在支持 TSN 的以太网之上使用类似 PROFINET 或 OPC UA 的应用级协议，无论是否采用 IP 和 UDP 等传输和会话级协议。图 2-1 所示为 OPC UA 和网络层示例。EtherCAT 始终直接通过以太网，在图 2-1 中显示为 OPC UA Pub Sub 的蓝色箭头线，仅由控制器（主站）发起帧发送。局域网 (LAN) 只有为 EtherCAT 保留的 EtherType 帧，由线路拓扑中的主站或最后一个从站发送。

图 2-1 基于 TSN 的 OPC UA，蓝线表示 OPC UA Pub-Sub

数十年来，网络软件栈已成功利用图 2-2 中所示的分层模型。虽然非常适合添加功能和实现可扩展性，但实时控制的缺点是最坏情况下的延时。这种情况下，工业协议会优先考虑及时性或可控延时，而非其他一切，这实际上会绕过网络栈，有时甚至绕过以太网驱动程序。

图 2-2 网络软件栈

分布式实时控制应用通常采用周期概念。控制应用会读取输入，计算下一个所需状态，然后将这些输出发送出去。在工业以太网中，输入和输出分布在网络上。如图 2-3 中所示的时序图直观呈现了这种情形。标记为“应用任务”的灰色部分是应用在每个周期中消耗的时间。由于输入和输出通信是在周期内消耗应用任务处理时间的过程，因此需要将输入和输出通信开销列入预算。该预算基于计算抖动和通信抖动的最坏情况。

图 2-3 循环控制的时间视图 [5]

除了输入和输出通信外，工业通信协议还为分布式设备提供同步或通用时间概念。无论周期时间或计算需求如何，同步精度通常与应用直接相关。例如，分布式系统中微秒级甚至低于 100 纳秒级的同步抖动对于网络物理系统而言通常至关重要。然而，在输入和输出通信中，系统可以承受微秒级甚至几十微秒级抖动。这种抖动的代价是每个周期中的应用计算时间减少。