以太网标准：确保网络互操作性的指南 (以太网标准100BASE-TX中采用的介质是)

概述

以太网是计算机网络中最广泛使用的技术，连接了全球数百万台设备。为了确保这些设备能够彼此通信，必须遵循一系列标准化协议，称为以太网标准。

以太网标准100BASE-TX

以太网标准100BASE-TX定义了100 Mbps全双工以太网连接的物理层和数据链路层。

以下是在以太网标准100BASE-TX中采用的介质：

1. 双绞线 (UTP)

UTP由四对绞合铜线组成，包裹在PVC外壳中。对于100BASE-TX，使用的UTP类型是5类或5e类。

UTP的优点：

• 易于安装和维护
• 成本低
• 支持全双工通信

UTP的缺点：

• 距离有限（100米）
• 容易受到电磁干扰 (EMI)

其他以太网标准

除了100BASE-TX，还有许多其他以太网标准，每个标准都定义了特定的传输速率和介质。

以太网标准的好处

采用以太网标准具有许多好处，包括：

• 互操作性：设备可以从不同供应商处无缝连接，因为它们都遵循相同的标准。
• 可靠性：标准化的协议确保了数据传输的可靠性和稳定性。
• 易于维护：通过遵循公共标准，网络管理和故障排除变得更加容易。
• 可扩展性：新的以太网标准不断开发，以支持更大的带宽和更长的距离。

结论

以太网标准是确保网络互操作性和可靠性的基石。通过遵守这些标准，设备可以无缝连接，数据可以在最小的中断下传输。在不断发展的网络技术领域，以太网标准将继续发挥着至关重要的作用。

简述交换机的工作原理？

一、概述1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。

其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。

与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。

而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。

与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。

交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。

现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。

类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。

交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。

协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。

利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。

如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供bps的传输速率。

这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供bps的总体吞吐率（6道信息流Xbps／道信息流）。

专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。

二、三种交换技术1．端口交换端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。

以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。

根据支持的程度，端口交换还可细分为：·模块交换：将整个模块进行网段迁移。

·端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。

·端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。

这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。

如果配置得当，那么还可以在一定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。

2．帧交换帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。

一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：·直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。

·存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。

前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。

因此，各厂商把后一种技术作为重点。

有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能（如美国MADGE公司的LET集线器）如优先级控制。

3．信元交换ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向，也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。

由于长度固定，因而便于用硬件实现。

ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。

ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。

ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。

ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。

三、局域网交换机的种类和选择局域网交换机根据使用的网络技术可以分为：·以大网交换机；·令牌环交换机；·FDDI交换机；·ATM交换机；·快速以太网交换机等。

如果按交换机应用领域来划分，可分为：·台式交换机；·工作组交换机；·主干交换机；·企业交换机；·分段交换机；·端口交换机；·网络交换机等。

局域网交换机是组成网络系统的核心设备。

对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。

因此，在选择交换机时要注意以下事项：（1）交换端口的数量；（2）交换端口的类型；（3）系统的扩充能力；（4）主干线连接手段；（5）交换机总交换能力；（6）是否需要路由选择能力；（7）是否需要热切换能力；（8）是否需要容错能力；（9）能否与现有设备兼容，顺利衔接；（10）网络管理能力。

四、交换机应用中几个值得注意的问题1．交换机网络中的瓶颈问题交换机本身的处理速度可以达到很高，用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。

其实这是一种误解，连接入网的工作站或服务器使用的网络是以大网，它遵循CSMA／CD介质访问规则。

在当前的客户／服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器，因此非常容易形成服务器瓶颈。

有的厂商已经考虑到这一点，在交换机中设计了一个或多个高速端口（如3COM的Linkswitch1000可以配置一个或两个100Mbps端口），方便用户连接服务器或高速主干网。

用户也可以通过设计多台服务器（进行业务划分）或追加多个网卡来消除瓶颈。

交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余连接。

2．网络中的广播帧目前广泛使用的网络操作系统有Netware、WindowsNT等，而LanServer的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。

这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能（并非每种交换机都支持虚拟网）将广播包限制在一定范围内。

每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况，厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。

如果超过厂商给定的MAC数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。

3．虚拟网的划分虚拟网是交换机的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种：(1)静态端口分配静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。

