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实现结构：IPPAD和BACnet标准，楼宇自控系统技术

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：B／IP PAD既具有解析、执行和实现IP的UDP用户数据报功能，同时也具有BACnet局域网路由器的功能，即具有解析、执行和实现BACnet局域网网络层协议的功能。

B／IP PAD在B／IP PAD技术中，既可以作为IP网络的一个节点，同时又是一个BACnet局域网的路由器节点。B／IP PAD既具有解析、执行和实现IP的UDP用户数据报功能，同时也具有BACnet局域网路由器的功能，即具有解析、执行和实现BACnet局域网网络层协议的功能。在IP网络中传输BACnet数据包时，使用默认的UDP端口X’BAC0‘，但有些情况下也可以利用其他的UDP端口进行通信，这里给出TCP或UDP端口的分配规则，以供参考：

1）端口0：不使用，或者作为特殊的使用；

2）端口1～255：保留给特定的服务，TCP和UDP均规定，小于256的端口号才能分配给网上特定的服务；

3）端口256～1023：保留给其他的服务，如路由；

4）端口1024～4999：可以用作任意客户的端口；

5）端口5000～65535：可以用作用户的服务器端口。

另外UDP还有一些保留端口。

如果若干个不同的BACnet网络共同使用一个局域网，相当于每个BACnet网络是局域网中的一个广义节点时，要为每个BACnet网络分配一个不同的UDP端口。

B／IP PAD技术实现的原理如图5-4所示。

图5-4 B／IP PAD技术实现的原理

在B／IP PAD技术实现的原理图中，两个BACnet局域网通过IP网络实现了互联，PAD环节既是IP网络节点又是BACnet网络的路由器设备节点，因此要同时为PAD分配一个IP地址和BACnet网络地址。

当BACnet网络A中的节点A通过IP网络与BACnet网络B中的节点B进行通信时，具体过程是：节点A向节点B发送BACnet数据包，该数据包首先通过BACnet网络A中的PAD，当它接收到一个BACnet报文时，PAD将该报文封装进一个IP数据帧中，给出BACnet网络B的PAD的IP地址，作为封装IP数据帧的目标IP地址，将此IP数据帧送上IP互联网。BACnet网络B的PAD接收到封装有BACnet报文的IP数据帧后，从IP帧中取出BACnet报文，再传送给BACnet网络B中的节点B。发送和接收报文的BACnet设备就是节点A和节点B，两者之间与PAD通信就好像PAD是一个连接到BACnet网络上的普通BACnet路由器一样。使用PAD隧道传输技术还可以在将数据包发往远端的目标节点之前，PAD设备可以修改数据包，还可以对BACnet数据包进行加密，提高BACnet网络通信的安全性。

从两个BACnet网络中的节点设备进行数据通信的过程来看，将两个网络互联的IP网络对于所有非B／IP PAD的BACnet节点是透明的，这些BACnet设备会将整个BACnet互联网中的BAC-net设备都看成是在一个单独的BACnet网络节点。PDA具有上述的“封装／拆装”功能外，还具有“路由”功能，因此每一个PAD都是一个特殊的BACnet路由器，同时又是一个IP网络中的节点，能够接收处理和发送IP数据包。从IP网络通信的机制来讲，PAD在封装BACnet报文时，首先要确定目标BACnet网络PDA的IP地址，因此要在PDA中建立一个路由表。PAD路由表中的路由信息应包括：

1）IP网络所连接的目标BACnet网络号和UDP端口；

2）目标BACnet网络PAD的IP地址；

3）到达目标BACnet网络的第一个IP路由器的IP地址。

可以对PAD进行两种配置：第一种是PAD只使用一个物理网络连接通信端口，BACnet报文和IP数据帧都能通过同一个端口进行通信，为了将IP数据帧传送给目标BACnet网络的PAD，要求在网络中配置一个IP路由器；第二种PAD配置方法是：对于BACnet报文和IP数据帧使用不同的连接通信端口。IP端口直接接入IP互联网，PAD等效为一个通过IP网络进行通信的设备。

如果将PAD看作是BACnet网络的一个节点设备，它的功能就是一个BACnet路由器，当它接收到一个BACnet报文时，再通过若干个PAD依次接收转发直至BACnet网络目标节点。如果多个BACnet网络是通过IP网络互联的，当一个PAD接收到一个BACnet报文，信宿是一个远程BACnet网络，必须要通过IP网络来传输，PAD将该报文封装进一个IP帧中，给出信宿BACnet网络中对应PAD的IP地址，作为IP帧的目标IP地址，送上IP网络传输。信宿BACnet网络的PAD从IP帧中取出BACnet报文，将其传送给位于本地网络中的目标设备。发送和接收报文的BACnet设备从报文传递和通信的过程中，感受不到IP网络的存在。

PAD与BACnet路由器在处理全局广播的方式方面也是不同的：对于广播报文来讲，BACnet路由器的处理方式是：将发送给路由表中所有的网络，但不包括信源BACnet网络；PAD处理的处理方式是：向每一个对等PAD发送一个包含BACnet报文的IP帧，这就要求PAD保持一个对等PAD的IP地址表。

使用B／IP PAD隧道技术可以构建一个较为安全的网络系统。PAD在将IP帧发往远端信宿节点前，可以修改IP帧中包含的BACnet报文并进行加密。用PAD组建BACnet互联网的工作原理如图5-5所示。

图5-5 用PAD组建BACnet互联网

在图5-5中，网络2和网络3通过一个BACnet路由器互联成有更大覆盖区域的BACnet网络，这里就是BACnet互联网。这里要注意PAD的两种不同配置方式：第一种配置情况是在BACnet网络1中的PAD通过同一个物理网络连接端口，接收BACnet报文和发送IP帧，所以要配置一个IP路由器；第二种配置情况是PAD通过两个不同的连接端口分别传输BACnet报文和IP帧。IP端口（RJ-45口）可以直接接入IP网络，互联网就是最大的IP网络。