以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)（10Mbit/s）、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3。

常見的802.3應(yīng)用為：

10M：10base-T（銅線UTP模式）

100M：100base-TX（銅線UTP模式）：使用5類數(shù)據(jù)級無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)，使用兩對雙絞線，一對用于發(fā)送，一對用于接收數(shù)據(jù)。在傳輸中使用4B／5B編碼方式，信號頻率為125MHz。符合EIA586的5類布線標(biāo)準(zhǔn)和IBM的SPT1類布線標(biāo)準(zhǔn)，使用同10BASE-T相同的RJ-45連接器，最大網(wǎng)段長度為100米，支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸。

100base-FX（光纖線）：使用光纜的快速以太網(wǎng)技術(shù)，可使用單模和多模光纖（62.5和125um）。多模光纖連接的最大距離為550米，單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B／5B編碼方式，信號頻率為125MHz，使用MIC／FDDI連接器、ST連接器或SC連接器，最大網(wǎng)段長度為150m、412m、2000m或更長至10公里，支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸。

1000M：1000base-T（銅線UTP模式）

目前，工控領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的主要是10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)或千兆以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)的工作原理

以太網(wǎng)采用載波多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD ）機制，所有節(jié)點都可以看到在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的所有信息，其工作流程如下：

1、幀聽信道上是否有信號傳輸。有則繼續(xù)幀聽，直到信道空閑為止；沒有則傳輸數(shù)據(jù)。

2、傳輸時保持幀聽，若發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機等待一段時間后，重新幀聽；若未發(fā)現(xiàn)沖突則持續(xù)傳輸至成功。

以太網(wǎng)幀格式

目前最常見的以太網(wǎng)IEEE802.3幀格式如下表：

PreambleSFDdst MACsrc MACLengthTypeData and PadFCS

71662246~15004

Preamble：前導(dǎo)碼，7個字節(jié)，用于數(shù)據(jù)傳輸過程中雙方發(fā)送、接收的速率同步

SFD：幀開始符，1個字節(jié)，表明下一個字節(jié)開始是真實數(shù)據(jù)（目的MAC地址）

dst MAC：目的MAC地址，6個字節(jié)，指明幀的接收者

src MAC：源MAC地址，6個字節(jié)，指明幀的發(fā)送者

Length：長度，2個字節(jié)，指明該幀數(shù)據(jù)字段的長度，但不代表數(shù)據(jù)字段長度能夠達到（2^16）字節(jié)

Type：類型，2個字節(jié)，指明幀中數(shù)據(jù)的協(xié)議類型，比如常見的IPv4中ip協(xié)議采用0x0800

Data and Pad：數(shù)據(jù)與填充，46~1500個字節(jié)，包含了上層協(xié)議傳遞下來的數(shù)據(jù)，如果加入數(shù)據(jù)字段后幀長度不夠64字節(jié)，會在數(shù)據(jù)字段加入“填充”至64字節(jié)

FCS：幀校驗序列，4個字節(jié)，對接收網(wǎng)卡（主要是檢測Data and Pad字段）提供判斷是否傳輸錯誤的一種方法，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，丟棄此幀

互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議棧

TCP/IP協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)最基本的協(xié)議，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)備如何連入互聯(lián)網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。TCP/IP協(xié)議采用了層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來完成自己的需求。

TCP/IPOSI功能協(xié)議

應(yīng)用層應(yīng)用層文件傳輸，電子郵件，文件服務(wù)，虛擬終端TFTP，HTTP，SNMP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS，Telnet等

表示層數(shù)據(jù)格式化，代碼轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)加密

會話層解除或建立與別的接點的聯(lián)系

傳輸層傳輸層提供端對端的接口TCP，UDP

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層為數(shù)據(jù)包選擇路由IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP

鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸有地址的幀以及錯誤檢測功能SLIP，CSLIP，PPP，MTU

物理層以二進制數(shù)據(jù)形式在物理媒體上傳輸數(shù)據(jù)ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，其入網(wǎng)連接方式?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和工作效率。目前工業(yè)領(lǐng)域常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：星形、環(huán)形、總線形、樹形、網(wǎng)狀等。

