數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

變電站綜合自動(dòng)化原理第三章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院2第三章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI基本參考模型3.5計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院31、信息：用于描述客觀世界的事實(shí)、概念和指令，有多種存在形式，如文字、聲音、圖像等。2、信道：傳輸信息的通道，分為物理信道和邏輯信道。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)物理信道是指用來(lái)傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，由傳輸介質(zhì)及相關(guān)控制設(shè)備組成，真實(shí)存在。網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理通路稱為通信鏈路。邏輯信道是在物理信道的基礎(chǔ)上想象出來(lái)的一種通路，實(shí)質(zhì)上是將物理信道傳輸?shù)男畔⑷藶榈姆诸?。一條物理信道可對(duì)應(yīng)多個(gè)邏輯信道3、數(shù)據(jù)：是信息的表現(xiàn)形式，分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。4、信號(hào)：數(shù)據(jù)的電磁形式，對(duì)應(yīng)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念：河南理工大學(xué)電氣學(xué)院45、碼元：指承載信息量的基本信號(hào)單位，一個(gè)碼元就是一個(gè)單位電脈沖。6、帶寬：指信道能傳送信號(hào)的頻率寬帶，即可傳送信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差；由傳輸介質(zhì)、接口部件、傳輸協(xié)議以及傳輸信息的特征等多種因素決定，是衡量傳輸系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。7、數(shù)據(jù)傳輸速率：指通信線上傳輸信息的速度，有數(shù)據(jù)速率S和調(diào)制速率B兩種表示方法。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)8、信道容量：表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，bps。S－單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制位的有效位數(shù)，bps；B－單位時(shí)間內(nèi)所傳送碼元個(gè)數(shù)，Baud。S＝B×log2NN—一個(gè)碼元所能表示的有效離散值的個(gè)數(shù)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院59、調(diào)制解調(diào)器（Modem）：3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)利用模擬電話線路進(jìn)行數(shù)字通訊：計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息是數(shù)字信號(hào)，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號(hào)。當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過(guò)電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為“調(diào)制（Modulation）”，也稱D/A轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)通過(guò)電話載波傳送到另一計(jì)算機(jī)之前，還要把模擬信號(hào)還原為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程為“解調(diào)（Demodulation）”，也稱A/D轉(zhuǎn)換。正是通過(guò)這樣一個(gè)“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院69、調(diào)制解調(diào)器（Modem）：3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)載波通信（有線、無(wú)線）：語(yǔ)音信號(hào)頻率是在100～7500Hz的范圍之，要用無(wú)線電波把話音信號(hào)直接傳播出去，需要功率很大的發(fā)射機(jī)，而且還必須要用巨型發(fā)射天線(發(fā)射天線的長(zhǎng)度至少要有波長(zhǎng)的四分之一)。若要傳送頻率為5000Hz的信息，要用長(zhǎng)度為15千米的天線。如果用導(dǎo)線來(lái)傳送低頻信號(hào)，線路利用率太低，遠(yuǎn)距離傳輸成本太高。都需要利用高頻的載波，即把低頻的有用信號(hào)疊加到載波上，使載波的頻率、幅度或相位發(fā)生相應(yīng)的變化(“調(diào)制”)；由于經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)中包含有原始信號(hào)的信息，傳輸?shù)綄?duì)方后，經(jīng)解調(diào)、濾波等一系列過(guò)程后，可使原信號(hào)得以恢復(fù)。利用載波技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)“頻分復(fù)用”（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）。即在同一條線路上，利用各種不同頻率的高頻載波來(lái)“載送”多路信號(hào)，使它們?cè)谕粭l線路上同時(shí)傳送而互不干擾，信號(hào)傳到對(duì)方后再進(jìn)行還原和各路分離。傳統(tǒng)的載波電話通信是把低頻話音信號(hào)疊加到高頻的載波上,使載波的幅度隨著話音信號(hào)幅度的變化而變化。FM頻道廣播屬于調(diào)頻廣播，采用頻率調(diào)制的方式進(jìn)行廣播播出。它的特點(diǎn)是音質(zhì)清晰，可以雙聲道立體聲傳輸，但傳播距離比較短，在沒(méi)有中繼轉(zhuǎn)播站的情況下，其傳輸距離一般不超過(guò)100公里。一般城市廣播會(huì)選擇調(diào)頻頻率播出。電力載波通信河南理工大學(xué)電氣學(xué)院73.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)11、頻帶傳輸：10、基帶傳輸：基帶信號(hào)：信源發(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制（頻譜搬移和變換）的原始電信號(hào)，其特點(diǎn)是頻率較低。根據(jù)原始電信號(hào)的特征，可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)。通俗的說(shuō),基帶信號(hào)就是信源發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)挠杏眯畔⒌男盘?hào)聲波(模擬基帶信號(hào))，計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的0或1數(shù)字脈沖信號(hào)(數(shù)字基帶信號(hào))基帶傳輸：在信道中直接傳送基帶信號(hào)應(yīng)用：基帶傳輸不需要調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備花費(fèi)小；由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號(hào)衰減不大。適合100m以內(nèi)的短距離數(shù)據(jù)傳輸。如從計(jì)算機(jī)到監(jiān)視器、打印機(jī)等外設(shè)的信號(hào)就是基帶傳輸?shù)?。大多?shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸，如常見的10BaseT網(wǎng)絡(luò)使用的就是基帶信號(hào)（10Mbps）。在遠(yuǎn)距離通信時(shí)，先將基帶信號(hào)調(diào)制成較高頻率范圍的頻帶信號(hào)，再將這種頻帶信號(hào)在信道中傳輸。載波傳輸能實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的目的河南理工大學(xué)電氣學(xué)院812、寬帶傳輸：3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)使用寬頻帶進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)就稱為寬帶傳輸系統(tǒng)，本質(zhì)上是頻帶傳輸技術(shù)。一般進(jìn)行子頻帶分割，實(shí)現(xiàn)“多路復(fù)用技術(shù)”。