这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。

这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。

（2）动态虚拟网支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。

端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。

当一网络节点刚连接入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。

这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。

（3）多虚拟网端口配置该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。

这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门（每种业务设置成一个虚拟网）都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。

但这样会带来安全上的隐患。

虚拟网的业界规范正在制定当中，因而各个公司的产品还谈不上互操作性。

Cisco公司开发了Inter－SwitchLink（ISL）虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网（ATM、FDDI、FastEthernet）的虚拟网。

但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。

传统的计算机网络中使用了大量的共享式Hub，通过灵活接入计算机端口也可以获得好的效果。

4.高速局域网技术的应用快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。

通过100Mbps的交换机可以打破这些局限。

同时也只有交换机端口才可以支持双工高速传输。

目前也出现了CDDI／FDDI的交换技术，另外该CDDI／FDDI的端口价格也呈下降趋势，同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优势，因此它是大型网络骨干的一种比较好的选择。

3COM的主要交换产品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY的主要交换产品有LattisSwitch2800，BAYstackworkgroup、System3O00／5000（提供某些可选交换模块）；Cisco的主要交换产品有Catalyst1000／2000／3000／5000系列。

三家公司的产品形态看来都有相似之处，产品的价格也比较接近，除了设计中要考虑网络环境的具体需要（强调端口的搭配合理）外，还需从整体上考虑，例如网管、网络应用等。

随着ATM技术的发展和成熟以及市场竞争的加剧，帧交换机的价格将会进一步下跌，它将成为工作组网的重要解决方案。

怎么设置网口为ethercat

EtherCAT是什么EtherCAT==Ethernet for Control Automation Technology==用于控制自动化技术的以太网EtherCAT是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统。

常被称为实时以太网，开放的实时以太网。

EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff公司所研发。

EtherCAT主要用于实现自动化的超高速通讯EtherCAT简评Beckhoff 基于以太网现场总线系统的 EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）技术具有性能优异、 拓扑结构灵活和系统配置简单等特点。

EtherCAT 突破了传统现场总线系统的限制，为现场总线技术领域树立了新的性能标准：30 µs 内可以更新1000 个 I/O，利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成，网络容量几乎无限。

使用 EtherCAT 后，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。

EtherCAT 还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。

其它的实时以太网方案需要专用的主站硬件或扫描卡，而EtherCAT 只需要价格低廉的标准以太网卡便可实现。

EtherCAT 拥有杰出的通讯性能，接线非常简单，并对其它协议开放。

传统的现场总线系统已达到了极限，而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据，可选择双绞线或光纤，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。

使用 EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。

EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式，以集 成其它的以太网设备。

其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接，而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。

EtherCAT拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯。

它实现了安全功能，采用技术可行且经济实用的 方法，使以太网技术可以向下延伸至I/O级。

EtherCAT功能优越，可以完全兼容以太网，可将因特网技术嵌入到简单设备中，并最大化地利用了以太网所 提供的巨大带宽，是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。

