CN100499553C - 工业以太网精简ip协议的工作过程展现装置及方法 - Google Patents
工业以太网精简ip协议的工作过程展现装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置及方法，涉及一种协议的工作过程展现装置及方法。它能够展现典型的工业以太网精简IP协议的工作过程。它由网络总线、主节点和从节点组成，主节点是用户的主要操作对象，是控制IP协议展现过程的主动方，各种参数的设置都在所述主节点中完成的；从节点用来接收主节点发送的ICMP回显请求，解析ICMP回显请求，构造ICMP回显应答、返回ICMP回显应答。它的方法为：通过键盘在主节点构造含有ICMP回显请求的IP报文，然后发送到网络总线上，从节点接收到所述IP报文后，通过键盘构造含有ICMP回显应答的IP报文，主节点接收到所述报文后，显示报文内容。本发明可以应用到大专院校等教育机构的教学实验系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种协议的工作过程展现装置及方法，具体涉及到工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置及方法。
背景技术：
目前，使用TCP/IP协议栈的以太网技术正在被越来越多地应用于工业现场。而IP(互联网协议)是TCP/IP的核心之一，也是网络层中最重要的协议。传统IP协议最重要的功能是提供了一种统一的格式，并以IP地址作为寻址依据，使来自不同的应用协议的数据能够在Internet上畅通的传输。而在目前采用以太网(包含TCP协议栈)的工业控制网络中，现场设备层的所有节点都工作在一个局域网中，这个网段往往利用交换机或者路由器与管理层网络隔离，一般不直接与Internet进行通信，这就说明应用在这种环境中的IP协议不需要实现路由选择和子网寻址的功能。这样，在这个单独的局域网网络中，有一个统一的MTU(最大传输单元)，节点之间不会发送超过MTU的数据包，也就是说IP的分片和重组功能一般也用不到。另外，运行精简TCP/IP协议栈的底层节点往往都是由单片机作为核心处理器，其资源有限，这需要在满足基本通信畅通的基础上采用最精简的程序设计。
发明内容
本发明的提供了一种典型的工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置及方法，达到将所述IP协议的工作过程直观的展现出来的目的。
工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置由网络总线、主节点和从节点组成，主节点是用户的主要操作对象，是控制IP协议展现过程的主动方，各种参数的设置都在所述主节点中完成的；从节点用来接收主节点发送的ICMP回显请求，解析ICMP回显请求，构造ICMP回显应答、返回ICMP回显应答，所述主节点和从节点的结构相同，均是由微处理器、键盘、以太网控制器、以太网接口电路和显示器组成，键盘的信号输出端和微处理器的信号输入端连接，显示器的信号输入端和所述微处理器的信号输出端连接，所述微处理器的I/O口通过以太网控制器、以太网接口电路与网络总线连接。
所述ICMP是Internet Control Messages Protocol，网间控制报文协议。
工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法的具体过程为：
步骤101：系统初始化；
步骤102：配置主节点的通信参数；
步骤103：配置从节点的通信参数；
步骤104：在主节点上构造载有ICMP回显请求报文的IP报文；
步骤105：主节点发送步骤104构造完成的IP报文到网络总线上；
步骤106：从节点接收到主节点发送的载有ICMP回显请求报文的IP报文后，构造载有ICMP回显应答的IP报文；
步骤107：从节点发送步骤106构造完成的载有ICMP回显应答的IP报文到网络总线上；
步骤108：主节点(1)接收到从节点(2)发送的载有ICMP回显应答的IP报文后，去掉IP报文首部，形成ICMP回显应答报文，并将收到的ICMP回显应答报文通过显示器14显示出来。
本发明通过对PING程序的分步实现，直观地展现了精简IP协议的工作过程和细节，使操作者能够深入掌握精简IP协议在局域网中的运行过程及细节，为开发、应用工业以太网中的精简TCP/IP协议打下坚实的基础。
本发明可以应用到大专院校等教育机构的教学实验系统中。
附图说明
