一、EtherNet/IP基础概念
1.ODVA组织简介
ODVA成立于1995年，是一个全球性协会，其成员包括世界领先的自动化公司。ODVA的使命是促进工业自动化中开放的，可互操作的信息和通信技术。ODVA将其独立于媒体的网络协议，通用工业协议或“CIPTM”以及CIP的网络改进版EtherNet/IPTM，DeviceNetTM , CompoNetTM和ControlNetTM视为其核心技术。其负责的主要内容有：
- 设备的一致性测试认证与互操作；
- 授权EtherNet/IP技术；
- 发放Vendor ID代表厂商设备信息；
- 其下的SIG小组负责各类规范、方针等内容的制定。
2.EtherNet/IP基础架构
2.1 EtherNet/IP OSI参考模型
EtherNet/IP的ISO/OSI参考模型如上图所示，其物理层、链路层、网络层、传输层均与标准以太网相同，特点在于其在传输层之上增添了一个封装层，对来自应用层的数据进行报文格式的封装；而应用层采用的是CIP协议，满足其在工业自动化领域的一些功能和服务。
特点：
- 服务于各类工业自动化应用；
- 基于标准的IEEE802.3与TCP/IP Suite；
- 应用层采用通用工业协议CIP；
- IT集成，包括Web、OPC等服务；
- 物理层实现基于标准的以太网控制器；
- 规定了特定的传输端口，UDP/IP(PORT 44818)，TCP/IP(PORT 44818)。
2.2 EtherNet/IP 各层功能特点
2.2.1 物理层：
1）传输介质可选铜缆双绞线或光纤；
2）几乎可以容纳无限数量的点对点节点；
3）可以通过嵌入式交换机技术和设备级环网技术来实现线型、星型和环网拓扑；
4）可根据需求选择不同的物理接口：基本的以太网连接，支持COTS现成商用标准，适合IP 20应用；工业等级应用，需性能增强的RJ-45连接器，密封RJ-45连接器以及更紧凑的M12连接器，适合IP 67应用；
2.2.2 数据链路层与网络层：
EtherNet/IP的链路层帧格式如上图所示，与标准以太网没有区别，遵循IEEE 802.3规范设计，并支持全双工传输。
同时网络层与传输层也使用TCP/IP与UDP/IP进行传输，两种方式分别传输两种不同的消息：TCP/IP是面向连接的点对点传输，并且传输的是封装CIP explicit messages（显示消息），主要用于配置信息与诊断数据的传输；UDP/IP是单对多的广播传输，主要用于实时性要求较高的数据传输，并由Timeout机制检测是否传输出错。
2.2.3 Encapsulation封装协议
2.2.3.1 主要功能
实时性要求不同的数据会采用不同的封装形式与传输形式：实时性要求不高的数据会采用CPF（Common Packet Format通用包格式）+Encapsulation的封装，走TCP/IP传输通道；而实时性要求较高的数据仅采用CPF封装，并走UDP/IP传输通道。封装层主要功能如下：
- 解除IP网络的CIP消息封装；
- 将CIP消息包装为以太网消息；
- 会话管理；
- 与下层TCP/IP协议层以及TCP/IP堆栈进行交互。
2.2.3.2 封装结构
EtherNet/IP的以太网包与其中的封装部分结构如上图所示，其中封装部分各细分部分功能如下：
Command：代表该包的功能和作用；
Length：指示后方数据域的长度；
Session Handle：会话句柄，表示会话建立或响应的请求；
Status：指示改包的命令有无正确执行，可比对状态码表进行确认；
Sender Context：包含描述发送者信息的内容；
Options：可选设置；
Command-specific Data：根据命令的不同有所区别
2.2.3.3 命令类型
2.2.3.4 命令特定数据域（CPF）结构
数据域部分的结构如上图所示，其结构为1个1个的item的连接，其每种item的含义如下：
- Item Count：指示该包数据域中item的总个数；
- Address Item：存放目的地地址信息：
Type ID：地址类型；
Length：地址长度；
Data：地址具体数值；
- Data Item：存放数据信息：
Type ID：数据类型；
Length：数据长度；
Data：具体数据，封装了CIP报文包的内容，包含CIP命令、请求路径等内容；
2.2.4 传输层的消息类型
2.2.4.1 显式消息
应用：非周期性从端数据的读写
特点：
①报文中包含地址项和服务请求（命令）；
②通常用于两个站点之间的通用通信路径；
③面向逻辑连接的连接方式，点对点传输，请求对应响应；
上图中，Command的值为0x6F，指示该报文为SendRRData，其上半部分的结构为封装报文头结构，下半部分为命令特定数据域结构，与前文提到的报文结构基本无异。
2.2.4.2 隐式消息
应用：实时的IO应用数据交互
特点：
①报文中没有地址项，也没有服务请求（命令）；
②通过Connection ID来确定任务目标；
③生产者与（一或多个）消费者之间的特殊通信路径；
④点对点或多播；
上图的报文结构中，不含有封装协议报文头，且命令特定数据域中的地址项与数据均固定，通过Connection ID来标识访问的数据。
2.2.5 EtherNet/IP 应用层-CIP
基本原理：以是否存在实时性要求为依据，划分数据的优先级，区别对待不同优先级的数据。具体的协议内容，将单独成篇进行介绍。
2.3 EtherNet/IP 特点总结
①在标准以太网基础上建立，而不仅仅是与之兼容；
②多种数据传输速率：10、100、1000Mbit/s；
③可以使用标准基础架构来构建系统；
④可以使用IP路由器将网络构建为子网；
⑤使用IP寻址进行所有通信，完全支持跨子网的通信，因此网络中几乎没有节点数量限制；
⑥非实时通信和实时通信可以在同一子网中共存；
⑦支持协调驱动和运动控制；
⑧支持设备级环网（DLR），该环网通过介质冗余提供单容错能力；
⑨与其他上层协议（如HTTP,FTP,VOIP等）共存；
关于虹科：
虹科是一家在工业自动化领域，特别是工业总线通讯行业经验超过10年的高科技公司。虹科工业通讯事业部与世界知名的工业通讯专家【PEAK-System，Hilscher，Kunbus，SYS TEC，Koenig-Pa，Port，Copa-data，TenAsys，SoC-e、RELYUM】等深度合作，提供业内顶尖水平的工业总线协议软硬件解决方案，协议类型包含【CAN、CANopen、EtherCAT、Profibus、Profinet、Ethernet/IP、TSN】等，产品类型包含代码、软件、芯片、板卡、模块等。虹科工业通讯以客户需求为导向，以技术能力为基础，为国内企业提供最适合的产品和最满意的服务。特别是在工业4.0的大环境下，虹科工业通讯与时俱进，推出了TSN（时间敏感网络）的解决方案，后者将在推动万物互联的潮流中扮演着如高速公路般的连接作用。
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作者：虹科工业通讯---梁桦圳
排版：虹科工业通讯---黄怡