將鏈路容量分解成兩個(gè)或更多的信道（邏輯信道），每個(gè)信道可以攜帶不同的信號(hào)。這樣就能把聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息的傳輸綜合在一個(gè)物理信道中進(jìn)行，以滿足高速、大容量數(shù)據(jù)通信的需求。13、串行傳輸：指一位一位的傳送數(shù)據(jù)，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可。缺點(diǎn)是傳輸速度較慢。14、并行傳輸：一次可傳送一個(gè)字節(jié)（8位），發(fā)送端到接收端用多根線。傳輸速度快，傳輸距離短。計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線多為并行傳輸。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院9二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的任務(wù)就是把信息以數(shù)據(jù)的形式從一處傳送到另外一處或多處。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，需要將終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間需要利用通信媒介實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，稱為物理信道。物理信道有3種連接方式：1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接終端和計(jì)算機(jī)之間直接連接或通過(guò)Modem用線路進(jìn)行連接應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信量較大的場(chǎng)合河南理工大學(xué)電氣學(xué)院10二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)幾個(gè)終端通過(guò)一條公用線路與計(jì)算機(jī)相連為了提高物理信道的利用率，通信量不大時(shí)采用在該方式下，計(jì)算機(jī)作為主站，終端作為從站。計(jì)算機(jī)控制信息的接收和發(fā)送，終端不能隨意發(fā)送信息，否則將引起信號(hào)沖突。2、多點(diǎn)式連接河南理工大學(xué)電氣學(xué)院11二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)為了節(jié)約信道，將多個(gè)終端連接到多路復(fù)用器或集中器上，集中器與計(jì)算機(jī)相連3、集中式連接河南理工大學(xué)電氣學(xué)院12二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)所允許的傳輸方向，可分為三種：1、單工通信－數(shù)據(jù)只能沿一個(gè)固定方向傳輸，即傳輸是單向的；2、半雙工通信－允許數(shù)據(jù)沿兩個(gè)方向傳輸，但在同一時(shí)刻信息只能在一個(gè)方向傳輸；3、雙工通信－允許信息同時(shí)沿兩個(gè)方向傳輸。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院13三、傳輸介質(zhì)常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介可分為兩類：一類是有線的，主要有同軸電纜、雙絞線及光纜；另一類是無(wú)線的，主要有微波、無(wú)線電、激光和紅外線等。

1、同軸電纜及相關(guān)設(shè)備3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)圓筒式的外導(dǎo)體(屏蔽層，接地)套在內(nèi)導(dǎo)體（一根細(xì)芯）外面兩個(gè)導(dǎo)體間用絕緣材料互相隔離屏蔽層防止外部電磁波干擾異常信號(hào)的傳遞（靜電屏蔽原理）河南理工大學(xué)電氣學(xué)院14三、傳輸介質(zhì)1、同軸電纜及相關(guān)設(shè)備：用途：有線電視網(wǎng)(RG-59)、局域網(wǎng)(RG-8粗纜10BASE-5、RG-58細(xì)纜10BASE-2)分類：粗纜、細(xì)纜細(xì)纜連接設(shè)備及技術(shù)參數(shù)：電纜、BNC頭、T型頭及終端匹配設(shè)備等。