图1是工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置的结构示意图，图2是主节点1和从节点2的结构示意图，图3是工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法的流程图，图4是工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法中显示的待构造的ICMP报文的格式和内容，图5是工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法中显示的待构造的载有ICMP报文的IP报文格式和内容。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置由网络总线20、主节点1和从节点2组成，主节点1是用户的主要操作对象，是控制IP协议展现过程的主动方，各种参数的设置都在所述主节点1中完成的；从节点2用来接收主节点1发送的ICMP回显请求，解析ICMP回显请求，构造ICMP回显应答、返回ICMP回显应答，所述主节点1和所述从节点2的结构相同，均是由微处理器10、键盘13、以太网控制器11、以太网接口电路12、显示器14组成，键盘13的信号输出端和微处理器10的信号输入端连接，显示器14的信号输入端和所述微处理器10的信号输出端连接，所述微处理器10的I/O口通过以太网控制器11、以太网接口电路12与网络总线20连接。
本实施方式中的微处理器10选用C8051系列单片机，以太网控制器11选用RTL8019AS型芯片，显示器14选用液晶显示器。
本实施方式的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法的具体过程为：
步骤101：系统初始化；
步骤102：配置主节点的通信参数；
步骤103：配置从节点的通信参数；
步骤104：在主节点上构造载有ICMP回显请求报文的IP报文；
步骤105：主节点发送步骤104构造完成的IP报文到网络总线上；
步骤106：从节点接收到主节点发送的载有ICMP回显请求报文的IP报文后，构造载有ICMP回显应答的IP报文；
步骤107：从节点发送步骤106构造完成的载有ICMP回显应答的IP报文到网络总线上；
步骤108：主节点(1)接收到从节点(2)发送的载有ICMP回显应答的IP报文后，去掉IP报文首部，形成ICMP回显应答报文，并将收到的ICMP回显应答报文通过显示器14显示出来。
在步骤102中，配置主节点1的通信参数，是在主节点1的显示器14的提示下，通过键盘13设置主节点1的以太网物理地址和IP地址；设置完成后，主节点1进行系统初始化，然后通过显示器14显示设置的以太网物理地址和IP地址。
在步骤103中，配置从节点2的通信参数，是在从节点2的显示器14的提示下，通过键盘13设置从节点2的以太网物理地址和IP地址；设置完成后，从节点2对设置的以太网物理地址和IP地址进行判断，如果与主节点1的地址信息相同，则提示重新设置，如果不相同，从节点2进行系统初始化，然后通过显示器14显示设置完成的以太网物理地址和IP地址。
在步骤104中，在主节点1上构造载有ICMP回显请求报文的IP报文的过程为：
步骤1040：主节点1计算获得要构建的ICMP回显请求报文的信息，然后通过显示器14提示准备构造ICMP回显请求报文；
步骤1041：主节点1的显示器14用图形显示ICMP回显请求的整个报文段，其中用“？”标出需要填写的关键字段，其它信息由主节点1自动填充；
步骤1042：通过主节点1的键盘13逐一选择、填写需要填写的关键字段，然后确认输入内容；
步骤1043：主节点1对比步骤1040获得的ICMP回显请求报文和步骤1042中获得的ICMP回显请求报文，判断构造的ICMP回显请求报文是否正确，如果相同，执行步骤1045；如果不相同，执行步骤1044；
步骤1044：主节点1通过显示器14提示数据输入错误，执行步骤1041；
步骤1045：主节点1将构造完成的ICMP回显请求报文放入IP报文，并计算获得IP报文的信息；
步骤1046：主节点1通过显示器14用图形显示载有构建完成的ICMP回显请求报文的IP报文，其中用“？”表示需要填充的关键字段，其它信息由系统自动填充；
步骤1047：通过主节点1的键盘13逐一选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后，执行步骤1048；
步骤1048：主节点1对比步骤1045中获得的IP报文信息和步骤1047中获得的IP报文信息，判断填写的正确性，如果相同，执行步骤1050；如果不相同，执行步骤1049；
