工业互联网网络与通信技术项目化教程

1.本书是《物联网学报》编委会针对校企合作的精心力作。
2.本书凝结了曙光瑞翼多年的产学研经验，能够满足校企融合教学的需求。
3.本书旨在介绍工业物联网网络与通信技术的基础知识，为即将从事工业互联网相关工作的读者奠定基础。
4.本书采用大量的典型应用，让读者在生活常见的应用中理解网络和通信技术在工业互联网中的应用。

本书从工业互联网网络与通信技术的应用实践出发，寓教于实操，详细阐述工业互联网领域中网络与通信的基础原理与典型应用。
本书包括10个项目，分别是工业互联网络基础、工业物联网基础、设备通信、现场总线概述、现场总线技术、工业以太网通信技术、工业以太网网络技术、工业网关、工业互联网网络安全、工业互联网网络运维与故障分析。本书部分实验以行业主流应用的西门子博途全集成自动化软件为基础环境，紧跟行业需求和发展现状，以业内的最佳实践来设计和开展相关实验，力求培养读者扎实的理论基础和动手能力。本书内容丰富，实验内容系统全面，理论联系实际，便于初学者快速入门。
本书可作为工业互联网从业者的参考书，也可作为工业互联网相关课程的教材。

许桂秋，北京中科特瑞科技有限公司运营总监
主要研究方向为专注于大数据、人工智能技术领域的产教融合研究，负责机器学习、计算机视觉、人工智能导论、深度学习原理与TensorFlow实践、样本数据处理、自然语言处理授课任务。已出版专著：《大数据导论》、《Python编程基础与应用》、《NoSQL数据库原理与应用》、《数据挖掘与机器学习》等9本系列教材。

项目一 工业互联网络基础 4
1.1 项目要求 4
1.2 学习目标 4
1.3 相关知识 4
1.3.1 工业互联网概述 4
1.3.2 ISO-OSI网络体系参考模型 6
1.3.3 TCP/IP四层网络参考模型 16
1.3.4 工业互联网网络体系 18
1.5 实践步骤 23
1.6 习题与解答 32
项目二 工业物联网基础 33
2.1 项目要求 33
2.2 学习目标 33
2.3 相关知识 33
2.3.1 物联网概述 33
2.3.2 物感知层技术 37
2.3.3 通信传输层技术 49
2.3.4 应用服务技术 67
2.5 实验步骤 71
2.6 习题与解答 74
项目三 设备通信 75
3.1 项目要求 75
3.2 学习目标 75
3.3 相关知识 75
3.3.1 串行通信总线UART介绍 75
3.3.2 典型串行通信接口 81
3.3.3 串口调试工具 90
3.4. 实验步骤 91
3.4.1 实验目的 91
3.4.2 实验设备 91
3.4.3 RS-232串口自发自收测试 92
3.4.4 两台计算机之间的RS-232串口通信测试 97
3.5 习题与解答 103
项目四 现场总线 104
4.1 项目要求 104
4.2 学习目标 104
4.3 相关知识 104
4.3.1 现场总线技术概述 104
4.3.2 CAN总线基础 106
4.3.3 CAN物理层 108
4.3.4 CAN协议层 122
4.3.5 CAN FD简介 129
4.4 实验步骤 130
4.4.1 ISCim模拟器 130
4.4.2 创建虚拟CAN接口 130
4.4.3 使用can-utils测试CAN通信 131
4.4.4 查看CAN信息 132
4.4.5 发送CAN信息 132
4.4.6 ISCim模拟器使用 133
4.4.7 启动仪表盘模拟器 133
4.4.8 启动仪表盘控制器 134
4.4.9 仪表盘控制器功能键 134
4.4.10 车辆控制 135
4.4.11 抓取CAN报文 135
4.4.12 重放CAN报文 136
4.5 习题与解答 136
项目五 现场总线技术（二） 137
5.1 项目要求 137
5.2 学习目标 137
5.3 相关知识 137
5.3.1 工业通信技术概述 137
5.3.2 Modbus通信协议 139
5.4 实验步骤 152
5.4.1 实验条件需求 152
5.4.2 仿真软件的安装 152
5.4.3 组建Modbus网络通信 155
5.5 习题与解答 165
项目六 工业以太网（一） 166
6.1 项目要求 166
6.2 学习目标 166
6.3 相关知识 166
6.3.1 工业以太网 166
6.3.2 工业以太网通信架构与组建 167
6.4 实验步骤 171
6.4.1 PLC作为IO设备 173
6.4.2 其它IO设备 178
6.4.3 导入IO设备 179
6.5 习题与解答 180
项目七 工业以太网 （二） 181
7.1 项目要求 181
7.2 学习目标 181
7.3 相关知识 181
7.3.1 工业互联网关概述 181
7.3.2 工业网关架构体系 183
7.3.3 工业互联网路由体系 195
7.5 实践步骤 197
7.6 习题与解答 200
项目八 工业网关 201
8.1 项目要求 201
8.2 学习目标 201
8.3 相关知识 201
8.3.1 工业网关概述 201
8.3.2 工业网关的功能 202
8.4 实验步骤 203
8.4.1 RTU连接电脑进行配置 203
8.4.2 RTU连接Wi-Fi 207
8.4.3 设置MQTT协议 211
8.5 习题与解答 217
项目九 工业互联网网络安全 219
9.1 项目要求 219
9.2 学习目标 219
9.3 相关知识 219
9.3.1 网络安全概述 219
9.3.2 工业互联网网络安全 230
9.4 实验步骤 240
9.4.1 网络安全管理配置实验-端口访问控制 240
9.4.2 网络安全管理配置实验-IP访问控制 245
9.4.3 网络安全管理配置实验-阻止特定程序访问网络 248
9.5 习题与解答 251
项目十 工业互联网网络运维与故障分析 253
10.1 项目要求 253
10.2 学习目标 253
10.3 相关知识 253
10.3.1 网络故障分析方法 253
10.3.2 常见网络故障原因分析 254
10.3.3 故障检测方法 256
10.4 实验步骤 257
10.4.1 实验器材 257
10.4.2 实验接线图 261
10.4.3 工业网关ip设置错误 266
10.4.4 iptables设置排查异常 271
10.5 习题与解答 274