.最大的干線段長(zhǎng)度：184m；

.最大網(wǎng)絡(luò)干線電纜長(zhǎng)度：925m；

.每條干線段支持的最大結(jié)點(diǎn)數(shù)：30；3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院15粗纜連接設(shè)備及技術(shù)參數(shù)：包括轉(zhuǎn)換器、DIX連接器及電纜、N－系列插頭、N系列匹配器等。采用粗纜組網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)有：

.最大的干線段長(zhǎng)度：500m；

.最大網(wǎng)絡(luò)干線電纜長(zhǎng)度：2500m；3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院162、雙絞線(Twisted-pair)：由兩根導(dǎo)線按一定扭距相互絞合在一起的傳輸介質(zhì)，每根線加絕緣層并有顏色標(biāo)記。成對(duì)線的扭絞旨在使電磁輻射和外部電磁干擾減到最小。一般由兩根22-26號(hào)絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成實(shí)際使用時(shí)，雙絞線是由多對(duì)雙絞線一起包在一個(gè)絕緣電纜套管里的，典型的雙絞線有四對(duì)的。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院172、雙絞線：雙絞線按其電氣特性分級(jí)或分類。EIA/TIA第一、二類雙絞線在LAN中很少使用EIA/TIA第三類雙絞線符合EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中確定的100Ω水平布線電纜的要求，可用來(lái)進(jìn)行10Mbps和IEEE802.310Base-T的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸；EIA/TIA第四類雙絞線適用于包括16Mbps令牌環(huán)局域網(wǎng)在內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率；可以是UTP，也可以是STP。EIA/TIA第五類雙絞線適用于16Mbps以上的速率，最高可達(dá)100Mbps。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)使用雙絞線組網(wǎng)，網(wǎng)卡必須帶有RJ45接口，還需要集線器HUB，總共需要4根導(dǎo)線通信，兩根用于發(fā)送數(shù)據(jù)，兩根用于接收數(shù)據(jù)。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院18雙絞線（10BASE－T）以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范可歸結(jié)為：允許5個(gè)網(wǎng)段，每網(wǎng)段最大長(zhǎng)度100m；在同一信道上允許連接4個(gè)中繼器或集線器(Hub)；在其中的三個(gè)網(wǎng)段上可以增加節(jié)點(diǎn)；在另外兩個(gè)網(wǎng)段上，除做中繼器鏈路外，不能接任何節(jié)點(diǎn)；最大站點(diǎn)數(shù)1024，網(wǎng)絡(luò)直徑不超過(guò)2500m。利用雙絞線組網(wǎng)，具有造價(jià)低、速率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，雙絞線已成為最主流的末端傳輸介質(zhì)。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院193、光纖：由許多細(xì)如發(fā)絲的玻璃纖維外加絕緣護(hù)套組成。光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)，是組成快速網(wǎng)絡(luò)的最好選擇。三、傳輸介質(zhì)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院203、光纖：3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院213、光纖：3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院22光纖的組網(wǎng)規(guī)則為：

.最大段長(zhǎng)：2000m；

.每段最大節(jié)點(diǎn)（NODE）數(shù)2；

.每網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)（NODE）數(shù)1024；

.每鏈的最大HUB數(shù)4。三、傳輸介質(zhì)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院23三、傳輸介質(zhì)3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院244、無(wú)線媒體：不使用電子或光學(xué)導(dǎo)體，通常大氣便是數(shù)據(jù)的物理通路；無(wú)線媒體有：無(wú)線電、微波及紅外線等三種主要類型。

3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)三、傳輸介質(zhì)902~925MHz2.4GHz（各國(guó)共同的ISM頻段：WiFi，Bluetooth，ZigBee）5.72~5.85GHz需要考慮的重要問(wèn)題是：電磁波頻率的范圍（頻譜）是相當(dāng)有限的。未受管制的頻率：ISM(IndustrialScientificMedical)頻段，無(wú)需授權(quán)許可，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院25四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸1、根據(jù)信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)，相應(yīng)的傳輸方式分別稱為數(shù)字傳輸和模擬傳輸。如果一個(gè)傳輸系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)都是模擬信號(hào)，則它是一個(gè)模擬傳輸系統(tǒng)；如果一個(gè)傳輸系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，則它是一個(gè)數(shù)字傳輸系統(tǒng)。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與傳輸信號(hào)所代表的現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)到底是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)無(wú)關(guān)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院26四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸2、數(shù)字信號(hào)通過(guò)模擬傳輸系統(tǒng)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)互換的設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器（Modem）。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有幅度、頻率和相位三大要素。調(diào)制是讓基帶信號(hào)去控制載波的某個(gè)（或某些）參數(shù)，控制其中的任何一個(gè)都會(huì)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使之成為攜帶信息的信號(hào)。數(shù)字調(diào)制的三種基本形式是幅移鍵控法ASK、頻移鍵控法FSK、相移鍵控法PSK。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院27四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸2、數(shù)字信號(hào)通過(guò)模擬傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)字調(diào)制的三種基本形式是幅移鍵控法ASK、頻移鍵控法FSK、相移鍵控法PSK。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)ASK—用載波的兩種不同幅度來(lái)表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。FSK—用載波頻率附近的兩種不同頻率來(lái)表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。PSK—用載波信號(hào)相位移動(dòng)來(lái)表示數(shù)據(jù)。