步骤1049：主节点1通过显示器14提示输入错误，执行步骤1046；
步骤1050：主节点1通过显示器14显示构建完成的载有ICMP回显请求报文的IP报文。
在步骤1041中，需要填充的关键字段有：类型、代码和校验和，共三个字段信息。
在步骤1046中，需要填充的关键字段有：版本号、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址、目的IP地址和位填充，共七个字段信息。
在步骤105中，主节点1发送步骤104构造完成的载有ICMP回显请求报文的IP报文到网络总线20上的过程为：通过主节点1的键盘13启动发送，然后主节点1将构造好的IP数据包封装成以太网数据帧，通过以太网控制器11和以太网接口电路12发送到网络总线20中。
在步骤106中，从节点2接收到主节点1发送的载有ICMP回显请求报文的IP报文，以及构造载有ICMP回显应答的IP报文的过程为：
步骤1060：从节点2对收到的IP报文进行IP地址匹配检测，如果地址匹配，则进行IP首部校验和匹配检测，然后去掉IP报头，通过显示器14显示收到的ICMP回显请求报文；
步骤1061：从节点2根据接收到的ICMP回显请求报文计算ICMP回显应答报文的信息；
步骤1062：从节点2通过显示器14显示要构造的ICMP回显应答报文的信息，其中用“？”表示需要填写的字段，其余信息由从节点2自动填写；
步骤1063：通过从节点2的键盘13逐一的选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后进行步骤1064；
步骤1064：从节点2的微处理器10对比步骤1061获得的ICMP回显应答报文信息和步骤1063获得的ICMP回显应答报文信息，如果相同，则填写正确，执行步骤1066，如果不相同，执行步骤1065；
步骤1065：从节点2通过显示器14提示填写错误信息，执行步骤1062；
步骤1066：从节点2将构建完成的ICMP回显应答报文添加IP报头，同时计算获得正确的IP数据包的信息；
步骤1067：从节点2通过显示器14显示添加完ICMP回显应答报文的IP报文，其中用“？”表示需要填充的字段，其它的信息由系统自动填充；
步骤1068：通过从节点2的键盘13逐一选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后，执行步骤1069；
步骤1069：从节点2对比步骤1066获得的IP报文的信息和步骤1068获得的IP报文的信息，如果相同，表示填写正确，执行步骤1071；如果不相同，执行步骤1070；
步骤1070：从节点2通过显示器14提示输入信息错误，执行步骤1067；
步骤1071：显示添加完ICMP回显应答报文的IP报文信息。
在步骤1062中，需要填充的关键字段有；类型、代码和校验和，共三个字段信息。
在步骤1067中，需要填充的关键字段有：版本号、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址、目的IP地址和位填充，共七个字段信息。
在步骤107中，从节点2发送步骤106构造完成的载有ICMP回显应答的IP报文到网络总线20上的过程为：通过从节点2的键盘13启动发送，从节点2将构造完成的IP数据包封装成以太网数据帧，通过以太网控制器11和以太网接口电路12发送到网络总线20上。
在步骤108中，当主节点1收到从节点2发送的载有ICMP回显应答的IP数据包之后，去掉IP报文首部，将收到的ICMP回显应答报文通过显示器14显示出来。
本实施方式的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，操作者根据装置的引导，手动填充工业以太网精简IP协议工作过程中需要设定的各个关键参数，不但能够使操作者了解工业以太网精简IP协议的工作流程，还能使操作者深刻理解精简IP协议工作原理。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置的区别在于，还包括多个从节点2。
本实施方式与具体实施方式一所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法区别在于：
在步骤103中，是对多个从节点2的通信参数进行设置，对后设置的以太网物理地址和IP地址信息与在先设置的所有节点的以太网物理地址和IP地址信息进行比较，当有重复的情况发生的时候，提示重新设置。
