現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)02數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)_第1頁
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1、第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n2.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)n2.3 網(wǎng)絡(luò)硬件n2.4 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n2.5 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備n2.6 通信參考模型2.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)n2.1.1 2.1.1 基本概念基本概念n1.1.總線的基本術(shù)語總線的基本術(shù)語n(1)總線與總線段(bus segment)。n從廣義說,總線就是傳輸信號(hào)或信息的公共路徑,是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式。n一組設(shè)備通過總線連在一起稱為“總線段”。n 可以通過總線段相互連接把多個(gè)總線段連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。n(2)總線主設(shè)備n可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備叫做“總線主設(shè)備”(bus maste

2、r) ,又稱命令者。n(3)總線從主設(shè)備n不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信、只能掛接在總線上、對(duì)總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備(bus slaver),也稱基本設(shè)備。n在總線上可能有多個(gè)主設(shè)備,某一設(shè)備既可以是主設(shè)備,也可以是從設(shè)備,但不能同時(shí)既是主設(shè)備又是從設(shè)備。n(4 4)控制信號(hào)(三種類型)控制信號(hào)(三種類型)n(a)控制連在總線上的設(shè)備,讓它進(jìn)行所規(guī)定的操作,如設(shè)備清零、初始化、啟動(dòng)和停止等。n(b)用于改變總線操作的方式,如改變數(shù)據(jù)流的方向,選擇數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)等。n(c)表明地址和數(shù)據(jù)的含義,如對(duì)于地址,可用于指定某一地址空間,或表示出現(xiàn)了廣播操作;對(duì)于數(shù)據(jù),可用于指定它能否

3、轉(zhuǎn)譯成輔助地址或命令。n(5 5)總線協(xié)議)總線協(xié)議n管理主、從設(shè)備使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協(xié)議”(bus protocol)。這是一套事先規(guī)定的、必須共同遵守的規(guī)約。n2.2.總線操作的基本內(nèi)容總線操作的基本內(nèi)容n (1 1)總線操作)總線操作n總線上命令者與響應(yīng)者之間的連結(jié)數(shù)據(jù)傳送脫開這一操作序列稱為一次總線“交易”(transaction),或者叫做一次總線操作?!懊撻_”(disconnect)是指完成數(shù)據(jù)傳送操作以后,命令者斷開與響應(yīng)者的連接。n(2 2)總線傳送)總線傳送n“讀”(read)數(shù)據(jù)操作是讀來自響應(yīng)者的數(shù)據(jù);“寫”(write)數(shù)據(jù)操作是向響應(yīng)者寫數(shù)據(jù)。讀寫操作都需要

4、在命令者和響應(yīng)者之間傳遞數(shù)據(jù)。n(3 3)請(qǐng)求通信)請(qǐng)求通信n通信請(qǐng)求是由總線上某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào),要求后者給予注意并進(jìn)行某種服務(wù)。它們有可能要求傳送數(shù)據(jù),也有可能要求完成某種動(dòng)作。n(4 4)尋址)尋址n尋址過程是命令者與一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備建立起聯(lián)系的一種總線操作。通常有以下三種尋址方式:n(a)物理尋址 用于選擇某一總線段上某一特定位置的從設(shè)備作為響應(yīng)者。n(b)邏輯尋址 用于指定存儲(chǔ)單元的某一個(gè)通用區(qū),而并不顧及這些存儲(chǔ)單元在設(shè)備中的物理分布。n(c)廣播尋址 廣播尋址用于選擇多個(gè)響應(yīng)者。n(5 5)總線仲裁)總線仲裁n總線在傳送信息的操作過程中有可能會(huì)發(fā)生“沖突”(cont

5、ention)。為解決這種沖突,就需進(jìn)行總線占有權(quán)的“仲裁”(arbitration)??偩€仲裁是用于裁決哪一個(gè)主設(shè)備是下一個(gè)占有總線的設(shè)備。n總線仲裁操作和數(shù)據(jù)傳送操作是完全分開且并行工作的,因此總線占有權(quán)的交接過程不會(huì)耽誤總線操作。n(6 6)總線定時(shí))總線定時(shí)n總線操作用“定時(shí)”(timing)信號(hào)進(jìn)行同步。定時(shí)信號(hào)用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址在什么時(shí)刻是有效的。n定時(shí)信號(hào)有異步和同步兩種。n(7 7)出錯(cuò)檢測(cè))出錯(cuò)檢測(cè)n在總線上傳送信息時(shí)會(huì)因噪聲和干擾而出錯(cuò),因此在高性能的總線中一般設(shè)有出錯(cuò)碼產(chǎn)生和校驗(yàn)機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)傳送過程的出錯(cuò)檢測(cè)。n(8 8)容錯(cuò))容錯(cuò)n設(shè)備在總線上傳送信息出錯(cuò)時(shí),如

6、何減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的重配置能力是十分重要的。故障對(duì)分布式仲裁的影響就比菊花鏈?zhǔn)街俨眯 :笳咴谠O(shè)備出故障時(shí),會(huì)直接影響它后面設(shè)備的工作??偩€系統(tǒng)應(yīng)能支持軟件利用一些新技術(shù),如動(dòng)態(tài)重新分配地址,把故障隔離開來,關(guān)閉或更換故障單元。n2.1.2 2.1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成n通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。它一般由信息源和信息接收者,發(fā)送、接收設(shè)備,傳輸媒介幾部分組成。n1.1.信息源和接收者信息源和接收者n信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者。n在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù),是數(shù)字化了的信息。這些信息可能是原始數(shù)據(jù),也可能是經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果,還可能是某

