网关是将两个使用不同传输协议的网络段连接在一起的设备，网关一般用作网络的入口和出口点，因为所有数据必须在路由之前通过或与网关通信。在大多数基于IP的网络中，唯一不通过至少一个网关的流量是在同一局域网（LAN）段上的节点之间流动的流量。
在个人或企业场景中使用网关的主要优点是将互联网连接简化为一个设备。在企业中，网关节点还可以充当代理服务器和防火墙。
网关如何工作
所有网络都有一个边界，限制与直接连接到它的设备的通信。因此，如果网络想要与该边界之外的设备，节点或网络通信，则它们需要网关的功能。网关通常被表征为路由器和调制解调器的组合。
网关在网络边缘实现，并管理从该网络内部或外部定向的所有数据。当一个网络想要与另一个网络通信时，数据包将传递到网关，然后通过最有效的路径路由到目的地。除路由数据外，网关还将存储有关主机网络内部路径的信息以及遇到的任何其他网络的路径。
网关基本上是协议转换器，促进两个协议之间的兼容性，并在开放系统互连（OSI）模型的任何层上 *** 作。
网关的一个用途是在物联网环境和云之间创建通信链路。
网关类型
网关可以采用多种形式并执行各种任务。这方面的例子包括：
Web应用程序防火墙： 此类型过滤来自Web服务器的流量并查看应用程序层数据。
云存储网关：此类型使用各种云存储服务API调用转换存储请求。它允许组织将存储从私有云集成到应用程序中，而无需迁移到公共云。
API、OA或 XML 网关： 此类型管理流入和流出服务，面向微服务的体系结构或基于XML的Web服务的流量。
物联网网关： 此类型聚合来自物联网环境中设备的传感器数据，在传感器协议之间进行转换，并在向前发送之前处理传感器数据。
媒体网关 ： 此类型将数据从一种网络所需的格式转换为另一种网络所需的格式。
电子邮件安全网关：此类型可防止传输违反公司政策或将以恶意目的传输信息的电子邮件。
VoIP中继网关 ：这种类型便于使用普通老式电话服务设备，如固定电话和传真机，以及IP语音（VoIP）网络。
此外，服务提供商可以开发网关，供客户使用。
网关和路由器的相似之处在于它们都可用于调节两个或多个独立网络之间的流量。但是，路由器用于连接两个相似类型的网络，网关用于连接两个不同的网络。由于这种逻辑，路由器可能被视为网关，但网关并不总是被视为路由器。路由器是最常用的网关，用于将家庭或企业网络连接到互联网。
局域网有多种类型,如果按照网络转接方式不同,可分为 共享式局域网 和 交换式局域网 两种。共享式局域网是指 所有结点共享一条公共通信传输介质的局域网 技术。共享介质局域网可分为 以太网、令牌总线、令牌环、光纤分布式数据接口FDDI以及在此基础上发展起来的高速以太网和FDDIⅡ等 。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，同有线局域网一样，可采用共享方式。
交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元为数据交换单位，以以太网交换机（Ethernet Switch）为核心的交换式局域网技术。交换式局域网可分为 交换以太网、ATM网以及在此基础上发展起来的虚拟局域网 ，由于ATM网组网费用高，近年来已很少用ATM技术组建局域网，更多的是交换以太网。
局域网参考模型---IEEE802参考模型是由美国国际电气和电子工程师协会802委员会制定的， 该模型对应OSI参考模型的最低两层，即物理层和数据链路层。
同学们可能会奇怪IEEE802参考模型为什么只对应OSI参考模型的最低两层呢？ 这是因为局域网的拓扑结构比较简单，一般为总线型、环型、星型和树型，2个接点间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，因此该模型不需要考虑网络层。至于其他高层的应用往往与具体的实现有关，通常包括在网络 *** 作系统中，因此该模型对其余高层也没有相应的描述。
从图中我们可以看到，IEEE802参考模型的最底层对应于OSI参考模型的物理层，它的主要功能是负责信号的编码与解码、前导的生成与去除以及比特的传输和接收。
局域网种类繁多，使用的传输介质各种各样，接入方法不一，因此IEEE802参考模型将数据链路层分为 媒体访问控制MAC和逻辑链路控制LLC两层 。
逻辑链路控制LLC子层与传输介质无关，对于各种不同类型的局域网都是适合的，它完成通信链路的建立、维护和释放，为高层协议与MAC层之间提供统一的接口，进行帧发送、接收及流量控制等工作。
媒体访问控制MAC子层则与传输介质有关，它和网络的拓扑结构、传输介质的类型有直接关系，负责完成介质访问控制，进行合理的信道分配，实现局域网多个设备共享单一信道资源 , 以及数据帧的组装和拆装、MAC地址识别及差错检测。
IEEE802参考模型包含了一系列的标准：从 I EEE8021 ～ I EEE80222 ，提出了众多的局域网，经过多年的使用、淘汰，现在最重要的幸存者就只剩下 8023 以太网、 80211 无线局域网（ wiFI ）、 80215 个域网（蓝牙）、 80216 无线城域网了。