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院28四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸3、數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸。⑴、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖，常用于近距離通信的局域網(wǎng)，其在傳輸時(shí)需解決的問(wèn)題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步兩個(gè)方面。用不同的電壓電平來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院293.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院30四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸3、數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸。（2）歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)：不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。單極性碼會(huì)積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好的交流耦合，直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層。雙極性碼的直流分量大大減小，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸很有利的。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院31（3）同步過(guò)程：四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸3、數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)只有最初級(jí)的邏輯電路才使用單一的時(shí)鐘。大多數(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的應(yīng)用都需要進(jìn)行跨越多個(gè)時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)移動(dòng)，例如磁盤控制器、CDROM/DVD控制器、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡以及網(wǎng)絡(luò)處理器等。當(dāng)信號(hào)從一個(gè)時(shí)鐘域傳送到另一個(gè)時(shí)鐘域時(shí)，出現(xiàn)在新時(shí)鐘域的信號(hào)是異步信號(hào)。接收該信號(hào)的電路需要對(duì)其進(jìn)行同步。為了使整個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠的工作，收、發(fā)雙方必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)就是同步。位同步和群同步兩種方法河南理工大學(xué)電氣學(xué)院32（3）同步過(guò)程：

1）位同步－又稱同步傳輸（比特同步、碼元同步），是使接收端對(duì)每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步；實(shí)現(xiàn)的方法有外同步法和自同步法。四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸3、數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)外同步法：發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一段同步時(shí)鐘脈沖；接收端按照這一時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中與發(fā)送端保持同步。外同步法：同步信號(hào)是由發(fā)送端送來(lái)的。自同步法：接收端能從接受的數(shù)據(jù)中提取同步信號(hào)。自同步法：能從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。曼徹斯特編碼河南理工大學(xué)電氣學(xué)院33（3）同步過(guò)程：

2）群同步－又稱異步傳輸，是指?jìng)鬏數(shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸?，?shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，字符可順序出現(xiàn)在比特流中，字符間的間隔時(shí)間是任意的，但字符內(nèi)各個(gè)比特用固定的時(shí)鐘頻率傳輸；字符間的異步定時(shí)與字符內(nèi)各個(gè)比特間的同步定時(shí)，是群同步的特征。四、數(shù)字傳輸與模擬傳輸3、數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸。3.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院34絕大多數(shù)情況下，不可能在任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在一個(gè)專用的通路。如何在兩個(gè)沒(méi)有直接連接的節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)呢？—數(shù)據(jù)交換按數(shù)據(jù)傳送的實(shí)現(xiàn)手段分，交換可分為：電路交換、報(bào)文交換和分組交換三種基本技術(shù)。一、電路交換的工作原理電路交換是指在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，先在網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的專用電路。

1、電路交換的三個(gè)過(guò)程（1）電路的建立－在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條端到端的電路。（2）數(shù)據(jù)傳輸：在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，所建立的電路必須時(shí)刻保持連接狀態(tài)。（3）電路的拆除：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方發(fā)出拆除請(qǐng)求，逐個(gè)節(jié)點(diǎn)拆除連接到對(duì)方的通路。3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)(DataSwitching)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院35一、電路交換的工作原理

2、電路交換技術(shù)的特點(diǎn)：3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要缺點(diǎn)：（1）電路接續(xù)時(shí)間長(zhǎng)：網(wǎng)絡(luò)比較繁忙時(shí)，可能無(wú)法接續(xù)，即“呼叫阻塞”現(xiàn)象。（2）線路利用率低：即使通信雙方之間暫時(shí)不傳送數(shù)據(jù)時(shí)，其占用的電路也不能為其它通信所用。電路交換在整個(gè)通信過(guò)程中通信雙方一直獨(dú)占該電路，因此其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小。電路交換比較適用于一次傳送的信息量大和通信過(guò)程中實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院36二、報(bào)文交換的工作原理當(dāng)端點(diǎn)間交換的數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性和突發(fā)性時(shí)，采用電路交換方法會(huì)造成信道容量和有效時(shí)間的浪費(fèi)。3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)1、報(bào)文交換原理：報(bào)文交換時(shí)端與端之間無(wú)需先通過(guò)呼叫建立連接某一站點(diǎn)需要發(fā)送報(bào)文時(shí)，首先將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在接收到報(bào)文并檢查無(wú)誤后，就暫存這個(gè)報(bào)文；然后根據(jù)目標(biāo)地址的路由信息找出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的交通情況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)?？梢姡瑘?bào)文在網(wǎng)絡(luò)中一站一站地向前傳送。報(bào)文經(jīng)過(guò)多次的存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。報(bào)文交換的本質(zhì)就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文(Message)就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長(zhǎng)度不限且可變。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院37二、報(bào)文交換的工作原理3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院38二、報(bào)文交換的工作原理