7、些指令或標(biāo)志。n信息源可根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)不同分為模擬信息源和離散信息源。n2.發(fā)送設(shè)備n發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來,即將信息源產(chǎn)生的消息信號(hào)經(jīng)過編碼,并變換為便于傳送的信號(hào)形式,送往傳輸媒介。n信源編碼:把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號(hào);n信道編碼:使數(shù)字信號(hào)與傳輸介質(zhì)匹配,提高傳輸?shù)目煽啃曰蛴行?。n發(fā)送設(shè)備還要包括為達(dá)到某些特殊要求所進(jìn)行的各種處理,如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)編碼處理等。n3.傳輸介質(zhì)n傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)媒介。它可以是無線的,也可以是有線的(包括光纖)。有線和無線均有多種傳輸媒介,如電磁波、紅外線為無線傳輸介質(zhì),各種電纜、光纜、雙絞線

8、等為有線傳輸介質(zhì)。n介質(zhì)在傳輸過程中必然會(huì)引入某些干擾,如熱噪聲、脈沖干擾、衰減等。媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換方式的選取。n4.接收設(shè)備n接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換,即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。它的任務(wù)是從帶有干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始信息來,對(duì)于多路復(fù)用信號(hào),還包括解除多路復(fù)用,實(shí)現(xiàn)正確分路。n以上所述是單向通信系統(tǒng),但在大多數(shù)場(chǎng)合下,信源兼為收信者,通信的雙方需要隨時(shí)交流信息,因此要求雙向通信。n2.1.3 傳輸方式 n通信方式按照信息的傳輸方向分為 :n(1)單工 (simplex)方式 信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式;。n(2)半雙工(Half du

9、plex)方式 信息可以沿著兩個(gè)方向傳輸,但在某一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式;n(3)全雙工 (Full duplex)方式 信息可以同時(shí)沿著兩個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式。單工、半雙工和全雙工通信方式 n2.1.4 傳輸模式n基帶傳輸 n載波(帶)傳輸 n寬帶傳輸 n異步轉(zhuǎn)移模式ATMn1.基帶傳輸 n基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下,在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號(hào),即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸,不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應(yīng)用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。n局域網(wǎng)、控制局域網(wǎng)n特點(diǎn)n2.載波(帶)傳輸n載波傳輸是先用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制,然后進(jìn)行傳輸?shù)?/p>

10、傳輸模式。最基本的調(diào)制方式有幅值鍵控 (ASK),頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)3種。n在載波傳輸中,發(fā)送設(shè)備首先要產(chǎn)生某個(gè)頻率的信號(hào)作為基波來承載信息信號(hào),這個(gè)基波就稱為載波信號(hào),基波頻率就稱為載波頻率;然后按幅值鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等不同方式改變載波信號(hào)的幅值、頻率、相位,形成調(diào)制信號(hào)后發(fā)送。n3.寬帶傳輸 n由于基帶網(wǎng)不適于傳輸語言、圖像等信息,隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語音、圖像等多種信號(hào)的任務(wù)愈來愈重,因此提出了寬帶傳輸?shù)囊蟆寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別:一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同,基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0一l0Mbit/s,寬帶網(wǎng)可達(dá)0400

11、Mbit/s;二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道,能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)共建,以節(jié)省投資。 n4.異步轉(zhuǎn)移模式ATMnATM(Asynchronous Transfer Mode)是一種新的傳輸與交換數(shù)字信息的技術(shù),也是實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù),被規(guī)定為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) (B-ISDN)的傳輸模式。這里的轉(zhuǎn)移包含傳輸與交換兩方面的內(nèi)容。ATM是一種在用戶接入、傳輸和交換級(jí)綜合處理各種通信問題的技術(shù)。它支持多媒體通信,包括數(shù)據(jù)、語音和視頻信號(hào),按需分配頻帶,具有低延遲特性,速度可達(dá)155Mbit/s一2.4Gbit/s,也有25Mbit/s和50Mbit/s的ATM技術(shù)

12、。n2.1.5 二進(jìn)制表示方法n1基帶傳輸中數(shù)據(jù)的表示方法 n(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。n(2)根據(jù)對(duì)零電平的關(guān)系,信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。n(3)根據(jù)信號(hào)的極性,信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。n 單極性碼n 雙極性碼n常用的數(shù)據(jù)表示方法常用的數(shù)據(jù)表示方法n1)平衡、歸零、雙極性n2)平衡、歸零、單極性n3)平衡、不歸零、單極性n4)非平衡、歸零、雙極性n5)非平衡、歸零、單極性n6)非平衡、不歸零、單極性數(shù)據(jù)表示方法數(shù)據(jù)表示方法 n2載帶傳輸中的數(shù)據(jù)表示方法n(1)調(diào)幅方式 調(diào)幅方式AM (Amplitude M o d u l a t i o n ) 又 稱

13、 為 幅 移 鍵 控 法 A S K (Amplitude-Shift Keying)n(2)調(diào)頻方式 調(diào)頻方式FM (Frequency M o d u l a t i o n ) 又 稱 為 頻 移 鍵 控 法 F S K (Frequency-Shift Keying)n( 3 ) 調(diào) 相 方 式 調(diào) 相 方 式 P M ( P h a s e Modulation)又稱為相移鍵控法PSK (Phase-Shift Keying) 數(shù)據(jù)調(diào)制方式數(shù)據(jù)調(diào)制方式(a)調(diào)幅調(diào)幅 (b)調(diào)頻調(diào)頻 (c)調(diào)相調(diào)相n2.1.6通信網(wǎng)鉻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)鉻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) n在分布控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是