EtherCAT出现背景+协议原理+设备行规详见：【整理】EtherCAT出现背景+协议原理+设备行规EtherCAT特点特点简述：技术亮点– 以太网直达端子模块 — 具有完全连续性– 以太网过程接口可从1 位扩展到64 kB– 首款真正的、用于现场层的以太网解决方案– 精确计时，适合时间同步性能– 12 μs 内处理256 个数字量I/O– 30 μs 内处理1000 个数字量I/O– 50 μs 内处理200 个模拟量I/O（16 位），采样率为20 kHz– 每100 μs 处理100 个伺服轴– 350 μs 内处理12,000 个数字量I/O拓扑结构– 总线型、树型或星型拓扑结构– 一个系统内最多可容纳65,535 台设备– 系统规模：近乎无限（> 500 km）– 有无交换机均可运行– 经济高效的电缆敷设：工业以太网电缆（CAT 5）– 双绞线电缆物理层：– Ethernet 100 BASE-TX，两个设备之间最大距离为100 m– 或者：两个从站之间光缆的最大距离为20 km– 支持总线网段的热插拔地址空间– 整个网络范围内的过程映像：4 Gbyte– 设备过程映像：1 位至64 kbyte– 地址分配：可自由配置– 设备地址选择：通过软件自动进行成本优势– 无需再进行网络调整：降低工程成本– 带软件主站的硬实时功能：无需插卡– 无需主动基础架构组件（交换机等）– EtherCAT 所使用的以太网电缆和连接器低于传统的现场总 线所使用的电缆和连接器 – EtherCAT 直达I/O 端子模块：无需复杂的总线耦合器– 高度集成了EtherCAT 从站控制器，因此接口成本较低协议– 直接内置于以太网帧内的优化协议– 完全由硬件实现– 用于路由和接口：UDP 数据报文– 在传递时处理– 用于精确同步的分布式时钟– 时间戳数据类型，用于纳秒范围内的分辨率– 用于高分辨率测量的过采样数据类型诊断– 断点检测– 连续的“线路质量”测量能够精确定位传输故障– Topology View接口– 用于标准以太网设备的交换机端子模块– 用于现场总线设备的现场总线端子模块– 分布式串行接口– 通讯网关– 连接至其它EtherCAT 系统的网关开放性– 与以太网完全兼容– 可以通过交换机和路由器运行– 可以与其它协议混合运行– 互联网技术（Web 服务器、FTP 等）– 可与现有的总线端子模块系列兼容– 协议完全公开– EtherCAT 符合IEC、ISO 和SEMI 标准EtherCAT 技术协会– 拥有众多会员公司的国际化联盟组织– 成员包括用户和制造厂商– 为技术开发提供支持– 保障互操作性– 设备行规的集成和制定现在详细解释其特点：EtherCAT协议处理完全在硬件中进行协议ASIC 可灵活配置。

过程接口可从1 位扩展到64 kbyte。

详见：所以使得以太网可以直达端子模块：符合IEEE 802.3 标准的以太网协议无需附加任何总线即可访问各个设备。

耦合设备中的物理层由100BASE-TX 或–FX 转换为E-bus，以满足电子端子排等模块化设备的需求。

端子排内的E-bus 信号类型（LVDS）并不是专用的，它还可用于 10 Gbit 以太网。

在端子排末端，物理总线特性被转换回100BASE-TX 标准。

主板集成的以太网MAC 足以作为主站设备中的硬件使用。

DMA（直接存储器存取）用于将数据传输到主内存，解除了 CPU 存取网络数据的负担。

Beckhoff 的多端口插卡中运用了相同的原理，它在 一个PCI 插槽中最多捆绑了4 个以太网 通道。

EtherCAT的性能EtherCAT 使网络性能达到了一个新境界。

1000 个I/O 的更新时间只需30 µs，其中还包括I/O 周期时间。

单个以太网帧最多可进行1486 字节的过程数据交换，几乎相当于 个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为300 µs。

与100 个伺服轴的通讯每100 µs 执行一次。

可在这一周期时间内更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布式时钟技术使轴的同步偏差小于1 微秒。

超高性能的EtherCAT 技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。

这样，通过总线也可以形成超高速控制回路。

以前需要本地专用硬件支持的功能现在可在软件中加以映射。

巨大的带宽资源使得状态数据能够与任何数据并行传输。

EtherCAT 使通讯技术和现代工业PC 所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O 可能比大多数本地I/O 接口运行速度更快。

这种网络性能优势在具有相对中等运算能力的小型控制器中较为明显。

EtherCAT周期时间如此之短，使得它可以在两个控制周期之间完成。

因此，控制器总是能够获取最新的输入数据；输出以最小的延迟寻址。

无需增强本身的运算能力，控制器的响应行为就能够得到显著改善。

借助于从站硬件集成和网络控制器主站的直接内存存取，整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此， 完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。

1000个I/O的更新时间只需30 µs，其中还包括I/O周期时间。

单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于个数字输入和输出，而传送这些数 据耗时仅为300 µs。

100个伺服轴的通讯也非常快速：可在每100µs中更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。

而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。

超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。

EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。

EtherCAT技术原理具有可塑性，并不束缚于100 M bps的通讯速率，甚至有可能扩展为1000 M bps的以太网。

简言之：EtherCAT的周期时间短，是因从站的微处理器不需处理以太网的封包。

所有程序资料都是由从站控制器的硬件来处理。

此特性再配合EtherCAT的机能原理，使得EtherCAT可以成为高性能的分散式I/O系统：包含一千个分散式数位输入/输出的程序资料交换只需30us，相当于在100Mbit/s的以太网传输125个字节的资料。