在步骤106中，只有地址与是与主节点1发送的IP报文中的目标地址对应的从节点2才能够接收主节点1发送的载有ICMP回显请求的IP报文，并构造载有ICMP回显应答的IP报文。
Claims (9)
1、工业以太网精简IP协议的工作过程展现装置，其特征在于它是包括网络总线(20)、主节点(1)和从节点(2)，主节点(1)是用户的主要操作对象，是控制IP协议展现过程的主动方，各种参数的设置都在所述主节点(1)中完成的；从节点(2)用来接收主节点(1)发送的ICMP回显请求，解析ICMP回显请求，构造ICMP回显应答、返回ICMP回显应答，所述主节点(1)和所述从节点(2)的结构相同，均是由微处理器(10)、键盘(13)、以太网控制器(11)、以太网接口电路(12)、显示器(14)组成，键盘(13)的信号输出端和微处理器(10)的信号输入端连接，显示器(14)的信号输入端和所述微处理器(10)的信号输出端连接，所述微处理器(10)的I/O口通过以太网控制器(11)、以太网接口电路(12)与网络总线(20)连接。
2、工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于它的具体过程为：
步骤101：系统初始化；
步骤102：配置主节点(1)的通信参数；
步骤103：配置从节点(2)的通信参数；
步骤104：在主节点(1)上构造载有ICMP回显请求报文的IP报文；
步骤105：主节点(1)发送步骤104构造完成的IP报文到网络总线(20)上；
步骤106：从节点(2)接收到主节点(1)发送的载有ICMP回显请求报文的IP报文后，构造载有ICMP回显应答的IP报文；
步骤107：从节点(2)发送步骤106构造完成的载有ICMP回显应答的IP报文到网络总线(20)上；
步骤108：主节点(1)接收到从节点(2)发送的载有ICMP回显应答的IP报文后，去掉IP报文首部，形成ICMP回显应答报文，并将收到的ICMP回显应答报文通过显示器14显示出来。
3、根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤102中，配置主节点(1)的通信参数，是在主节点(1)的显示器(14)的提示下，通过键盘(13)设置主节点(1)的以太网物理地址和IP地址；设置完成后，主节点(1)进行系统初始化，然后通过显示器(14)显示设置的以太网物理地址和IP地址；在步骤103中，配置从节点(2)的通信参数，是在从节点(2)的显示器(14)的提示下，通过键盘(13)设置从节点(2)的以太网物理地址和IP地址；设置完成后，从节点(2)对设置的以太网物理地址和IP地址进行判断，如果与主节点(1)的地址信息相同，则提示重新设置，如果不相同，从节点(2)进行系统初始化，然后通过显示器(14)显示设置完成的以太网物理地址和IP地址。
4、根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤104中，在主节点(1)上构造载有ICMP回显请求报文的IP报文的过程为：
步骤1040：主节点(1)计算获得要构建的ICMP回显请求报文的信息，然后通过显示器(14)提示准备构造ICMP回显请求报文；
步骤1041：主节点(1)的显示器(14)用图形显示ICMP回显请求的整个报文段，其中用“？”标出需要填写的关键字段，其它信息由主节点(1)自动填充；
步骤1042：通过主节点(1)的键盘(13)逐一选择、填写需要填写的关键字段，然后确认输入内容；
步骤1043：主节点(1)对比步骤1040获得的ICMP回显请求报文和步骤1042中获得的ICMP回显请求报文，判断构造的ICMP回显请求报文是否正确，如果相同，执行步骤1045；如果不相同，执行步骤1044；
步骤1044：主节点(1)通过显示器(14)提示数据输入错误，执行步骤1041；
步骤1045：主节点(1)将构造完成的ICMP回显请求报文放入IP报文，并计算获得IP报文的信息；
步骤1046：主节点(1)通过显示器(14)用图形显示载有构建完成的ICMP回显请求报文的IP报文，其中用“？”表示需要填充的关键字段，其它信息由系统自动填充；
步骤1047：通过主节点(1)的键盘(13)逐一选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后，执行步骤1048；
步骤1048：主节点(1)对比步骤1045中获得的IP报文信息和步骤1047中获得的IP报文信息，判断填写的正确性，如果相同，执行步骤1050；如果不相同，执行步骤1049；
步骤1049：主节点(1)通过显示器(14)提示输入错误，执行步骤1046；
