如何理解总线通讯协议的多层模型

从这几年工业技术的发展趋势看，以太网在工业领域的广泛应用和普及，已经是一个毋庸置疑的事实了，正如之前「工业总线向以太网的演进」一文中所说，其驱动力源自于网络连接的通用性和一致性所带来的系统成本优化。

图1 主流总线模型

然而，工业设备通讯技术从早期的现场总线迈入工业以太网时代，带给广大制造业用户的，却不仅仅是因使用新技术而获得的各种价值和益处，同时还有多种工业以太网协议之间相互激烈竞争而引发的“选择障碍”。

图2 框架

要知道，对于我们这些传统的制造业从业人员来说，每当听到“专业人士”们运用各种专业的 IT 术语，来解释不同以太网协议之间的差异、评价各自技术优劣的时候，基本上绝对是一脸懵逼的表情。

图3 框架层次

可是话说，如何能够在不具备强大 IT 技术知识背景的情况下，理解各种工业以太网协议之间的差异和不同呢?

个人觉得，首先还是需要搞明白，信息网络中设备间数据通讯的基本流程。我们可以把设备间的数据交换，想象成社会活动中人与人之间的信息交流，需要基于一定的规则进行相互沟通，人的言谈需要遵循特定的礼仪，设备通讯同样也需要有协议的约定。而无论是人与人之间的社交礼仪，还是设备间的通讯协议，都必定是建立在信息交互事件的流程框架上的。

打个比方：当我们要和某人交谈时，先得在人群中找到 ta，确认其此时有空才能够开始交流，经过一顿简单的寒暄和握手以后，就可以直接说出要交流的内容了;而如果对方此时正忙，那么就需要等待，或者另行约定时间...;此外，双方交谈时，只有交替轮流发言，才能确保沟通的效率;以及，交流完成后还需要互相致意告别...等等。这，就是一套信息交互的基本流程。

而在这个过程中的每一步，双方具体采用什么样的交流方式，例如：怎样找到对方、双方交谈用哪种语言、以什么样的方式寒暄、如何反馈繁忙状态、忙时是否继续等待、怎样告别结束交谈…等等，这些，就是通讯协议所需要涉及的内容了。

图4 万物互联

在通讯网络上多台设备间的信息交互也需要有一套流程，它不仅取决于双方数据接口的约定，还必须依靠通讯线路中各节点(如：以太网端口、交换机、路由器...等等)在数据接力中的相互配合才能实现，这就需要在网络通讯服务中所涉及的各个层面，对各节点组件的职责以及相互之间的数据交互方式，有一整套极为明确的定义。

这就是所谓的通讯协议组。

图5

就好像邮政快递公司在管理邮件的递送流程时，也需要为各职能部门以及它们之间的协作分工制定明确的规则一样。

具体来说，假设网络中的设备 A 要向设备 B 发送一组数据，那么其通讯流程大致就会是这样的：

i. 用户发送

设备 A 需要先将数据转换成网络系统能够传输的数字信号，按照约定的格式将其打包，并加上目标设备 B 的网络地址和应用类型标识，传送到通讯端口(缓存);

图6

这就好比我们在投递邮件前，需要将写好的信件内容放到信封里，然后按照规定的格式，填上收件人的详细信息(地址、邮编、部门、姓名、主题...等等);

ii. 传输服务

图7

网络系统会根据数据通讯的需求，提供不同类型的传输服务，如：传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)…等等，根据通讯内容的需要，用户可以选择使用不同的数据传输服务;

图8

这就好像我们在寄出邮件的时候，会根据需要(如：重要性和紧急程度...)，选择不同类型的投递服务，如：普通信函、是否需要保价、是否需要回执、是否需要分批发送...等等;

iii. 包裹分拣

图9

（编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网）

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