读写一百个伺服轴的系统可以以10 kHz的速率更新，一般的更新速率约为1–30 kHz，但也可以使用较低的更新速率，以避免太频繁的直接内存存取影响主站个人电脑的运作。

EtherCAT的拓扑总线形、树形或星型：EtherCAT支持几乎任何类型的拓扑结构。

因此，由于现场总线而得名的总线结构或线型结构也 可用于以太网，并且不受限于级联交换机或集线器的数量。

最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。

因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。

当然，仍然可以使用传统的、基于以太网 的星型拓扑结构。

还可以选择不同的电缆以提升连线的灵活性：灵活、经济的标准超五类以太网电缆可采用100BASE-TX 模式传送信号， 两台设备之间的最大电缆长度为100 m。

还可通过交换机或介质转换器实现不同 以太网连线（如不同的光纤和铜电缆） 的完整组合。

信号变量可以根据每个电缆间距单独选 择。

由于连接的设备数量可高达， 因此，网络的容量几乎没有限制。

简言之：EtherCAT使用全双工的以太网实体层，从站可能有二个或二个以上的埠。

若设备没侦测到其下游有其他设备，从站的控制器会自动关闭对应的埠并回传以太网帧。

由于上述的特性，EtherCAT几乎支援所有的网络拓扑，包括总线式、树状或是星状，现场总线常用的总线式拓扑也可以用在以太网中。

EtherCAT的拓扑可以用网络线、分枝或是短线（stub）作任意的组合。

有三个或三个以上以太网接口的设备就可以当作分接器，不一定一定要用网络交换器。

由于使用100BASE-TX的以太网物理层，二个设备之间的距离可以到100米，一个EtherCAT区段的网络最多可以有个设备。

若EtherCAT网络是使用环状拓扑（主站设备需要有二个通讯埠），则此网络还有缆线冗余的机能。

EtherCAT的速度EtherCAT 技术原理具有可塑性，并不束缚于100 Mbaud的通讯速率，甚至有可能扩展为Gbit 的以太网。

EtherCAT 取代PCI随着PC 组件逐渐向小型化方向发展，工业PC的体积也日趋取决于插槽的数目。

而高速以太网的带宽和EtherCAT 通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提 供了新的可能性：工业PC 中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子模块。

除了可以对分布式I/O 进行编址，还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。

即使是其它无协议限制的以太网设备变体，也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。

由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯。

因此，这不仅极大地精简了工业PC 主机的体积和外观，而且也降低了工业PC 主机的成本。

EtherCAT的分布式时钟精确同步对于同时动作的分布过程而言尤为重要，例如，几个伺服轴在同时执行协调运动时便是如此。

最有效的同步方法是精确排列分布时钟。

与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质的情况相反，分布排列的时钟对于通讯系统中可能存在的相关故障延迟具有极好的容错性。

采用EtherCAT 后，数据交换就完全基于纯硬件机制。

由于通讯采用了逻辑（借助于全双工快速以太网的物理层）环网结构， 主站时钟可以简单、精确地确定各个从站时钟传播的延迟偏移，反之亦然。

分布式时钟基于该值进行调整，这意味着可以在网络范围内使用非常精确的、信号抖动小于1 微秒的、确定性的同步误差时间基。

而跨接工厂等外部同步则可以基于IEEE 1588 标准。

详情请参阅：【整理】工业自动化规范之时间同步：IEEE 1588此外，高分辨率的分布式时钟不仅可以用于同步，还可以提供数据采集的本地时间精确信息。

当采样时间非常短暂时，即使是出现一个很小的位置测量瞬时同步偏差，也会导致速度计算出现较大的阶跃变化，例如，运动控制器通过顺序检测的位置计算速度便是如此。

而在EtherCAT中，引入时间戳数据类型作为一个逻辑扩展，以太网所提供的巨大带宽使得高分辨率的系统时间得以与测量值进行链接。

这样，速度的精确计算就不再受到通讯系统的同步误差值影响，其精度要高于 基于自由同步误差的通讯测量技术。

由于采用了新的扩展数据类型，因此，可以给被测量值分配非常精确的时间戳。

同步性与一致性：相距电缆长度为有120米的两个分布系统，带有300个节点的示波器比较：为了系统的同步，EtherCAT协定中有提供分散式时钟机制，即使通讯循环周期有抖动，时钟的抖动远小于1µs，大约接近IEEE 1588精密时间协议的标准。

