在上一期的文章【TSN系列連載1|你媽喊你回家吃飯，你的反應(yīng)是？】中，我們簡單了解了TSN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，也知道了TSN的“前身”，即，2006年，IEEE802.1工作組成立AVB音頻視頻橋接任務(wù)組，2012年才正式更名為TSN。

從最早應(yīng)用于音視頻流的傳送，直到近年隨著工業(yè)4.0的不斷發(fā)展，它開始被工控人所熟知。那么，TSN是如何開始與工控自動(dòng)化領(lǐng)域有所交集和被關(guān)注的呢？他們相互的關(guān)聯(lián)又是什么？

這一期，我們就來聊聊從以太網(wǎng)到TSN的技術(shù)變革。

以太網(wǎng)是上個(gè)世紀(jì)80年代開始走入辦公領(lǐng)域的，當(dāng)時(shí)的以太網(wǎng)因其具備大容量、高速率等特點(diǎn)，在所有協(xié)議中脫穎而出大放異彩。

以太網(wǎng)最顯著的特點(diǎn)就是使用了CSMA/CD協(xié)議來進(jìn)行介質(zhì)訪問控制，在早期通常使用雙絞線的以太網(wǎng)中，由于介質(zhì)（在雙絞線網(wǎng)絡(luò)中就是網(wǎng)線）是共享的，連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)勢必會(huì)出現(xiàn)沖突，這時(shí)，我們就必須要規(guī)定一種方式，來防止這種數(shù)據(jù)沖突，而這種方法就是CSMA/CD。

如果要了解以太網(wǎng)和TSN之間的關(guān)系，那么了解以上提到的這個(gè)CSMA/CD就是一個(gè)關(guān)鍵。

CSMA/CD中文叫做帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問技術(shù)，它是規(guī)定多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享一個(gè)通道的協(xié)議，用一句話概括就是——先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，不發(fā)不聽。

簡單來說，就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道，如果空閑就發(fā)送，如果繁忙就等待；在發(fā)送后繼續(xù)監(jiān)聽信道，如果在傳送過程中發(fā)生沖突，也會(huì)繼續(xù)等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間重新發(fā)送。

形象一點(diǎn)來說，就好像一群人在一間黑屋子里開會(huì)，沒有主持人，但是每個(gè)人都能隨時(shí)發(fā)言，便是你并不知道別人會(huì)不會(huì)發(fā)言、可能什么時(shí)候發(fā)言。這時(shí)候如果有人想發(fā)言，他就會(huì)先聽聽屋子里是不是有人說話，如果沒人說話他就直接發(fā)言。

但是如果恰好在他發(fā)言的同時(shí)，也有人說話了，這時(shí)候，他就大吼一聲，告訴所有人，發(fā)言發(fā)生沖突了，然后所有要發(fā)言的人就停止說話，各自安靜的等待一段時(shí)間后再次發(fā)言。

當(dāng)每個(gè)人等待的時(shí)間都不相等時(shí)，發(fā)言才能成功，同時(shí)，我們給每個(gè)嘗試發(fā)言的人都規(guī)定了嘗試的次數(shù)是16次，如果他每次嘗試發(fā)言都和他人發(fā)生了沖突，且達(dá)到了上限16次，則他本次發(fā)言即宣告失敗。

有些小伙伴可能被繞暈了（壞笑）。莫急，我們技術(shù)小哥哥利用計(jì)算機(jī)語言技術(shù)，畫了下面這個(gè)更適合技術(shù)宅的流程圖來表達(dá)。

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在大致了解了CSMA/CD和以太網(wǎng)之后，我相信讀者們一定已經(jīng)從這里面看出點(diǎn)門道來了，這個(gè)CSMA/CD在執(zhí)行的時(shí)候由于要避免沖突，會(huì)給數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)帶來非常多的“不確定性”。

日常我們發(fā)個(gè)郵件，微信聊個(gè)天，看看小視頻，這點(diǎn)比毫秒級(jí)別還小的延時(shí)可能沒什么影響，但是要用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，那可能就有點(diǎn)問題了。如果控制器發(fā)出了指令，依次開啟A、B、C三個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)間間隔1毫秒，但是，但是，由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，極有可能C先收到了信號(hào)，這樣，開關(guān)就不能按照預(yù)定的計(jì)劃依次開啟了，我們的控制就出問題了。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)也由之前的共享式半雙工技術(shù)發(fā)展到了交換式全雙工技術(shù)。

在交換式全雙工以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)被交換機(jī)分割成了各自獨(dú)立的沖突域，節(jié)點(diǎn)之間（交換機(jī)與交換機(jī)之間，交換機(jī)與設(shè)備之間）發(fā)送和接受的傳輸線路也被完全分開，數(shù)據(jù)通過交換機(jī)緩存并轉(zhuǎn)發(fā)，這樣，發(fā)生沖突的問題就基本得到解決了。

這就好比以前我們在一條窄路上運(yùn)送物資，來來往往的所有人都要在這條窄路上走，大家難免會(huì)發(fā)生碰撞。于是，我們只能規(guī)定這條路在有人走的時(shí)候只能單向通行，這樣的話，沖突就避免了，但是如此一來，道路的使用率卻大幅度下降。

現(xiàn)在我們有了交換式全雙工以太網(wǎng)，相當(dāng)于我們把道路拓寬了，把之前的單車道變成了雙向二車道，這樣來往的人流就不會(huì)碰撞了。同時(shí)，我們還在道路上的每個(gè)路口都設(shè)置了一個(gè)驛站，所有人只要把貨物都送到驛站，然后再由驛站集中把貨物送出去。送貨的方式由之前每個(gè)人親自上路去送，變成了快遞公司提供送貨服務(wù)的方式，大大降低了道路上來來往往的人流，也大大提高了貨物的運(yùn)送效率。

這種方法極有效的解決了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和延時(shí)。然而，在某些特殊條件下，它也引入了新的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，也就是當(dāng)交換機(jī)連接了大量設(shè)備，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)太快、太多的時(shí)候，交換機(jī)的緩存會(huì)溢出。這時(shí)，交換機(jī)會(huì)進(jìn)行流量控制，發(fā)出PAUSE幀，要求設(shè)備停止發(fā)送數(shù)據(jù)，待延時(shí)結(jié)束后再繼續(xù)發(fā)送。

這就有點(diǎn)類似于雙十一時(shí)快遞爆倉，快遞公司可能會(huì)暫緩接單甚至停止接單，我們發(fā)送和接收快遞的時(shí)效性也都會(huì)大打折扣。因此，在交換式全雙工網(wǎng)絡(luò)中，依然存在很難解決的時(shí)效性問題。

為了解決我們之前所提到的各種網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題，網(wǎng)絡(luò)工程師們提出了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)概念，那就是TSN——時(shí)效性網(wǎng)絡(luò)或者叫時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行流量整形，在解決傳統(tǒng)以太網(wǎng)時(shí)效性的基礎(chǔ)上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，同時(shí)還大大提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)睦寐省?/p>

而CC-LinkIETSN則是有效利用了TSN網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)，通過采用時(shí)間分割的方式使不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混合傳送，即使有非實(shí)時(shí)性信息通信混合傳輸，也可保證控制通信的實(shí)時(shí)性。

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各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以合并在同一網(wǎng)絡(luò)中

好啦，這一期TSN系列連載就到這，小伙伴們有想啥疑問，可以給我們留言。下一期，我們將會(huì)詳細(xì)介紹TSN的時(shí)間分割技術(shù)，同時(shí)技術(shù)小哥哥們也將帶大家進(jìn)一步了解CC-LinkIETSN網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)先技術(shù)。