14、星型、環(huán)型和總線型。 通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形結(jié)構(gòu);星形結(jié)構(gòu); (b)環(huán)型結(jié)構(gòu);環(huán)型結(jié)構(gòu); (c)總線型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu) n1星型結(jié)構(gòu)n在星型結(jié)構(gòu)中,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過一條鏈路連接到一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)上去。任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信都要經(jīng)過中央節(jié)點(diǎn)。中央節(jié)點(diǎn)有一個(gè)開關(guān)裝置來接通兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信路徑。因此,中央節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造是比較復(fù)雜的,一旦發(fā)生故障,整個(gè)通信系統(tǒng)就要癱瘓。因此,這種系統(tǒng)的可靠性是比較低的,在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用得較少。 n2環(huán)型結(jié)構(gòu)n在環(huán)型結(jié)構(gòu)中,所有的節(jié)點(diǎn)通過鏈路組成一個(gè)環(huán)形。需要發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)將信息送到環(huán)上,信息在環(huán)上只能按某一確定的方向傳輸。當(dāng)信息到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)時(shí),該節(jié)

15、點(diǎn)識(shí)別信息中的目的地址與自己的地址相同,就將信息取出,并加上確認(rèn)標(biāo)記,以便由發(fā)送節(jié)點(diǎn)清除。n3總線型結(jié)構(gòu)n所有的站都通過相應(yīng)的硬件接口直接接到總線上。由于所有的節(jié)點(diǎn)都共享一條公用的傳輸線路,所以每次只能由一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,信息由發(fā)送它的節(jié)點(diǎn)向兩端擴(kuò)散。n這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。某節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息之前,必須保證總線上沒有其他信息正在傳輸。當(dāng)這一條件滿足時(shí),它才能把信息送上總線。n2.1.7網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)n網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路,實(shí)際傳送信息的載體。網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維、無線與衛(wèi)星通信。n1) 物理特性:傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述;n2) 傳輸特性:傳輸介質(zhì)

16、允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍;n3)連通特性:允許點(diǎn)-點(diǎn)或多點(diǎn)連接n4) 地理范圍:傳輸介質(zhì)最大傳輸距離n5) 抗干擾性:傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。n1.雙絞線的主要特性n(1)物理特性n雙絞線由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根或4根絕緣線組成。一對(duì)線可以作為一條通信線路,各個(gè)線對(duì)螺旋排列的目的是使各線對(duì)之間的電磁干擾最小。n(2)傳輸特性n雙絞線最普遍的應(yīng)用是語音信號(hào)的模擬傳輸。在一條雙絞線上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以進(jìn)行多個(gè)音頻通道的多路復(fù)用。n數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9600bit,24條音頻通道總的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)230Kbit。n(3)連通特性n用

17、于點(diǎn)-點(diǎn)連接,也可用于多點(diǎn)連接。n(4)地理范圍n雙絞線用作遠(yuǎn)程中繼線時(shí),最大距離可達(dá)15km;用于l0Mbit/s局域網(wǎng)時(shí),與集線器的距離最大為100m。n(5)抗干擾性n雙絞線的抗干擾性取決于一束線中相鄰線對(duì)的扭曲長(zhǎng)度及適當(dāng)?shù)钠帘?。在低頻傳輸時(shí),其抗干擾能力相當(dāng)于同軸電纜。在10100kHz時(shí),其抗干擾能力低于同軸電纜。n2同軸電纜的主要特性n(1)物理特性n它由內(nèi)導(dǎo)體、外屏蔽層、絕緣層及外部保護(hù)層組成。同軸介質(zhì)的特性參數(shù)由內(nèi)、外導(dǎo)體及絕緣層的電參數(shù)和機(jī)械尺寸決定。n(2)傳輸特性n根據(jù)同軸電纜通頻帶,同軸電纜可以分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩類?;鶐S電纜一般僅用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)傳輸。

18、寬帶同軸電纜可以使用頻分多路復(fù)用方法,將一條寬帶同軸電纜的頻帶劃分成多條通信信道,使用各種調(diào)制方案,支持多路傳輸。寬帶同軸電纜也可以只用于一條通信信道的高速數(shù)字通信,此時(shí)稱之為單通道寬帶。n(3)連通特性n同軸電纜支持點(diǎn)-點(diǎn)連接,也支持多點(diǎn)連接。寬帶同軸電纜可支持?jǐn)?shù)千臺(tái)設(shè)備的連接;n基帶同軸電纜可支持?jǐn)?shù)百臺(tái)設(shè)備的連接。n(4)地理范圍n基帶同軸電纜最大距離限制在幾km范圍內(nèi),而寬帶同軸電纜最大距離可達(dá)幾十km。n(5)抗干擾性n同軸電纜的結(jié)構(gòu)使得它的抗干擾能力較強(qiáng)。n3.光纜的主要特性n光纜是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用最廣泛的一種。n(1)物理特性n光纖是一種直徑為50一100件m的柔軟、能

19、傳導(dǎo)光波的介質(zhì),各種玻璃和塑料可以用來制造光纖,其中用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖可以得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面用折射率較低的包層包裹起來,就可以構(gòu)成一條光纖通道,多條光纖組成一束就構(gòu)成光纖電纜。n(2)傳輸特性n光導(dǎo)纖維通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號(hào)。由于光纖的折射系數(shù)高于外部包層的折射系數(shù),因此可以形成光波在光纖與包層界面上的全反射。光纖可以看作頻率從10。一1OHz的光波導(dǎo)線,這一范圍覆蓋了可見光譜與部分紅外光譜。以小角度迸人的光波沿光纖按全反射方式向前傳播。n光纖傳輸分為單模與多模兩類。所謂單模光纖是指光纖的光信號(hào)僅與光纖軸成單個(gè)可分辨角度的單光纖傳輸