2、報(bào)文交換的特點(diǎn)：（1）報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用“存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)”方式，在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道；（2）在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，故報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)（1）電路利用效率高：多個(gè)報(bào)文可以分時(shí)共享兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通道，所以對(duì)于同樣的通信量，對(duì)電路的傳輸能力要求較低。（2）在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上，通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文，不過(guò)傳送延遲會(huì)增加；電路交換網(wǎng)絡(luò)上則不能接受新的呼叫（呼叫阻塞）。（3）報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)；3、報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)：河南理工大學(xué)電氣學(xué)院39二、報(bào)文交換的工作原理

4、報(bào)文交換的缺點(diǎn)：（1）不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求，報(bào)文經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間長(zhǎng)且不定；（2）有時(shí)節(jié)點(diǎn)收到過(guò)多的數(shù)據(jù)而無(wú)存儲(chǔ)空間或不能及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就不得不丟棄報(bào)文。（3）報(bào)文交換對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求太高。由于對(duì)報(bào)文的長(zhǎng)度沒(méi)有限制（長(zhǎng)報(bào)文），中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量就必須無(wú)限大。因此實(shí)際網(wǎng)絡(luò)不采用報(bào)文交換方式。3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院40三、分組交換的工作原理3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換時(shí)是報(bào)文交換的一種改進(jìn)它將報(bào)文分成若干分組，每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限，有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了，分組可以存儲(chǔ)到內(nèi)存中，提高交換速度計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最為廣泛的一種交換技術(shù)。分組交換有虛電路交換和數(shù)據(jù)報(bào)分組交換兩種。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院41三、分組交換的工作原理1、虛電路分組交換原理和特點(diǎn)：3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)在虛電路交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間要先建一條邏輯通路（規(guī)劃但未占用）。每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符。

在預(yù)先建好的路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇來(lái)判定。

之所以稱為“虛電路”，是因?yàn)檫@條電路不是專用的，仍然需要緩沖和排隊(duì)。主要特點(diǎn)：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過(guò)虛呼叫設(shè)置一條虛電路。并非電路交換那樣的專用通路，分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊(duì)等待輸出河南理工大學(xué)電氣學(xué)院42三、分組交換的工作原理2、數(shù)據(jù)報(bào)分組交換原理與特點(diǎn)：3.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)每個(gè)分組的傳送是被單獨(dú)處理的。每個(gè)分組稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶足夠的地址信息。一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)中的地址信息和節(jié)點(diǎn)所存儲(chǔ)的路由信息，找出一個(gè)合適的出路，把數(shù)據(jù)報(bào)原樣的發(fā)送到下一節(jié)點(diǎn)。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院43一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)利用通信設(shè)備和線路，將地理位置不同的、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（即網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、信息交換方式、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息交換的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)的主要作用是資源共享和信息交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由以下三個(gè)部分組成：（1）具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)；（2）通信設(shè)備與線路；（3）功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院443.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院45二、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)在物理上的連接形式。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有：星形結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)及網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，主要是將星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院46三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)1、星形結(jié)構(gòu)：以中央節(jié)點(diǎn)為中心，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸必須通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信最多只需兩步中心節(jié)點(diǎn)通常由集線器(Hub)或交換機(jī)充當(dāng)，是目前局域網(wǎng)最常見的方式。