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整個網(wǎng)絡(luò)由中心節(jié)點進行管理，各節(jié)點間的通信都通過中心節(jié)點進行管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。中央節(jié)點的主要功能有三項：

（1）節(jié)點發(fā)出通信請求后，檢查是否有空閑通路以及被叫節(jié)點是否空閑，從而決定是否能建立雙方的物理連接

（2）在兩個節(jié)點的通信過程中維持通路

（3）當(dāng)通信完成或者不成功要求拆線時，拆除通路

以太網(wǎng)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

（1）控制簡單，連接方便，擴展性好。任一節(jié)點只與中央節(jié)點相連，易于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

（2）網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小，傳輸誤差低

（3）故障診斷和隔離容易。中央節(jié)點對連接線路可以逐一隔離進行故障檢測和定位，單個節(jié)點的故障只會影響單個設(shè)備，不會影響全網(wǎng)

（4）管理方便。中央節(jié)點可以對各個節(jié)點提供服務(wù)和重新配置網(wǎng)絡(luò)

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點：

（1）需要耗費大量的電纜，安裝、維護的工作量大、成本高，通信線路利用率低

（2）功能過于依賴中央節(jié)點，中央節(jié)點一旦出現(xiàn)故障，則該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功能完全癱瘓

（3）各站點的分布處理能力和資源共享能力較低。

環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在環(huán)形拓?fù)渲校鞴?jié)點通過環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中。任何節(jié)點均可以請求發(fā)送信息。請求一旦被批準(zhǔn)，便可以向環(huán)路發(fā)送信息。信息沿著環(huán)按一定方向從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點，每經(jīng)過一個節(jié)點都要判斷是否是發(fā)給該節(jié)點，是則接收，否則將數(shù)據(jù)繼續(xù)往后傳。

以太網(wǎng)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

（1）電纜長度短，只需要將各節(jié)點逐次相連，組網(wǎng)成本比其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要較低

（2）每個節(jié)點只與相鄰兩個節(jié)點有物理鏈路，因此增減節(jié)點都很方便

（3）可以使用光纖連接

環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點：

（1）任意一個節(jié)點故障都會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓

（2）故障檢測效率很低，需要各個節(jié)點一一排查

（3）介質(zhì)訪問控制協(xié)議采用令牌傳遞的方式，在負(fù)載很輕時信道利用率相對較低

總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點均直接連接到共享的總線上，每個節(jié)點均具有收、發(fā)功能，總線上信息的目的地址與某節(jié)點的接口地址相符合時，該節(jié)點便接收信息。

以太網(wǎng)總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

（1）電纜數(shù)量少，長度短，布線成本低

（2）結(jié)構(gòu)簡單，增減節(jié)點都很方便，擴展性好

（3）多個節(jié)點共用一條傳輸信道，信道利用率高，傳輸速率高

（4）可靠性高，單個節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)

總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點：

（1）總線的傳輸距離有限，通信范圍受到限制

（2）故障診斷和隔離較困難，一旦傳輸介質(zhì)出現(xiàn)故障，就需要將整個總線切斷

（3）分布式協(xié)議不能保證信息的及時傳送，不具有實時功能

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實際上是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展和補充，可以認(rèn)為是多級星形結(jié)構(gòu)組成，具有根節(jié)點和各分支節(jié)點，適用于分支管理和控制系統(tǒng)。樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自上而下呈三角形分布，就像一顆樹一樣，采用分級的集中控制方式，其傳輸介質(zhì)可有多條分支，但不形成閉合回路，每條通信線路都必須支持雙向傳輸。

以太網(wǎng)樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

（1）擴展性好，樹形結(jié)構(gòu)可以延伸出很多分支和子分支，十分便于擴展節(jié)點

（2）故障隔離容易，如果某一分支的節(jié)點或傳輸介質(zhì)發(fā)生故障，只需隔離該分支即可

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點：

各節(jié)點對根節(jié)點依賴性太大，如果根節(jié)點發(fā)生故障，則會引起全網(wǎng)癱瘓

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各節(jié)點通過傳輸線互連在一起，每一個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連。根據(jù)組網(wǎng)硬件不同，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種：網(wǎng)狀網(wǎng)，主干網(wǎng)和星狀相連網(wǎng)。