20、。而多模光纖的光信號(hào)與光纖軸成多個(gè)可分辨角度的多光纖傳輸。單模光纖性能優(yōu)于多模光纖。n(3)連通特性n光纖最普遍的連接方法是點(diǎn)-點(diǎn)方式,在某些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中也可采用多點(diǎn)連接方式。n(4)地理范圍n光纖信號(hào)衰減極小,它可以在68km距離內(nèi)不使用中繼器,實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。n(5)抗干擾性n光纖不受外界電磁干擾與噪聲的影響,能在長(zhǎng)距離、高速度傳輸中保持低誤碼率。雙絞線典型的誤碼率在10一10。之間,基帶同軸電纜為10,寬帶同軸電纜為10-。而光纖誤碼率可以低于10。光纖傳輸?shù)陌踩耘c保密性極好。n2.1.8數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換方式n數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常采用三種數(shù)據(jù)交換方式:n 線路交換方式n 報(bào)文交換方

21、式n 報(bào)文分組交換方式n 報(bào)文分組交換方式包含:n 虛電路n 數(shù)據(jù)報(bào)n1線路交換方式n在需要通信的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間事先建立起一條實(shí)際的物理連接,然后再在這條實(shí)際的物理連接上交換數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)交換完成之后再拆除物理連接。因此,線路交換方式將通信過程分為三個(gè)階段:即線路建立、數(shù)據(jù)通信和線路拆除階段。n2報(bào)文交換方式n報(bào)文交換以及報(bào)文分組交換方式不需要事先建立實(shí)際的物理連接,而是經(jīng)由中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,有時(shí)又將其稱為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。n3報(bào)文分組交換方式n報(bào)文分組交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是一個(gè)報(bào)文分組。報(bào)文分組是一個(gè)完整的報(bào)文按順序分割開來的比較短的數(shù)據(jù)組。由于報(bào)文分組比報(bào)文短的多,傳輸時(shí)比

22、較靈活。特別是當(dāng)傳輸出錯(cuò)需要重發(fā)時(shí),它只需重發(fā)出錯(cuò)的報(bào)文分組,而不必像報(bào)文交換方式那樣重發(fā)整個(gè)報(bào)文。n(1)虛電路方法n(2)數(shù)據(jù)報(bào)方法n2.1.9介質(zhì)訪問控制方式n在總線和環(huán)形拓?fù)渲?,網(wǎng)上設(shè)備必須共享傳輸線路。為解決在同一時(shí)間有幾個(gè)設(shè)備同時(shí)爭(zhēng)用傳輸介質(zhì),需有某種介質(zhì)訪問控制方式,以便協(xié)調(diào)各設(shè)備訪問介質(zhì)的順序,在設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。n通信中對(duì)介質(zhì)的訪問可以是隨機(jī)的,即各工作站可在任何時(shí)刻,任意地點(diǎn)訪問介質(zhì);也可以是受控的,即各工作站可用一定的算法調(diào)整各站訪問介質(zhì)順序和時(shí)間。在隨機(jī)訪問方式中,常用的爭(zhēng)用總線技術(shù)為CSMA/CD;在控制訪問方式中則常用令牌總線、令牌環(huán),或稱之為標(biāo)記總線、標(biāo)記環(huán)。n1

23、.CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)) n工作站的發(fā)送是隨機(jī)的,必須在網(wǎng)絡(luò)上爭(zhēng)用傳輸介質(zhì),故稱之為爭(zhēng)用技術(shù)。若同一時(shí)刻有多個(gè)工作站向傳輸線路發(fā)送信息,則這些信息會(huì)在傳輸線上相互混淆而遭破壞,稱為 沖突。為盡量避免由于競(jìng)爭(zhēng)引起的沖突,每個(gè)工作站在發(fā)送信息之前,都要監(jiān)聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送,這就是 載波監(jiān)聽。n載波監(jiān)聽CSMA的控制方案是先聽再講。一個(gè)站要發(fā)送,首先需監(jiān)聽總線,以決定介質(zhì)上是否存在其他站的發(fā)送信號(hào)。如果介質(zhì)是空閑的,則可以發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的,則等待一定間隔后重試。 n三種CSMA堅(jiān)持退避算法:n1)不堅(jiān)持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的,則發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的,則等待一段隨

24、機(jī)時(shí)間,重復(fù)第一步。n2) 1-堅(jiān)持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的,則發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的,繼續(xù)監(jiān)聽,直到介質(zhì)空閑,立即發(fā)送;假如沖突發(fā)生,則等待一段隨機(jī)時(shí)間,重復(fù)第一步。n3)P-堅(jiān)持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的,則以P的概率發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的,繼續(xù)監(jiān)聽,直到介質(zhì)空閑,重復(fù)第一步。n2.令牌 (標(biāo)記)訪問控制方式nCSMA的訪問存在發(fā)報(bào)沖突問題,產(chǎn)生沖突的原因是由于各站點(diǎn)發(fā)報(bào)是隨機(jī)的。為了解決沖突問題,可采用有控制的發(fā)報(bào)方式,令牌方式是一種按一定順序在各站點(diǎn)傳遞令牌(Token)的方法。誰得到令牌,誰才有發(fā)報(bào)權(quán)。令牌訪問原理可用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成令牌環(huán)形網(wǎng);也可用于總線網(wǎng),構(gòu)成令牌總線網(wǎng)絡(luò)。n(1