因此EtherCAT的主站设备不需针对时钟使用特殊的硬件，可以用软件实现在任何标准的的以太网MAC，即使没有特殊的通讯协处理器也没有关系。

标准建立分散式时钟的程序是由主站送出一特定位址的广播讯息给所有从站来启动。

若使用环状拓扑，所有从站会在收到讯息时闩锁内 部时钟，当讯息回来时会再闩锁内部时钟一次。

主站会读所有从站闩锁的值，计算各个从站的延迟。

为了消除抖动的影响及求得平均值，主站会尽可能的多次进行上 述的程序。

所有的从站延迟会依各从站在从站环状拓扑的位置来计算，并记录在一个偏移寄存器中。

最后主站送出一个读写系统时钟的广播讯息，会使第一个从站的 时钟为参考时钟，其他从站的内部时钟会调整到和第一个从站相同。

为了在初始化后保持时钟的同步，主站或从站需定期的再送出广播讯号，以计算各个从站内部时钟的速度差异，若有需要时，从站需要可以调整自身时钟的速度，或是有其他调整时钟的机制。

系统时钟是一个64位元的计时器，计数内容是从2000年1月1日0点0分开始所经过的时间，单位是奈秒（ns）。

【感悟】EtherCAT中提到的分布时钟，同步时钟，就相当于：两个人（或多个人）拿着手表在一起，先：对点确保各自的时间，是一致的。

这样，在后续的某个约定的时间，一起做某事，才能确保是同步去做的。

否则就会有时间的误差，就会影响办事。

EtherCAT支持热连接许多应用都需要在运行过程中改变I/O组态。

例如，需求不断变化的加工中心、 装备传感器的刀具系统或智能化的传输 系统、灵活的工件执行机构或可单独关 闭印刷单元的印刷机等。

EtherCAT 系统的 协议结构中已经考虑到了这些需求：热 连接功能可以将网络的各个部分连在一起或断开，或“飞速”进行重新组态， 针对不断变化的组态提供灵活的响应能 力。

EtherCAT的高可靠性选择冗余电缆可以满足快速增长的系统可靠性需求，以保证设备更换时不会导致网络瘫痪。

EtherCAT也支持热备份的主站冗余。

您可以很经济地增加冗余特性，仅需在主站设备端增加使用一个标准的以太网端口（无需专用网卡或接口），并将单一的电缆从总线型拓扑结构转变为环型拓扑结构即可。

当设备或电缆发生故障时，也仅需一个周期即可 完成切换。

因此，即使是针对运动控制要求的应用，电缆出现故障时也不会有任何问题。

EtherCAT也支持热备份的主站冗余。

由于在环路中断时 EtherCAT从站控制器芯片将立刻自动返回数据帧，一个设备的失败不会导致整个网络的瘫痪。

例如，拖链设备可以配置为分支拓扑以防线缆断开。

EtherCAT的安全性：Safety over EtherCATEtherCAT有一个加强的协定版本，称为Safety over EtherCAT，可以在同一个网络上进行安全相关的通讯和一般的控制通讯。