以太网的故事始于1976年，是由麻省理工学院的学生bob metcalfe与他的同事设计并实现的，它们利用一个长的粗同轴电缆连接着所有的计算机，其结构如图中我们所看到的那样，他们用Ethernet“以太网”命名了这个系统。
经典以太网是10M以太网， 使用四种传输媒体----粗缆、细缆、双绞线、光纤， 分别是10base-5粗缆以太网、10base-2细缆以太网、10base-T双绞线以太网和10base-F光纤，直接通过电缆线将计算机连接在一起，之所以用电缆线，是 因为在那个时代普遍认为“有源器件不可靠，无源的电缆线才是最可靠的”。
经典以太网都有电缆的最大长度限制，这个范围内的信号可以正常传播，超过这个范围信号将无法传播。为了允许建设更大的网络，可以用中继器/集线器把多条电缆连接起来。在这些电缆上，信息的发送使用曼彻斯特编码。以太网可以包含多个电缆段和多个集线器，但是不允许任意两个收发端之间的距离超过25千米，并且在任意两个收发端之间经过的集线器不能超过4个。
经典以太网使用带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD协议来控制网络的使用，这个协议有3个基本要点：
（1）多点接入：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，采用总线型拓扑结构，物理拓扑结构可以是星形的。
（2） 载波监听
当一个站有数据有发送时，它首先侦听信道，确定当时是否有其他站正在传输数据。如果信道空闲，它就发送数据；如果信道忙，该站等待直到信道变成空闲，再发送帧。
（3） 碰撞检测
也就是边发送边监听。如果发生冲突，该站等待一段随机的时间，然后再从头开始上述过程。
这三点总结起来就是四句话——先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。
随着交换机应用的广泛和高带宽的需求，诞生了IEEE8023U快速以太网。快速以太网100BASE-T是传送100Mb/s基带信号的星型以太网。用户只要更换一个网卡，再配上一个100Mb/s的交换机就可以方便地由10Base-T升级到100BASE-T，并不需要改变网络的拓扑结构。
100base-t4：使用4对3类UTP双绞线，其中三对传送数据，第四对用于检测碰撞，不支持全双工方式。
100base-tx：使用两对5类UTP双绞线全双工传输，一对用于发送信号到交换机，一对用于接收交换机发来的信号，站点与集线器/交换机之间的最大距离为100米，且站点----集线器----站点之间的距离不超过200米；
100base-fx，当采用多模光纤，且站点与站点直接相连时，半双工状态间距不超过412米，全双工状态下间距不超过2000米；当采用单模光纤，全双工状态下，最大传输距离可达10000米；
快速以太网标准的墨迹未干，802委员会就开始制定一项更快的快速以太网，称为千兆以太网。 千兆以太网允许在1Gb/s速率下全双工和半双工两种方式 工作： 在半双工方式下使用CSMA/CD协议，全双工方式下不需要 。能够与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容，有很好的网络延展能力，易升级，易管理，目前已成为一种成熟的园区局域网主干网组网技术。
同样，根据所使用电缆的不同，千兆以太网也分为两种，一种是基于光纤通道的千兆以太网1000base-x，另一种是基于双绞线的1000base-t。
1000BASE-SX——SX表示短波长（使用850nm 激光器），使用纤芯直径为625μm微米和50μm微米的多模光纤时，传输距离分别为275m和550m。
1000BASE-LX——LX表示长波长（使用1300nm 激光器），使用纤芯直径为625μm和50μm的多模光纤时，传输距离为550m。使用纤芯直径为10μm的单模光纤时，传输距离为5km。
1000BASE-CX——CX表示铜线，使用2对屏蔽双绞线，传输距离为25m。
1000BASE-T——使用4对5类UTP双绞线全双工工作，传送距离100m。
1999底802委员会进行万兆以太网技术（10Gbps）的研究，并于2002年正式发布了光纤标准，2004年发布了屏蔽铜电缆标准，紧接着2006年发布了铜双绞线标准。
万兆以太网使用光纤作为传输介质，使用单模光纤传输距离超过40km，多模光纤为 65~300m。
万兆以太网采用全双工方式，不采用CSMA/CD机制，摆脱了CSMA/CD的距离限制，现在正致力于研究“电信级以太网”，对40 Gbps和100 Gbps进行标准化工作。
以太网已经发展了30多年，在发展过程中还没有出现过真正有实力的竞争者，其原因在于它的简单可靠、易于维护的特性，这也是网络世界中的一个经典名言——“保持简单，否则就傻！”