要求中央節(jié)點(diǎn)的可靠性很高。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)控制容易、便于擴(kuò)充；缺點(diǎn)：對(duì)中央節(jié)點(diǎn)依賴性較高河南理工大學(xué)電氣學(xué)院47三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)2、總線結(jié)構(gòu)：采用一條稱為公共總線的傳輸介質(zhì)，將各計(jì)算機(jī)直接與總線連接。主機(jī)對(duì)于從設(shè)備的控制是利用廣播方式發(fā)送下去的，而從設(shè)備只對(duì)含有自己地址碼的指令做相關(guān)的回應(yīng)；在從設(shè)備做回應(yīng)的情況下，其他的從設(shè)備和主機(jī)保持沉默。會(huì)出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)起通信，競(jìng)爭(zhēng)總線的現(xiàn)象。要通過(guò)主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)設(shè)備訪問(wèn)傳輸介質(zhì)的順序。主機(jī)對(duì)整個(gè)總線必須具有絕對(duì)的控制權(quán)。優(yōu)點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充、可靠性高缺點(diǎn)：由于共用一條總線，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合不太適用；傳輸距離有限，故障診斷和隔離也比較困難。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院48三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)3、環(huán)形結(jié)構(gòu)：各節(jié)點(diǎn)通過(guò)接口連接在一條閉合的環(huán)形通信線路中環(huán)形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：每個(gè)端用戶都與相臨的兩個(gè)端用戶相連，因而存在著點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，但總是以單向方式操作，即每臺(tái)計(jì)算機(jī)按位置不同有一個(gè)順序編號(hào)，信號(hào)按計(jì)算機(jī)編號(hào)順序以“接力”方式傳輸。例如：若計(jì)算機(jī)A欲將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)D時(shí)，必須先傳送給B，B收到信號(hào)后發(fā)現(xiàn)不是給自己的，于是再傳給C，直到傳送到計(jì)算機(jī)D。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院49三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)3、環(huán)形結(jié)構(gòu)：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)例子是令牌環(huán)網(wǎng)(Tokenringnetwork

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。在老式的令牌環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)16Mbps，新型的快速令牌環(huán)網(wǎng)速度可達(dá)100Mbps。如果多個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)要同時(shí)往外發(fā)送數(shù)據(jù)包，就會(huì)形成沖突。在令牌環(huán)網(wǎng)中有一個(gè)令牌(Token)，沿著環(huán)形總線在入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)間依次傳遞。令牌實(shí)際上是一個(gè)特殊格式的幀，本身并不包含信息，僅控制信道的使用，確保在同一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)占信道。令牌在工作中有“閑”和“忙”兩種狀態(tài)?！伴e”表示令牌沒(méi)有被占用，即網(wǎng)中沒(méi)有計(jì)算機(jī)在傳送信息；“忙”表示令牌已被占用，即網(wǎng)中有信息正在傳送。所有的站點(diǎn)都可以俘獲令牌。希望傳送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)只有取得“閑”令牌后才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并在發(fā)送之前將其置為“忙”狀態(tài)。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)被目的節(jié)點(diǎn)接收后，令牌被重新置為“閑”。令牌環(huán)網(wǎng)需要維護(hù)令牌，一旦失去令牌就無(wú)法工作，所以需要選擇專門的節(jié)點(diǎn)監(jiān)視和管理令牌。解決方法：河南理工大學(xué)電氣學(xué)院50三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)3、環(huán)形結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好，信息吞吐量大，網(wǎng)的周長(zhǎng)可達(dá)200km，節(jié)點(diǎn)可達(dá)幾百個(gè)；網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，組成這個(gè)只需節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，以及連接器，沒(méi)有價(jià)格昂貴的節(jié)點(diǎn)集中設(shè)備，如集線器和交換機(jī)。缺點(diǎn)：由于環(huán)路是封閉的，所以擴(kuò)充不便。如果要新添加或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，就必須中斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在環(huán)的兩端作好連接器才能連接。環(huán)上傳輸?shù)娜魏涡畔⒍急仨毚┻^(guò)所有端點(diǎn)，因此，如果環(huán)的某一點(diǎn)斷開，環(huán)上所有端間的通信便會(huì)終止。為克服這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的脆弱，采用雙環(huán)或多環(huán)結(jié)構(gòu)：每個(gè)端點(diǎn)除與一個(gè)環(huán)相連外，還連接到備用環(huán)上，當(dāng)主環(huán)故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用環(huán)上。

基于光纖雙環(huán)網(wǎng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院51一、協(xié)議及體系結(jié)構(gòu)3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型通信者活動(dòng)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)發(fā)信方通信者活動(dòng)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)收信方運(yùn)輸部門的郵政運(yùn)輸業(yè)務(wù)寫信、發(fā)信收集、分揀送運(yùn)輸部門運(yùn)輸閱讀信件分揀、投遞分發(fā)郵件轉(zhuǎn)送郵局郵政系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)協(xié)議：文字、語(yǔ)言、書寫規(guī)范層次：復(fù)雜問(wèn)題分解處理接口：郵箱、信箱、郵局網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Protocol）：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合層次結(jié)構(gòu)：將復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換任務(wù)分解為若干易處理且相對(duì)獨(dú)立的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)均由相應(yīng)的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次來(lái)完成。并且，每個(gè)層次功能的實(shí)現(xiàn)都需要遵循與該層對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。接口：相鄰層之間交換信息的連接點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型協(xié)議：文字、語(yǔ)言、書寫規(guī)范層次：復(fù)雜問(wèn)題分解處理接口：郵箱、信箱、郵局計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)：河南理工大學(xué)電氣學(xué)院533.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型2、層次結(jié)構(gòu)分層是對(duì)復(fù)雜問(wèn)題處理的方法。首先對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照功能進(jìn)行分層?！δ芊謱影凑展δ軐哟文Ｐ蛠?lái)編制實(shí)現(xiàn)各層功能所需的軟件協(xié)議?！獏f(xié)議分層