以太網(wǎng)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

（1）任意兩個節(jié)點之間至少存在著兩條的通信線路，即便其中之一發(fā)生故障，也不影響通信

（2）局部節(jié)點故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行

（3）節(jié)點之間資源共享容易，傳輸延遲小

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點：

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線纜多，成本高

（2）增減節(jié)點很麻煩

（3）如果設(shè)置不當(dāng)，會造成廣播風(fēng)暴，嚴(yán)重時可以使網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓

（4）故障排查不容易

上述常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組合起來，組成更為復(fù)雜，功能也更為豐富的混合式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

以太網(wǎng)連接方式

以太網(wǎng)設(shè)備相互之間可以使用多種接口進行連接，其中最常見的是RJ-45接口。RJ-45接口俗稱水晶頭，采用雙絞線方式進行連接，是目前最普遍采用的網(wǎng)絡(luò)接口，廣泛應(yīng)用在工控主板、工控機、工業(yè)終端等控制設(shè)備和交換機、路由器、集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。

在RJ-45的信號定義中有2對差分信號線：TX（TX+，TX-）和RX（RX+，RX-），分別為以太網(wǎng)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)端。為了保證良好的信號傳輸特性，減少信號衰減和畸變，這兩對信號在PCB板設(shè)計中需要進行專門的等長差分處理，如下圖所示。

英創(chuàng)ESMARC底板網(wǎng)絡(luò)信號等長差分處理方式

由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性，網(wǎng)絡(luò)端口很容易受外界信號的干擾，所以系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信號必須通過1:1的網(wǎng)絡(luò)變壓器以后，才能再接入到RJ45插座上，以阻止通訊線上的共模干擾信號，同時防止直流干擾信號對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器的損壞。同時，為了進一步提高網(wǎng)絡(luò)端口的ESD特性，可以配合設(shè)計專用的ESD保護器件，且在PCB設(shè)計時，ESD保護器件要盡可能靠近RJ45網(wǎng)絡(luò)端口的引腳焊盤。如下圖所示。

英創(chuàng)ESMARC底板上ESD保護器件盡量靠近RJ-45接口

對于有金屬外殼的RJ45網(wǎng)絡(luò)插座，建議將金屬外殼連接到設(shè)備安裝現(xiàn)場的可靠安全接地點上。如果無法保證現(xiàn)場的安全接地的可靠性，建議將RJ45的金屬外殼通過一顆高壓電容（如：102M/1KV）與板子的地平面相連接。

以太網(wǎng)在英創(chuàng)主板平臺上的應(yīng)用

以太網(wǎng)在工控領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，是工業(yè)應(yīng)用上主流的數(shù)據(jù)傳輸方式之一。英創(chuàng)工控主板均配備了以太網(wǎng)，此外還可以通過擴展方式支持更多的以太網(wǎng)，以便用戶組建自己的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用產(chǎn)品平臺。

英創(chuàng)主板自帶的以太網(wǎng)

英創(chuàng)主流工控主板均自帶2路獨立的10M/100M以太網(wǎng)，而高端主板ESM6802G支持1路千兆網(wǎng)，用戶可以根據(jù)需求進行選擇。

查看英創(chuàng)工控主板

ESM6802G工控主板自帶1路千兆網(wǎng)

ESM6800工控主板自帶2路百兆網(wǎng)

通過擴展模塊獲取更多的以太網(wǎng)

英創(chuàng)工控主板通過ISA擴展總線，可以擴展多種功能接口供客戶使用，例如ETA728和ETA528均能擴展2路獨立以太網(wǎng)。

查看英創(chuàng)以太網(wǎng)擴展模塊

ETA728以太網(wǎng)擴展模塊

ETA528以太網(wǎng)串口擴展模塊

下圖為英創(chuàng)ESM3354開發(fā)評估套件擴展16路串口+2路網(wǎng)口的硬件平臺，其中以太網(wǎng)擴展模塊即為ETA728。

查看下圖的應(yīng)用方案

通過英創(chuàng)工控機/應(yīng)用底板獲取更多的以太網(wǎng)