步骤1050：主节点(1)通过显示器(14)显示构造完成的载有ICMP回显请求报文的IP报文。
5、根据权利要求4所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤1041中，需要填充的关键字段有：类型、代码和校验和，共三个字段信息；在步骤1046中，需要填充的关键字段有：版本号、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址、目的IP地址和位填充，共七个字段信息。
6根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤105中，主节点(1)发送步骤104构造完成的载有ICMP回显请求报文的IP报文到网络总线(20)上的过程为：通过主节点(1)的键盘(13)启动发送，然后主节点(1)将构造好的IP数据包封装成以太网数据帧，通过以太网控制器(11)和以太网接口电路(12)发送到网络总线(20)中。
7、根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤106中，从节点(2)接收到主节点(1)发送的载有ICMP回显请求报文的IP报文，以及构造载有ICMP回显应答的IP报文的过程为：
步骤1060：从节点(2)对收到的IP报文进行IP地址匹配检测，如果地址匹配，则进行IP首部校验和匹配检测，然后去掉IP报头，通过显示器(14)显示收到的ICMP回显请求报文；
步骤1061：从节点(2)根据接收到的ICMP回显请求报文计算ICMP回显应答报文的信息；
步骤1062：从节点(2)通过显示器(14)显示要构造的ICMP回显应答报文的信息，其中用“？”表示需要填写的字段，其余信息有从节点(2)自动填写；
步骤1063：通过从节点(2)的键盘(13)逐一的选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后进行步骤1064；
步骤1064：从节点(2)的微处理器(10)对比步骤1061获得的ICMP回显应答报文信息和步骤1063获得的ICMP回显应答报文信息，如果相同，则填写正确，执行步骤1066，如果不相同，执行步骤1065；
步骤1065：从节点(2)通过显示器(14)提示填写错误信息，执行步骤1062；
步骤1066：从节点(2)将构建完成的ICMP回显应答报文添加IP报头，同时计算获得正确的IP数据包的信息；
步骤1067：从节点(2)通过显示器(14)显示添加完ICMP回显应答报文的IP报文，其中用“？”表示需要填充的字段，其它的信息由系统自动填充；
步骤1068：通过从节点(2)的键盘(13)逐一选择、填写需要填写的字段，全部填写完成后，执行步骤1069；
步骤1069：从节点(2)对比步骤1066获得的IP报文的信息和步骤1068获得的IP报文的信息，如果相同，表示填写正确，执行步骤1071；如果不相同，执行步骤1070；
步骤1070：从节点(2)通过显示器(14)提示输入信息错误，执行步骤1067；
步骤1071：显示添加完ICMP回显应答报文的IP报文信息。
8、根据权利要求7所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤1062中，需要填充的关键字段有；类型、代码和校验和，共三个字段信息；在步骤1067中，需要填充的关键字段有：版本号、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址、目的IP地址和位填充，共七个字段信息。
9、根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤107中，从节点(2)发送步骤106构造完成的载有ICMP回显应答的IP报文到网络总线(20)上的过程为：通过从节点(2)的键盘(13)启动发送，从节点(2)将构造完成的IP数据包封装成以太网数据帧，通过以太网控制器(11)和以太网接口电路(12)发送到网络总线(20)上。
10、根据权利要求2所述的工业以太网精简IP协议的工作过程展现方法，其特征在于，在步骤108中，当主节点(1)收到从节点(2)发送的载有ICMP回显应答的IP数据包之后，去掉IP报文首部，将收到的ICMP回显应答报文通过显示器(14)显示出来。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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