IP是面向报文的协议,它独立处理每个报文包,每个报文包必须含有完整的寻址信息。IP报文包的格式如图2所示。

IP地址的类型共有4种(如图3所示):A类用于处理超大型网络,最多16387064个主机(1~126);B类网络最多可有64516个主机(网络地址的第一段为128~191);C类用于小型网络,最多可有254个主机(网络地址的第一段为192~223);D类用于多点播送,用于多目的信息的传输。全零(“0.0.0.0”)地址对应于当前主机,全1地址(“255.255.255.255”)是当前子网的广播地址。

3. Transmission Control Protocol (TCP)
TCP是基于传输层的协议(如图4所示),协议文件可从RFC793得到,使用广泛,面向连接的可靠协议。它能把报文分解为数段,在目的站再重新装配这些段,支持重新发送未被收到的段,提供两台设备间的全双工连接,允许它们高效地交换大量数据。TCP使用滑动窗口协议来高效使用网络。由于TCP很少干预底层投递系统的工作,它适应各种投递系统;且提供流量控制,能使各种不同速率的系统进行通信。报文段是TCP所使用的基本传输单元,用于传输数据或控制信息。

4. TCP端口
TCP是使用端口(Socket)号把信息传到上层,为用户提供不同服务,端口号跟踪同一时间内通过网络的不同会话。RFC1700中定义了众所周知的特殊端口号,常用端口如表2所列。其中502端口是自动化公司唯一所拥有的端口号码。

5. 协议(Protocal)的功能
组建网络时,必须选择一种网络通信协议,使得用户之间能相互进行“交流”。协议是网络设备用来通信的一套规则,可理解为一种彼此都能听懂的公用语言。如在网络层使用IP协议,在传输层使用TCP协议,就构成了目前常用的TCP/IP协议,现在几乎所有厂商和操作系统都支持它。同时,TCP/IP也是Internet的基础协议。
如在(如图5所示),就构成了完整工业以太网应用。

四 开放和标准的Modbus TCP
Modbus是开放协议,IANA(Internet Assigned Numbers Authority, 互联网编号分配管理机构)给Modbus协议赋予TCP端口502,Modbus协议可免费从www.Modbus.org得到。
Modbus是标准协议,它已提交给IETF(Internet Engineering Task Force, 互联网工程任务部),将成为Internet标准。因自1978年,工业自动化行业已安装了百万计串口Modbus设备和十万计Modbus TCP/IP设备,拥有超过300个Modbus兼容设备厂商,还有90%的第三厂家I/O支持Modbus TCP/IP,所以是使用广泛的事实标准。Modbus的普及得益于使用门坎很低,无论用串口还是用以太网,硬件成本低廉,Modbus和Modbus TCP都可以免费得到,不需交任何费用,且在网上有很多免费资源,如C/C++、JAVA样板程序、ActiveX控件、各种测试工具等,所以用户使用很方便。另外,几乎可找到任何现场总线到Modbus TCP的网点,方便用户实现各种网络之间的互联。
1. Modbus TCP/IP
如果使用TCP/IP以太网的5层:
第一层:物理层,提供设备的物理接口,与市售的介质/网络适配器相兼容;
第二层:数据链路层,格式化信号到源/目的硬件地址的数据帧;
第三层:网络层,实现带有32位IP地址的IP报文包;