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型把通信系統(tǒng)的功能劃分為幾個(gè)基本功能層次結(jié)構(gòu)。最外層：應(yīng)用層，直接面向用戶的層次。中間層：功能管理層，負(fù)責(zé)兩端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層之間的連接以執(zhí)行應(yīng)用層要求的各種服務(wù)。最低層：傳輸管理層，也叫通信處理層，對(duì)在物理介質(zhì)上進(jìn)行信息傳輸?shù)目刂坪凸芾聿糠?。功能分層網(wǎng)絡(luò)的基本功能：是為地理位置不同的計(jì)算機(jī)用戶之間提供訪問(wèn)通路。下述功能是必須提供的：

1.連接源結(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的物理傳輸線路，可經(jīng)過(guò)中間結(jié)點(diǎn)2.每條線路兩端的節(jié)點(diǎn)利用波形進(jìn)行二進(jìn)制通信3.無(wú)差錯(cuò)的信息傳送4.多個(gè)用戶共享一條物理線路5.按照地址信息，進(jìn)行路由選擇6.信息緩沖和流量控制7.滿足各種用戶的訪問(wèn)要求河南理工大學(xué)電氣學(xué)院553.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型層次結(jié)構(gòu)的劃分原則：以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)；每層的功能應(yīng)是明確的，并且是相互獨(dú)立的，當(dāng)某一層的具體實(shí)現(xiàn)方法更新時(shí)，只要保持上、下層的接口不變，便不會(huì)對(duì)鄰居產(chǎn)生影響；層間接口必須清晰，跨越接口的信息量盡量少；層數(shù)適中：層數(shù)太少，會(huì)造成每一層的協(xié)議太復(fù)雜；層數(shù)太多，則體系結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，各層描述和實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的功能變得困難。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：每層功能的實(shí)現(xiàn)需借助下層的服務(wù)來(lái)完成，同時(shí)向上層提供更高級(jí)的服務(wù)通信只在相鄰層之間進(jìn)行，不允許跨層調(diào)用，因此僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)上一層完全屏蔽。例如第n層的實(shí)體在實(shí)現(xiàn)自身定義的功能時(shí)，只能使用第n－1層提供的服務(wù)。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院56二、OSI基本參考模型

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和各種的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的出現(xiàn)，需要解決不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連問(wèn)題。開放系統(tǒng)互連OSI（OpenSystemInterconnection）基本參考模型是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的標(biāo)準(zhǔn)化開放式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型?！伴_放”的含義是能使任何兩個(gè)遵循該參考模型及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互連。OSI七層模型從下到上分別為：物理層(PhysicalLayer,PH)、數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer,DL)、網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer,N)、傳輸層(TransportLayer,T)、會(huì)話層(SessionLayer,S)、表示層(PresentationLayer,P)和應(yīng)用層(ApplicationLayer,A)。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院57二、OSI基本參考模型

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型七層協(xié)議中，上面4層為用戶層，屬于高層功能，主要完成通信處理功能，通常需要由資源子網(wǎng)中的終端計(jì)算機(jī)提供。下面3層是通信子網(wǎng)，屬于低層功能，主要完成數(shù)據(jù)傳送功能，是網(wǎng)絡(luò)與終端均需具備的功能。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院58二、OSI基本參考模型