其实令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。也就是说，如果某个站有等待传输的帧队列，当它接收到令牌时就可以发送帧，然后再把令牌传递到下一站；而如果它没有排队的帧要传送，则它只需简单地把令牌传递下去。同学们需要注意的是，发送结点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，这就保证了环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。
20世纪90年代，一种高于当时的 以太网 （10Mbps）和 令牌网 （4或16Mbps）令牌环网——光纤分布式数据接口FDDI出现了。FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递的方式，但它与标准的令牌环又有所不同。
从FDDI的组成结构图中我们可以看到，它使用双环结构，它的网络信息流由类似的两条流组成，两条流以相反的方向绕着两个互逆环流动。其中一个环叫“主环”，逆时钟发送，另一个环叫“副环”，顺时钟发送。一般情况下，网络数据信号通常只在主环上流动。如果环失败，令牌网会自动重新配置网络，数据可以沿反方向流到副环上去。这种双环结构的优点之一是冗余，一个环用于传送，另一个环用于备份，也就是说，如果出现问题，其中主环断路，副环代替。
无线局域网可分为两大类：第一类是有固定基础设施的，第二类则是无固定基础设施的。
所谓“固定基础设施”是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。大家经常使用的蜂窝移动电话就是利用电信公司预先建立的、覆盖全国的大量固定基站来接通用户手机拨打的电话。
对于第一类有固定基础设施的无线局域网，1997年IEEE制定出无线局域网的协议标准80211系列标准，其网络的使用有两种——自组织和有架构模式。
(1) 自组织模式
这种模式下的网络由一组相互关联的计算机组成，他们相互之间可以直接向对方发送数据，进行点对点，或点对多点之间的通信。
无线个人区域网WPAN
无线个人局域网WPAN就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备，比如我们的便携式电脑、平板电脑、便携式打印机以及蜂窝电话等等，用无线技术连接起来的 自组织网络 ，不需要使用接入点AP，整个网络的范围大约在10m左右。WPAN可以是一个人使用，也可以若干人共同使用。这些电子设备可以很方便地进行通信，就像用普通电缆连接一样。现在最常见的无线个人区域网的例子就是我们平时所使用的蓝牙系统。
（1）蓝牙系统
最早使用WPAN的就是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是IEEE802151，传输速率为720kb/s，距离范围为10米，运行在 2．4GHz 频带上 。
蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线通讯连接技术。这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一个9×9 mm的微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中。同时，它很容易穿透障碍物，实现全方位的数据传输。如果设备是属于那种活动范围比较广、要求和多种设备迅速互联，如笔记本电脑、数字无绳电话、个人数字助理、手机等，采用蓝牙或无线个人局域网是十分理想的。
（2） ZigBee
与蓝牙相类似，ZigBee是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用，是一种物联网无线数据终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。ZigBee，这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式。蜜蜂通过跳Z形的舞蹈，来通知其伙伴所发现的新食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee是基于IEEE802154标准的低功耗局域网 协议 ，其主要特点是通信距离短，通常为10到80米，传输数据速率低2~250kb/s，并且成本廉价。
（3）高速WPAN
高速WPAN的标准是IEEE802153，是专为在便携式多媒体装置之间传送数据而定制的，支持11到55Mb/s的数据率。这在个人使用的数码设备日益增多的情况下特别方便。例如，使用高速WPAN可以不用连接线就能把PC机和在同一间屋子里的打印机、扫描仪、外接硬盘以及其他电子设备连接起来。别人使用数码摄像机拍摄的视频，可以不用连接线就复制到你的数码摄像机的存储卡上；在会议厅里的便携式电脑可以不用连接线就通过投影仪把制作好的幻灯片投影到大屏幕上，十分的方便快捷。
（2）有架构模式