25、)令牌環(huán) (Token-Ring)方式 n某一瞬間可以允許發(fā)送報(bào)文的站點(diǎn)只有一個(gè),令牌在網(wǎng)絡(luò)環(huán)路上不斷地傳送,只有擁有此令牌的站點(diǎn),才有權(quán)向環(huán)路上發(fā)送報(bào)文,而其他站點(diǎn)僅允許接收?qǐng)?bào)文。站點(diǎn)在發(fā)送完畢后,便將令牌交給網(wǎng)上下一個(gè)站點(diǎn),如果該站點(diǎn)沒有報(bào)文需要發(fā)送,便把令牌順次傳給下一個(gè)站點(diǎn)。因此,表示發(fā)送權(quán)的令牌在環(huán)形信道上不斷循環(huán)。環(huán)上每個(gè)相應(yīng)站點(diǎn)都可獲得發(fā)報(bào)權(quán),而任何時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)站點(diǎn)利用環(huán)路傳送報(bào)文,因而在環(huán)路上保證不會(huì)發(fā)生訪問沖突。n(2)令牌傳遞總線 (Token-PassingBus)方式n這種方式和CSMA/CD方式一樣,采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,但不同的是在網(wǎng)上各工作站按一定順序形成一個(gè)邏輯環(huán)

26、。每個(gè)工作站在環(huán)中均有一個(gè)指定的邏輯位置,末站的后站就是首站,即首尾相連。每站都了解先行站 (PS)和后繼站 (NS)的地址,總線上各站的物理位置與邏輯位置無關(guān)。n2.1.10差錯(cuò)控制n分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的,因此,在信息傳輸過程中,各種各樣的干擾可能造成傳輸錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤輕則會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生變化,重則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程事故。因此必須采取一定的措施來檢測(cè)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤,檢錯(cuò)和糾錯(cuò)統(tǒng)稱為差錯(cuò)控制。n突發(fā)錯(cuò)誤;由突發(fā)噪聲引起的,誤碼連續(xù)成片出現(xiàn);n隨機(jī)錯(cuò)誤:由隨機(jī)噪聲引起的,誤碼與其前后的代碼是否出錯(cuò)無關(guān)。n差錯(cuò)控制方法:n在傳輸信息中附加冗余度n在傳輸方法中附加冗余度

27、2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)n現(xiàn)場(chǎng)總線又稱現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò),它屬于一種特殊類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),是用于完成自動(dòng)化任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備類型、傳輸信息的種類、網(wǎng)絡(luò)所執(zhí)行的任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)所處的工作環(huán)境等方面,現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)都有別于由普通PC機(jī)或其他計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。n2 2.2.1 .2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)大都是具有計(jì)算與通信能力的測(cè)量控制設(shè)備。n限位開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等各類開關(guān); 條形碼閱讀器; 光電傳感器; 溫度、壓力、流量、物位等各種傳感器、變送器; 可編程邏輯控制器PLC; PID等數(shù)字控制器; 各種數(shù)據(jù)采集裝置; 作為監(jiān)視操作設(shè)備的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、工作站

28、及其外設(shè); 各種調(diào)節(jié)閥; 電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備; 變頻器; 機(jī)器人; 作為現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的中繼器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等。n把單個(gè)分散的有通信能力的測(cè)量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),使它們之間可以相互溝通信息,由它們共同完成自控任務(wù),這就是現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。 n2 2.2.2 .2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)要將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種信息傳送到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室(把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息等送往控制室);又將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令等送往位于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中;現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間數(shù)據(jù)聯(lián)系與溝通的作用;現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)還要在與操作終端、上層管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連接和信息共

29、享中發(fā)揮作用。n參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)覽和遠(yuǎn)程監(jiān)控n控制網(wǎng)絡(luò)必須解決的問題控制網(wǎng)絡(luò)必須解決的問題:n類惡劣的工作環(huán)境、控制網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)與互操作。n不同于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)不同于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn):n數(shù)據(jù)傳輸量相對(duì)較小,傳輸速率相對(duì)較低,多為短幀傳送,但它要求通信傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性強(qiáng),可靠性高。n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的特定需求現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的特定需求:n滿足控制的實(shí)時(shí)性要求、工業(yè)環(huán)境下的抗干擾、總線供電等。n2 2.2.3 .2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn):它必須滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。實(shí)時(shí)控制往往要求對(duì)某些變量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定時(shí)刷新。這種對(duì)動(dòng)作時(shí)間有實(shí)時(shí)要求

30、的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。n實(shí)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行不僅要求系統(tǒng)動(dòng)作在邏輯上的正確性,同時(shí)要求滿足時(shí)限性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)又可分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)兩類。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)任務(wù)必須在規(guī)定的時(shí)限完成,否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果;而軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)任務(wù)在超過了截止期后的一定時(shí)限內(nèi),系統(tǒng)仍可以執(zhí)行處理。 2.3 網(wǎng)絡(luò)硬件n2.3.1 2.3.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)n1.1.廣播式網(wǎng)絡(luò)廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcast network)(broadcast network)n廣播式網(wǎng)絡(luò)僅有一條通信信道,由網(wǎng)絡(luò)上的所有機(jī)器共享,按某種語法組織的分組或包 (packet),可以被任何機(jī)器發(fā)送并被其他所有的機(jī)器接收。分組的地址字段指明此

31、分組應(yīng)被哪臺(tái)機(jī)器接收。一旦收到分組,各機(jī)器將檢查它的地址字段。如果是發(fā)送給它的,則處理該分組,否則將它丟棄。(一對(duì)一)n一對(duì)多一對(duì)多n廣播(broadcasting):廣播系統(tǒng)也允許在地址字段中使用一段特殊代碼,以便將分組發(fā)送到所有目標(biāo)。使用此代碼的分組發(fā)出以后,網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)機(jī)器都會(huì)接收和處理它。n某些廣播系統(tǒng)還支持向機(jī)器的一個(gè)子集發(fā)送的功能,即多點(diǎn)播送(muIticasting)。n2.2.點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(point-to-point network)n由一對(duì)對(duì)機(jī)器之間的多條連接構(gòu)成。為了能從源到達(dá)目的地,這種網(wǎng)絡(luò)上的分組可能必須通過一臺(tái)或多臺(tái)中間機(jī)器。通常是多條路徑,并且可能長(zhǎng)度不