此安全通讯是以EtherCAT的应用层为基础，不会影响底层的通讯协定。

Safety over EtherCAT有通过IEC 的认证，符合安全完整性等级（SIL）3的要求。

为了实现EtherCAT 安全数据通讯，我们开放了Safety over EtherCAT 协议，EtherCAT安全通信协议已经在ETG组织内部公开。

该协议已经由德国技术监督局（TÜV）鉴定为符合IEC 定义的SIL3 等级要求。

设备上实施EtherCAT安全协议必须满足安全目标的需求。

相应的产品相关要求也必须考虑进来。

EtherCAT被用作传输安全和非安全数据的单一通道。

传输介质被认为是“黑色通道”而不被包括在安全协议中。

EtherCAT过程数据中的安全数据报文包括安全过程数据和所要求的数据备份。

这个“容器”在设备的应用层被安全地解析。

通信仍然是单一通道的。

这符合IEC-3附件中的模型A。

因此，该安全协议也可通过其它通讯系统、背板或WLAN 传输。

传输周期可根据要求缩短，不会影响残留误差率。

Safety over EtherCAT 主站和从站之间的安全数据循环交换被称作为由看门狗定时 器监控的连接。

一个主站能建立并监控多个不同从站的连接。

上图中的应用示例受益于这种技术。

安全元件在自动化系统中所需要的任意地方都可以使用。

系统中可以使用不同规模的本地输入和输出元件。

可以根据需求使用安全或非安全总线端子扩展额外的输入和输出。

安全逻辑也嵌入到网络当中。

这样不用安全扩展的标准 PLC可以继续处理控制任务。

安全输入和输出功能需要的本地安全逻辑由智能化的安全总线端子实现。

这节约了昂贵的安全PLC所带来的成本，并可以根据当前任务随意裁剪逻辑功能。

只有安全EtherCAT主站和所分配的安全从站通过非安全的标准PLC路由。

本协议在安全数据长度，通信介质或波特率方面没有限制。

EtherCAT被用作“黑色通道”，即，通信系统在安全处理中没有任何作用。

协议被鉴定符合IEC定义的SIL3等级提供EtherCAT安全功能的产品已经于2005年就上市了。

EtherCAT的诊断现场总线系统的实际应用经验表明，有效性和试运行时间关键取决于诊断能力。

只有快速而准确地检测出故障，并明确标明其所在位置，才能快速排除故障。

因此，在EtherCAT的研发过程中，特别注重强化诊断特征。

网络的诊断能力对于提高网络可靠性和缩短调试时间 — 从而降低总成本 — 来说至关重要。

只有快速而准确地检测出故障，并明确标明其所在位置，才能快速排除故 障。

因此，在EtherCAT 的研发过程中，特别注重强化诊断功能。

试运行期间，驱动或I/O 端子等节点的实际配置需要与指定的配置进行匹配性检查，拓扑结构也需要与配置相匹配。

由于整合的拓扑识别过程已延伸至各个端子，因此，这种检查不仅可以在系统启动期间进行，也可以在网络自动读取时进行 （配置上载）。

数据传输过程中出现的位故障可以通过评估每台设备上的CRC 校验进行检测——32 位CRC多项式的最小汉明距为4。

除断点检测和定位之外，EtherCAT 系统的协议、物理层和拓扑结构还可以对各个传输段分别进行品质监视，与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。

此外，对于电磁干扰、连接器 破损或电缆损坏等一些渐变或突变的错误源而言，即便它们尚未过度应变到网络自 恢复能力的范围，也可对其进行检测与定位。

EtherCAT的开放性EtherCAT 技术不仅完全兼容以太网，而且 在“设计”之初就具备良好的开放性特 征：该协议可以在相同的物理层网络中包容其它基于以太网的服务和协议，通常 可将其性能损失降到最小。

对以太网的 设备类型没有限制，设备可通过交换机 端口在EtherCAT 段内进行连接。

不会影响 周期时间。

带现场总线接口的设备可通过 EtherCAT 现场总线主站端子模块集成到网络中。

UDP 协议变体允许设备整合 于任何 插槽接口中。

EtherCAT 是一个完全开放的 协议，是公认的正式IEC 规范（IEC ，type 12）。

属于物理层定义的典型规范代表包括哪些？

物理层定义的典型规范代表涵盖了计算机通信系统的最底层，主要关注的是数据在物理媒介上的传输。

以下是一些具有代表性的规范：1. EIA/TIA RS-232：这个标准为串行通信接口设计了电气和机械接口规范。

它允许在计算机和调制解调器之间进行数据传输。

RS-232接口通常使用9针的D型连接器，广泛应用于个人电脑和相关设备的连接。

2. EIA/TIA RS-449：作为RS-232的后续标准，RS-449进一步规范了通信接口的电气特性，提高了传输距离和信号传输质量。

它通常应用于需要更长距离和更高可靠性的通信场合。

3. V.35：由国际电报电话咨询委员会（CCITT）制定，V.35标准主要针对数据通信设备之间的高速数据传输。

它定义了接口和电气特性，允许数据在高速下有效传输，适用于电话线和电缆等介质。

4. RJ45：这是一种用于以太网连接的接口标准。

它使用8针的模块化连接器，广泛应用于局域网（LAN）中。

RJ45接口支持10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T等多种以太网标准，能够提供从低速到高速的数据传输能力。

这些物理层规范的典型代表，为不同应用需求提供了标准化的通信接口和电气特性，确保了不同设备之间的互操作性和数据的有效传输。