图中所示的这种模式的网络使用星型拓扑结构，每个客户端与一个中心接入点AP相连，该中心接入点AP（无线访问接入点(WirelessAccessPoint)）又可以与其他网络相连接，如图所示通过中心接入点和一个有线网络相连接后，通过路由器连入因特网。
通过中心AP所形成的局域网就是我们平时所说的wifi ， 在MAC层使用CSMA/CA多点接入载波监听/碰撞避免协议（与经典以太网中使用的CSMA/CD不同） 。现在，WIFI几乎成为了无线局域网WLAN的同义词。
现在许多地方，如办公室、机场、快餐店、旅馆、购物中心等都能够向公众提供有偿或无偿接入WIFI的服务， 这样的地点就叫做热点 ，也就是公众无线入网点。由许多热点和接入点AP连接起来的区域叫做热区。
网关是将两个使用不同传输协议的网络段连接在一起的设备，网关一般用作网络的入口和出口点，因为所有数据必须在路由之前通过或与网关通信。在大多数基于IP的网络中，唯一不通过至少一个网关的流量是在同一局域网（LAN）段上的节点之间流动的流量。
在个人或企业场景中使用网关的主要优点是将互联网连接简化为一个设备。在企业中，网关节点还可以充当代理服务器和防火墙。
网关如何工作
所有网络都有一个边界，限制与直接连接到它的设备的通信。因此，如果网络想要与该边界之外的设备，节点或网络通信，则它们需要网关的功能。网关通常被表征为路由器和调制解调器的组合。
网关在网络边缘实现，并管理从该网络内部或外部定向的所有数据。当一个网络想要与另一个网络通信时，数据包将传递到网关，然后通过最有效的路径路由到目的地。除路由数据外，网关还将存储有关主机网络内部路径的信息以及遇到的任何其他网络的路径。
网关基本上是协议转换器，促进两个协议之间的兼容性，并在开放系统互连（OSI）模型的任何层上 *** 作。
网关的一个用途是在物联网环境和云之间创建通信链路。
网关类型
网关可以采用多种形式并执行各种任务。这方面的例子包括：
Web应用程序防火墙： 此类型过滤来自Web服务器的流量并查看应用程序层数据。
云存储网关：此类型使用各种云存储服务API调用转换存储请求。它允许组织将存储从私有云集成到应用程序中，而无需迁移到公共云。
API、OA或 XML 网关： 此类型管理流入和流出服务，面向微服务的体系结构或基于XML的Web服务的流量。
物联网网关： 此类型聚合来自物联网环境中设备的传感器数据，在传感器协议之间进行转换，并在向前发送之前处理传感器数据。
媒体网关 ： 此类型将数据从一种网络所需的格式转换为另一种网络所需的格式。
电子邮件安全网关：此类型可防止传输违反公司政策或将以恶意目的传输信息的电子邮件。
VoIP中继网关 ：这种类型便于使用普通老式电话服务设备，如固定电话和传真机，以及IP语音（VoIP）网络。
此外，服务提供商可以开发网关，供客户使用。
网关和路由器的相似之处在于它们都可用于调节两个或多个独立网络之间的流量。但是，路由器用于连接两个相似类型的网络，网关用于连接两个不同的网络。由于这种逻辑，路由器可能被视为网关，但网关并不总是被视为路由器。路由器是最常用的网关，用于将家庭或企业网络连接到互联网。
NHR系列智能显示控制仪表RS-485通信中应用
01摘要
NHR系列智能显示控制仪表是经过多年开发制造经验而设计生产，集诸多全新功能于一身的新一代智能显示控制仪表。针对现场温度、压力、液位、速度、流量等各种信号进行采集、显示、控制、远传、通讯、打印等处理，构成数字采集系统及控制系统，广泛运用于电力、石化、冶金、轻工、制药、航空等诸多领域。产品的EMC设计符合GB/T176262-11相关规定，同时产品取得了CE认证。
02产品的市场背景
在自动化控制领域，随着分布式控制系统的发展，在产业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的。目前，用于串行通讯的接口标准包括：RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准，广泛应用在短间隔、较低波特率串行通讯中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的进步。RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI (open system interconnection，开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网轻易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。下面是关于虹润NHR 系列智能显示控制仪表在RS-485通信中的应用。
03产品的技术原理
1、系统技术方案
工业场合中,经常要用一些仪表去控制如温度、液位、流量等。在某些场合,需要1台控制器灵活地控制多台仪表,以达到设计控制目的。
本文利用标准的MODBUS RTU通讯协议与 RS-485通信指令,方便的实现与多台虹润NHR系列仪表的串行通信成功的实现了用单台控制器对多台仪表的灵活控制。可编程控制器允许在一个RS-485通信接口上连接多达100台虹润仪表,仪表大于60台时,需加一个RS-485中继器，RS-485通信口通信距离长达1KM以上。