32、一樣,因此在點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中路由算法十分重要。n網(wǎng)絡(luò)類型的選擇:小的、地理上處于本地的網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式,而大的網(wǎng)絡(luò)則采用點(diǎn)到點(diǎn)方式。n另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分類的標(biāo)準(zhǔn)連接距離。n數(shù)據(jù)流機(jī)器 (data fIow machine)n多計(jì)算機(jī) (muItiComputers)n網(wǎng)絡(luò):n 局域網(wǎng)n 城域網(wǎng)n 廣域網(wǎng)n 互聯(lián)網(wǎng)n距離是重要的分類尺度,因?yàn)樵诓煌倪B接距離下所使用的技術(shù)是不一樣的。按連接距離分類的多處理器系統(tǒng)按連接距離分類的多處理器系統(tǒng)2.3.2 局域網(wǎng)n局域網(wǎng)(Local Area Network),簡(jiǎn)稱LAN,是處于同一建筑、同一大學(xué)或方圓幾公里遠(yuǎn)地域內(nèi)的專用網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)常被用于連接公司辦公室或工廠

33、里的個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站,以便共享資源 (如打印機(jī))和交換信息。nLAN有和其他網(wǎng)絡(luò)不同的三個(gè)特征:范圍、傳輸技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LAN的覆蓋范圍比較小,即使是在最壞情況下其傳輸時(shí)間也是有限的,簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的管理。LAN的傳輸技術(shù):用用一條電纜連接所有的機(jī)器。傳統(tǒng)的LAN速度為10-1OOMbit/s,傳輸延遲低 (幾十個(gè)ms),并且出錯(cuò)率低。新的LAN運(yùn)行速度更高,可達(dá)到每秒數(shù)百兆位。廣播式LAN可以有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),例如總線形、環(huán)形。2.3.3 城域網(wǎng)n城域網(wǎng)(Metropolitan Area Network),簡(jiǎn)稱MAN,基本上是一種大型的LAN,通常使用與LAN相似的技術(shù)。它可能覆蓋一組鄰近的

34、公司辦公室和一個(gè)城市,既可能是私有的也可能是公用的。MAN可以支持?jǐn)?shù)據(jù)和聲音,并且可能涉及到當(dāng)?shù)氐挠芯€電視網(wǎng)。MAN僅使用一條或兩條電纜,并且不包含交換單元,即把分組分流到幾條可能的引出電纜的設(shè)備。2.3.4 廣域網(wǎng)n廣域網(wǎng) (Wide Area Network),或者稱WAN,是一種跨越大的地域的網(wǎng)絡(luò),通常包含一個(gè)國家或州。它包含想要運(yùn)行用戶 (即應(yīng)用)程序的機(jī)器的集合。2.3.5 無線網(wǎng)n移動(dòng)計(jì)算機(jī),例如筆記本計(jì)算機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理PDA( Personal Digital Assistant),是計(jì)算機(jī)工業(yè)增長(zhǎng)最快的一部分。許多擁有這種計(jì)算機(jī)的人在他們的辦公室里都有連接到LAN上的桌面計(jì)算

35、機(jī),并且希望當(dāng)他們不在辦公室或在路途中時(shí),仍然能連接到自己的大本營。顯然在汽車或飛機(jī)中不可能使用有線連接,這時(shí),無線網(wǎng)絡(luò)可滿足用戶的需要。n無線網(wǎng)絡(luò)有很多用處:n移動(dòng)式辦公室,旅途中的人通常希望使用他們的便攜式電子設(shè)備來發(fā)送和接收電話、傳真和電子郵件,閱讀遠(yuǎn)程文件,登錄到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上等,并且不論是在陸地、海上和天空中都可以工作。n無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于卡車、出租車、公共汽車和維修人員與基地保持聯(lián)系極其有用。2.3.6 互聯(lián)網(wǎng)n世界上有許多網(wǎng)絡(luò),而且常常使用不同的硬件和軟件。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的用戶經(jīng)常需要和另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的用戶通信。這就需要連接不同的、而且往往是不兼容的網(wǎng)絡(luò)。使用網(wǎng)關(guān) (gateway) 來完成

36、連接,并提供硬件和軟件的轉(zhuǎn)換。互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合就稱為互聯(lián)網(wǎng)(internetwrork或internet)。n常見的互聯(lián)網(wǎng)是通過WAN連接起來的LAN集合。2.4 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n2.4.1 2.4.1 基本概念基本概念n 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來,構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)資源共享。相互連接的網(wǎng)絡(luò)可以是同種類型的網(wǎng)絡(luò),也可以是運(yùn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異型系統(tǒng)。n網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要求:n不改變?cè)凶泳W(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信速率、硬件和軟件配置等,通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)使原先不能相互通信和共享資源的網(wǎng)絡(luò)間有條件實(shí)現(xiàn)相互通信和信息共享。n每個(gè)子網(wǎng):整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的共享資源,屏蔽各子網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)

37、議、服務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)管理等方面的差異。n2.4.2 2.4.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范n網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)必須遵循一定的規(guī)范,局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(IEEE802委員會(huì)),建立了802課題,制定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。n2.4.3 2.4.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和操作系統(tǒng)n局域網(wǎng)操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接的重要軟件。局域網(wǎng)操作系統(tǒng)通過網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序與網(wǎng)卡通信實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層協(xié)議。對(duì)不同傳輸介質(zhì)、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同介質(zhì)訪問控制協(xié)議的異型網(wǎng),要求計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)能很好地解決異型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題。nNetware,Windows NT Server,LAN M