英創(chuàng)在售的幾款工控機/應(yīng)用底板產(chǎn)品，均能提供多路以太網(wǎng)，具體如下：

應(yīng)用底板型號可提供的以太網(wǎng)

ETA8106路10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)

ETA8201路千兆網(wǎng)，1路10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)

ETA8301路千兆網(wǎng)，1路10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)

查看英創(chuàng)工控機/應(yīng)用底板

ETA810+ETA806+ESMARC主板組成多網(wǎng)絡(luò)工控方案

ETA810多網(wǎng)絡(luò)工控方案+機殼組成工控機

歷年來，大量用戶使用英創(chuàng)主板進行以太網(wǎng)通信相關(guān)應(yīng)用，英創(chuàng)也累積了豐富的工程經(jīng)驗。下面整理出了英創(chuàng)網(wǎng)站發(fā)表的相關(guān)技術(shù)文檔供用戶參考。雖然有一些方案文檔中提到的英創(chuàng)主板是較老的型號，用戶在新產(chǎn)品開發(fā)的時候未必會使用這些老主板產(chǎn)品，但是文中的軟硬件使用技巧、編程技巧和方法等技術(shù)細(xì)節(jié)，是值得用戶參考或者直接使用的。

應(yīng)用方案

基于ESM3354的16路串口+2路網(wǎng)口擴展方案6路獨立網(wǎng)口+14路串口的通訊管理機實現(xiàn)方案

使用方法與技巧

WinCE工控主板的網(wǎng)絡(luò)安全管理ARM9工控主板WinCE應(yīng)用程序的遠程FTP自動更新

基于WinCE的WIFI無線網(wǎng)卡應(yīng)用方案ARM9工控板在遠程監(jiān)控中的應(yīng)用之一——利用COM組件遠程更改設(shè)備配置文件

工控遠程智能終端的雙網(wǎng)絡(luò)選路方案ARM9工控板在遠程監(jiān)控中的應(yīng)用之二——利用COM組件遠程設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

ARM9工控主板支持?jǐn)帱c續(xù)傳的FTP文件傳送ARM9工控主板支持?jǐn)帱c續(xù)傳的應(yīng)用程序FTP遠程自動更新方案

基于WinCE的無線網(wǎng)卡配置方法網(wǎng)絡(luò)雙絞線之直通線和交叉線制作的線序排列

基于嵌入式Linux的網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)用程序設(shè)計ARM Linux環(huán)境下多連接TCP服務(wù)器的編程

英創(chuàng)工控主板網(wǎng)絡(luò)變壓器連接方法英創(chuàng)工控主板網(wǎng)絡(luò)變壓器連接方法之二

嵌入式工控主板VPN應(yīng)用簡介英創(chuàng)工控主板SNTP網(wǎng)絡(luò)校時功能

WinCE遠程桌面英創(chuàng)Linux工控主板支持3G網(wǎng)卡

英創(chuàng)Linux主板Qt網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序簡介高性能FTP服務(wù)器在英創(chuàng)Linux工控主板上的移植

英創(chuàng)工控主板WinCE應(yīng)用程序的FTP遠程更新在WinCE系統(tǒng)中添加任意型號3G網(wǎng)卡

WinCE工控主板雙網(wǎng)口級聯(lián)應(yīng)用——雙網(wǎng)卡網(wǎng)橋的建立英創(chuàng)Linux嵌入式工控主板支持4G網(wǎng)卡

EM335x工控主板四網(wǎng)絡(luò)擴展方案介紹在ESM335x WEC7上實現(xiàn)4路以太網(wǎng)接口

英創(chuàng)工控主板雙網(wǎng)絡(luò)冗余方案WinCE重置網(wǎng)絡(luò)的方法

Linux工控主板的一種環(huán)形菊花鏈網(wǎng)絡(luò)方案網(wǎng)絡(luò)接口（RJ45）布線設(shè)計簡要說明

雙網(wǎng)口+8串口擴展模塊ETA528WinCE主板多網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級設(shè)置

Linux主板多網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級設(shè)置