send/Receive: ISO-On-TCP 连接 Send/Receive: TCP 连接 Send/Receive: UDP 连接 什么是 S7-通信? Siemens Industrial Ethernet Siemens Industrial Ethernet Siemens Industrial Ethernet