38、anager都是局域網(wǎng)操作系統(tǒng)的范例。n2.4.4 2.4.4 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)交換,包括在不同傳輸介質(zhì)、不同速率、不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。n現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)規(guī)范對(duì)一條總線段上容許掛接的自控設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)有嚴(yán)格的限制。n同種總線的網(wǎng)段采用中繼器或網(wǎng)橋n不同類型的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段之間采用網(wǎng)關(guān)n采用中繼器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)、路由器等將不同網(wǎng)段、子網(wǎng)連接成企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。n2.5 2.5 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備n不同層次采用不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備:n物理層使用中繼器 (Repeater),通過復(fù)制位信號(hào)延伸網(wǎng)段長(zhǎng)度n數(shù)據(jù)鏈路層使用網(wǎng)橋

39、 (bridge),在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀n網(wǎng)絡(luò)層使用路由器 (Router)在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組信號(hào)n傳輸層及傳輸層以上,使用網(wǎng)關(guān) (gateway)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,提供更高層次的接口n2.5.1 2.5.1 中繼器中繼器n中繼器 (repeater)又稱重發(fā)器。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間存在一定的傳輸距離,網(wǎng)絡(luò)中攜帶信息的信號(hào)在通過一個(gè)固定長(zhǎng)度的距離后,會(huì)因衰減或噪聲干擾而影響數(shù)據(jù)的完整性,影響接收節(jié)點(diǎn)正確的接收和辨認(rèn),因而經(jīng)常需要運(yùn)用中繼器。n中繼器接受一個(gè)線路中的報(bào)文信號(hào),將其進(jìn)行整形放大、重新復(fù)制,并將新生成的復(fù)制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至下一網(wǎng)段或轉(zhuǎn)發(fā)到其他介質(zhì)段。n中繼器不同于放大器:n放大器從輸人

40、端讀入舊信號(hào),然后輸出一個(gè)形狀相同、放大的新信號(hào);n而中繼器則不同,它并不是放大信號(hào),而是重新生成它;n中繼器是一個(gè)再生器,而不是一個(gè)放大器。n中繼器放置在傳輸線路上的位置是很重要的,中繼器必須放置在任一位信號(hào)的含義受到噪聲影響之前。n2.5.2 2.5.2 網(wǎng)橋網(wǎng)橋n 網(wǎng)橋是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,用來連接同一類型的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn),再送到物理層,通過物理傳輸介質(zhì)送到另一個(gè)子網(wǎng)或網(wǎng)段。它具有尋址與路徑選擇的功能,在接收到幀之后,要決定正確的路徑將幀送到相應(yīng)的目的站點(diǎn)。n網(wǎng)橋能夠互聯(lián)兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸速率、不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。它要求兩個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層

41、以上采用相同或兼容的協(xié)議。網(wǎng)橋同時(shí)作用在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。n網(wǎng)橋比中繼器多了一點(diǎn)智能。中繼器不處理報(bào)文,它沒有理解報(bào)文中任何東西的智能,它們只是簡(jiǎn)單地復(fù)制報(bào)文。而網(wǎng)橋有一些小小的智能,它可以知道兩個(gè)相鄰網(wǎng)段的地址。n 網(wǎng)橋與中繼器的區(qū)別在于:網(wǎng)橋具有使不同網(wǎng)段之間的通信相互隔離的邏輯,或者說網(wǎng)橋是一種聰明的中繼器。它只對(duì)包含預(yù)期接收者網(wǎng)段的信號(hào)包進(jìn)行中繼。這樣,網(wǎng)橋起到了過濾信號(hào)包的作用,利用它可以控制網(wǎng)絡(luò)擁塞,同時(shí)隔離出現(xiàn)了問題的鏈路。n2.5.3 路由器n路由器工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層,在路由器所包含的地址之間,可能存在若干路徑,路由器可以為某次特定的傳輸選擇一條最好的路徑。n路

42、由器如同網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)那樣工作,同時(shí)連接到兩個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)中,并同時(shí)擁有它們所有的地址。路由器從所連接的節(jié)點(diǎn)上接收包,同時(shí)將它們傳送到第二個(gè)連接的網(wǎng)絡(luò)中。n2.5.4 網(wǎng)關(guān)n網(wǎng)關(guān)又被稱為網(wǎng)間協(xié)議變換器,用以實(shí)現(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間、包括使用不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。由于它在技術(shù)上與它所連接的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的具體協(xié)議有關(guān),因而用于不同網(wǎng)絡(luò)間轉(zhuǎn)換連接的網(wǎng)關(guān)是不相同的。n網(wǎng)關(guān)允許在具有不同協(xié)議和報(bào)文組的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)。在報(bào)文從一個(gè)網(wǎng)段到另一個(gè)網(wǎng)段的傳送中,網(wǎng)關(guān)提供了一種把報(bào)文重新封裝形成新的報(bào)文組的方式。n網(wǎng)關(guān)需要完成報(bào)文的接收、翻譯與發(fā)送。n它使用兩個(gè)微處理器和兩套各自獨(dú)立的芯片組。每

43、個(gè)微處理器都知道自己本地的總線語言,在兩個(gè)微處理器之間設(shè)置一個(gè)基本的翻譯器。I/O數(shù)據(jù)通過微處理器,在網(wǎng)段之間來回傳遞數(shù)據(jù)。n在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用:把一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)送往另一類不同協(xié)議或更高一層的網(wǎng)絡(luò)。例如,把ASI網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)送往PROFIBUS-DP網(wǎng)段。 2.6 通信參考模型n2.6.1 2.6.1 OSIOSI參考模型參考模型n為了實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備之間的互聯(lián)操作與數(shù)據(jù)交換,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC97于1978年建立了 “開放系統(tǒng)互聯(lián)”分技術(shù)委員會(huì),起草了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI(open system interconnection)的建議草案,形成OSI參考