2、RS-485总线的硬件设计
考虑到此控制系统中网络节点数较多，整个网络超过100个节点，为保证通讯的可靠性和通讯效率按照仪表在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各仪表分布到两条总线上，而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点，通讯速率选96Kbps，离主站最远的节点不超过50m。
3、网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正，同时实现数据帧和命令帧的功能。然而，为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字，而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20～30字节，在RS-485系统中显得又有些繁杂。由于MODBUS协议是公然的通讯协议，而且被很多的工控产品生产厂家支持，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中，因此，本系统采用MODBUS协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高，因此采用MODBUS ASCII方式，而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用MODBUS RTU方式。
04产品的应用
考虑到100台仪表在RS485总线上的实时性、有效性、正确性，现将100台虹润NHR系列智能控制仪表通讯组网分为两条总线，分别由PLC的串口扩展口分别定义为A1、B1和A2、B2 ；下面是虹润NHR系列智能控制仪表与PLC主机连接图，见图1、图2：
图1：虹润仪表与PLC组网图
图2：虹润仪表与PLC组网图
1、虹润NHR系列智能显示控制仪表通信参数配置
(1)、通信方式为RS-485, (1个起始位，1个或2个停止位，8位数据，无奇偶校验)
(2)、通信传输数据的波特率（12K 24K 48K 96K 192K）可在仪表叁数baud中设定
(3)、通信协议为标准Modbus Rtu 模式
这里重点突出可编程控制器与虹润NHR仪表RS-485接口部分。在工业现场,RS-485通信是应用较多的一种通信方式，图中可编程控制器通过RS-485通信接口与多个NHR仪表相连接,最多可达到100台,每台仪表被赋予各自的地址码,用以识别身份，( 地址码可在仪表叁数Addr中设定)，子单元和主单元采用地址轮询方式。这样可编程控制器的RS-485通信口便能通过RS485总线对挂在下面的所有仪表进行控制 *** 作。
2、虹润NHR系列智能数字显示控制仪通信数据流解析
本通信协议采用标准ModBus协议，采用RTU（十六进制数）传输模式。ModBus协议是一种主---从式协议。任何时刻只有一个设备能够在线路上进行发送。由主站管理信息交换，且只有主站能发起。主站会依次对从站进行轮流查询。只有当从站地址与轮询地址相匹配，从站才能回复消息。从站之间不能进行直接通信。协议桢中不包含任何消息报头及消息结束符，消息的开始和结束依靠间隔时间来识别，当间隔时间长于或等于35个字符时，即作为检测到桢结束。如果网络内没有与查询地址相一致的从站或从站接收时CRC校验出错，主站将不会接收到返回桢，这时主站根据超时设定判断是否超时，如超时，作出重发或d出异常错误窗口动作。
协议桢定义如下：
从站地址：地址必须在1---247之间。
在同个主站网络中每个从站地址必须唯一。
0为广播地址，从站接收消息并作相应处理，但不能回复消息。
功能代码：包含读、写寄存器。
数据：以二进制代码传输。
CRC16：循环冗余校验，校验从从站地址到数据区最后一个字节，计算多项式码为A001(hex)。
（1）、通讯口设置
通讯方式 异步串行通讯接口，如RS-485，RS-232等。
波 特 率 2400～9600bps（可由设定仪表二级参数自由更改，设定仪表二级参数BT，默认4800）。
（2）、字节数据格式 HEX
一位起始位、八位数据位、一位停止位、无校验
（3）、消息桢格式（读、写功能是从主站角度定义的）
读寄存器桢
读寄存器返回桢
写寄存器桢
写寄存器返回桢
错误返回桢
功能代码表：1
错误代码表：2
3、产品
05结论
本文利用标准的MODBUS协议和虹润NHR系列智能显示控制仪表进行RS-485通信，实现了单台控制器控制多台NHR仪表的任务，并能实时检测各仪表的运行状态，整个系统控制灵活方便, 方案结构简单，开发成本低，周期短，既使在恶劣的工业环境下也能稳定工作。
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