一、 CIP协议簇介绍

CIP 协议族是由 ODVA 、CI 等机构联合推出的应用层协议标准, 又称为控制与信息协议, 它为采用不同物理层和数据链路层的各层网络提供了统一的应用层协议标准, 使得各层网络可以在应用层实现无缝链接。CIP 协议族基于生产者-消费者的模式进行报文传递, 提高了报文的利用率, 减轻了信道负载。 CIP协议族使用对象模型(object model)来描述节点。定义了多达 46个对象类(object class), 这些对象类被分成 3 种, 即通用对象类(general use objects)、与应用相关的对象类(application specific objects)和与网络相关的对象类(network specific objects)。其中通用对象类和与应用相关的对象类是公共对象类(common objects),在支持 CIP 协议的通信网络中都可以使用, 与网络相关的对象类必须与对应的网络配合使用。在一个支持 CIP 协议的节点内, 至少要有一个连接(connection)对象, 用来建立通信时的连接通道。还要有一个标识(identity)对象, 用来指明诸如厂商、设备类型等设备本身的标识信息。报文路由(router)对象用来进行报文中转。组合(assembly)对象主要用来定义数据帧的格式。参数(parameter)对象主要用来进行参数的配置。应用(application)对象主要与具体的应用进行连接。此外, 针对不同的网络,还要有网络链接(network link)对象。

CIP 协议节点之间的通信是基于连接的。在两个节点的对象实例间进行通信时, 先通过连接对象建立一个连接通道, 获得连接标识号(connection ID), 对象实例间就可通过这个固定的连接通道进行通信。为了保证同类设备的通用性, CIP 协议族将同类设备定义为一个设备类型(device type), 并对其进行设备描述(device profile)。

在发送 CIP 数据包以前必须对其进行封装, CIP 数据包给定一个报文首部, 该首部的内容取决于所请求的服务属性。通过以太网连接的 CIP 数据包包括一个专用的以太网首部、一个 IP 首部、一个 TCP 首部和一个封装首部。封装首部包含的字段有控制命令、格式、状态信息和同步数据等, 这允许 CIP 数据能通过 TCP 或 UDP 传送并确保在接收方进行解码。 EtherNet/IP 封装层也适合于其它支持TCP/IP 的网络。所有封装好的信息, 是通过 TCP(UDP)端口0XAF12 来传送的。

二、 Ethernet/IP协议

Ethernet/ IP 协议是基于 CIP 协议族推出的最新的工业以太网标准。其物理层和数据链路层采用以太网的物理层和载波侦听/碰撞检测(CSMA/ CD)协议。网络层采用 IP 协议, 传输层采用TCP/UDP 协议。采用封装技术将应用层的 CIP 协议报文嵌入TCP/UDP 容器。为了保证实时控制的实现和信道的高利用率,采用UDP 协议传输隐性报文, 即对实时性要求较高的 I/O 报文, 采用 TCP 协议传送诸如组态信息、诊断信息等非实时性报文。

EtherNet/IP 采用了生产者/消费者(Producer/Consumer)的通信模式而不是传统的源/目的(Source/Destination)通信模式来交换对时间要求苛刻的数据。在传统的源/目的通信模式下, 源端每次只能和一个目的地址通信, 源端提供的实时数据必须保证每一个目的端的实时性要求, 同时一些目的端可能不需要这些数据, 因此浪费了时间, 而且实时数据的传送时间会随着目的端数目的多少而改变。而在 EtherNet/IP 所采用生产者/ 消费者通信模式下, 数据之间的关联不是由具体的源、目的地址联系起来, 而是以生产者和消费者的形式提供, 允许网络上所有节点同时从一个数据源存取同一数据, 因此使数据的传输达到了最优化, 每个数据源只需要一次性的把数据传输到网络上, 其它节点就可以选择性地接收这些数据, 避免了浪费带宽, 提高了系统的通信效率, 能够很好地支持系统的控制、组态和数据采集。对于EtherNet/IP 来说, 这些是由 CIP 网络和传输层以及 IP 多点传送技术来完成的。

生产者是数据的发起者，向网络上发送数据包，数据包携有指示数据内容的“唯一的”标识符。消费者是数据接收者，任何感兴趣的消费者都可通过标识符从网络中获取需要的数据，这样，多个消费者可以接收和使用这些数据。

EtherNet /IP 技术是基于标准的 TCP /IP 协议的 CIP 技术与以太网技术的巧妙结合，只是在TCP 或 UDP 报文的数据部分嵌入了 CIP 封装协议，封装协议的主要任务是定义和规范了如何封装和传输上层协议报文，以及如何管理和利用下层 TCP /IP 连接，起到承上启下的作用。
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