44、模型。n開放并不是指對(duì)特定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具體的互聯(lián)技術(shù)或手段,而是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)同。一個(gè)系統(tǒng)是開放系統(tǒng),是指它可以與世界上任一遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他系統(tǒng)互聯(lián)通信。OSIOSI參考模型參考模型n1.1.物理層物理層n物理層 (physical layer)涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?。設(shè)計(jì)上必須保證一方發(fā)出二進(jìn)制 “1”時(shí),另一方收到的也是 “1”而不是 “0”。n典型問題(1)用多少伏特電壓表示 “1”,多少伏特電壓表示 “0”(2)一個(gè)比特持續(xù)多少微秒(3)傳輸是否在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行(4)最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止(5)網(wǎng)絡(luò)接插件有多少針以及各針的用途。n主要是處理機(jī)械的、電氣的和

45、過程的接口,以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。n2.2.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層n數(shù)據(jù)鏈路層 (data link layer)的主要任務(wù)是加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能,使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無錯(cuò)線路。n(1)通過在幀的前面和后面附加上特殊的二進(jìn)制編碼模式來產(chǎn)生和識(shí)別幀邊界。n(2)解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問題。n(3)防止高速發(fā)送方的數(shù)據(jù)把低速的接收方 “淹沒”。采用某種流量調(diào)節(jié)機(jī)制,使發(fā)送方知道當(dāng)前接收方還有多少緩存空間。n(4)雙向傳輸數(shù)據(jù):從A到B數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀將同從B到A的數(shù)據(jù)幀競(jìng)爭(zhēng)線路的使用權(quán)。n(5)廣播式網(wǎng)絡(luò):控制對(duì)共享信道的訪問,數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)特殊的子層介質(zhì)訪問子層

46、。n3.3.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層n網(wǎng)絡(luò)層 (network layer)關(guān)系到子網(wǎng)的運(yùn)行控制,其中一個(gè)關(guān)鍵問題是確定分組從源端到目的端如何選擇路由。n過多分組,相互阻塞通路擁塞控制n網(wǎng)絡(luò)層設(shè)有記賬功能,軟件必須對(duì)每一個(gè)顧客究竟發(fā)送了多少分組、多少字符或多少比特進(jìn)行記數(shù),以便于生成賬單。n分組跨越網(wǎng)絡(luò):尋址方法完全不同,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也不同,異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。n4.4.傳輸層傳輸層n傳輸層 (transport layer)的基本功能是從會(huì)話層接收數(shù)據(jù),并且在必要時(shí)把它分成較小的單元,傳遞給網(wǎng)絡(luò)層,并確保到達(dá)對(duì)方的各段信息正確無誤。n會(huì)話層每請(qǐng)求建立一個(gè)傳輸連接,傳輸層就為其創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連接。n最流行的傳輸

47、連接是一條無錯(cuò)的、按發(fā)送順序傳輸報(bào)文或字節(jié)的點(diǎn)到點(diǎn)的信道。n傳輸層是真正的從源到目標(biāo) 端到端的層。n5.5.會(huì)話層會(huì)話層n會(huì)話層 (Session layer)允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話 (session)關(guān)系。n管理對(duì)話:n(1)方式:會(huì)話層允許信息同時(shí)雙向傳輸,或任一時(shí)刻只能單向傳輸。n(2)令牌管理 (token management):令牌可以在會(huì)話雙方之間交換,只有持有令牌的一方可以執(zhí)行某種關(guān)鍵操作。n(3)同步 (synchronization):在數(shù)據(jù)流中插人檢查點(diǎn),每次網(wǎng)絡(luò)崩潰后,僅需要重傳最后一個(gè)檢查點(diǎn)以后的數(shù)據(jù)。 n6.6.表示層表示層n表示層 (presentation

48、 layer)完成某些特定功能:所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義。n為了讓采用不同表示法的計(jì)算機(jī)之間能進(jìn)行通信,交換中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用抽象的方式來定義,并且使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼方式。表示層管理這些抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并且在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。n7.7.應(yīng)用層應(yīng)用層n應(yīng)用層 (application layer)包含大量人們普遍需要的協(xié)議。n虛擬終端軟件都位于應(yīng)用層。n解決不同的系統(tǒng)之間傳輸文件所需處理的各種不兼容問題。n文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程作業(yè)輸入、名錄查詢和其他各種通用和專用的功能。 n2.6.2 2.6.2 TCP/IPTCP/IP參考模型參考模型n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的祖父ARPA

49、NET和其后繼的因特網(wǎng)使用的參考模型TCP/IP參考模型 (TCP/IP reference model) 。nARPANET是由美國國防部DoD(USDepartment of Defense)贊助的研究網(wǎng)絡(luò)。n主要設(shè)計(jì)目標(biāo):n 無縫隙地連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)n 網(wǎng)絡(luò)不受子網(wǎng)硬件損失的影響TCP/IP參考模型n1.1.互聯(lián)網(wǎng)層互聯(lián)網(wǎng)層n基于無連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層的分組交換網(wǎng)絡(luò)。n功能是使主機(jī)可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨(dú)立地傳向目標(biāo) (可能經(jīng)由不同的網(wǎng)絡(luò))。這些分組到達(dá)的順序和發(fā)送的順序可能不同,因此如果需要按順序發(fā)送及接收時(shí),高層必須對(duì)分組排序。n互聯(lián)網(wǎng)層定義了正式的分組格式和協(xié)議,即IP協(xié)議 (internet protocol)。n2.2.傳輸層傳輸層n功能:使源端和目標(biāo)端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話和OSI的傳輸層一樣。n定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議:n傳輸控制協(xié)議TC

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