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型OSI最大優(yōu)點(diǎn)是將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個(gè)概念明確地區(qū)分開來(lái)服務(wù)說(shuō)明某一層為上一層提供一些什么功能；接口說(shuō)明上一層如何使用下層的服務(wù)；協(xié)議涉及如何實(shí)現(xiàn)本層的服務(wù)。這樣各層之間具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，互連網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體采用什么樣的協(xié)議是沒(méi)有限制的，只要向上提供相同的服務(wù)并且不改變相鄰層的接口就可以了。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院591、OSI模型中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型發(fā)送進(jìn)程送給接收進(jìn)程的數(shù)據(jù)，并不是從一臺(tái)計(jì)算機(jī)的第n層直接傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的第n層（水平方向）實(shí)際上是經(jīng)過(guò)發(fā)送方各層從上到下的傳遞到物理媒體，通過(guò)物理媒體傳輸?shù)浇邮辗胶螅俳?jīng)過(guò)接收方各層從下到上的傳遞，最后到達(dá)接收進(jìn)程。（垂直方向）河南理工大學(xué)電氣學(xué)院603.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型為了保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確傳輸，發(fā)送方數(shù)據(jù)從上到下逐層傳遞的過(guò)程中，每層都要對(duì)其加上適當(dāng)?shù)目刂菩畔7、H6、…、H1（報(bào)頭，包含數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、標(biāo)識(shí)符（表征數(shù)據(jù)身份的ID信息）、源地址、目的地址等字段）到最底層數(shù)據(jù)成為由“0”或“1”組成的數(shù)據(jù)比特流，然后再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電平信號(hào)在物理媒體上傳輸至接收方。1、OSI模型中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院613.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型接收方在向上傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，過(guò)程恰恰相反，要逐層剝?nèi)グl(fā)送方相應(yīng)層加上的控制信息；1、OSI模型中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院623.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型因此，接收方的某一層不會(huì)收到底下各層的控制信息，它只閱讀和去除本層的控制信息，并進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議操作；發(fā)送方和接收方的對(duì)等實(shí)體看到的信息是相同的，就好像這些信息直接給了對(duì)方一樣（虛通信）。1、OSI模型中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院632、OSI基本參考模型各層功能

3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型(1)、物理層(傳輸數(shù)據(jù)單位—比特）建立在通信介質(zhì)基礎(chǔ)上，是網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備之間的接口。主要設(shè)備

HUB、電纜、連接器（RS-232C/422/485接口、RJ45）和收發(fā)器等。具體功能能在DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）/DCE（數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備）之間傳送原始的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位（比特流）

。提供為在DTE、DCE之間建立、保持和拆除物理鏈路所需的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院643.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型(2)、數(shù)據(jù)鏈路層(傳輸數(shù)據(jù)單位—幀）比特流被組織成包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼等信息的數(shù)據(jù)幀，并以此為單位進(jìn)行傳輸。通過(guò)校驗(yàn)、確認(rèn)和反饋重發(fā)等手段，在不可靠的物理線路上提供無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制。主要設(shè)備網(wǎng)卡、網(wǎng)橋具體功能

幀同步及差錯(cuò)控制：將物理鏈路提供的非結(jié)構(gòu)化比特流分割成幀并進(jìn)行差錯(cuò)監(jiān)測(cè)和校正。通常采用奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼（CRC）校驗(yàn)方法。流量控制：對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行控制，以處理好發(fā)方的發(fā)送能力和收方的接收能力間的協(xié)調(diào)問(wèn)題。鏈路管理：包括建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路以及服務(wù)質(zhì)量管理。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院653.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型(3)、網(wǎng)絡(luò)層(傳輸數(shù)據(jù)單位—分組）網(wǎng)絡(luò)層又稱通信子網(wǎng)層，它主要負(fù)責(zé)控制通信子網(wǎng)的操作，解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從信源傳送到目的地的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)綜合考慮發(fā)送優(yōu)先權(quán)、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度、服務(wù)質(zhì)量以及可選路由的花費(fèi)來(lái)決定從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)A到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)B的最佳路徑。主要設(shè)備路由器、網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、硬件防火墻等。具體功能為傳輸層提供數(shù)據(jù)交換，完成路徑選擇、阻塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院663.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型(4)、傳輸層(傳輸數(shù)據(jù)單位—報(bào)文)傳輸層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系相似數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)（節(jié)）點(diǎn)到（節(jié)）點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信傳輸層負(fù)責(zé)擴(kuò)大了的點(diǎn)到點(diǎn)之間的通信，即（信源）端-（信宿）端之間的通信。區(qū)別對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)說(shuō)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的信道是一條物理鏈路對(duì)傳輸層來(lái)說(shuō)，端與端之間的信道是一通信子網(wǎng)傳輸層是第一個(gè)端-端，也即主機(jī)-主機(jī)的層次，只存在于通信子網(wǎng)以外的端主機(jī)中。傳輸層提供端-端的透明數(shù)據(jù)服務(wù)，使高層用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的存在。傳輸層使高層用戶看見的就是好像在兩個(gè)實(shí)體之間有一條端到端的、可靠的、全雙工通信通路（數(shù)字管道）。河南理工大學(xué)電氣學(xué)院673.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及OSI參考模型(5)、會(huì)話層(傳輸數(shù)據(jù)單位—報(bào)文）

會(huì)話層是進(jìn)程－進(jìn)程的層次，主要功能是組織和同步不同的主機(jī)上各種進(jìn)程間的通信（對(duì)話）．(6)、表示層(傳輸數(shù)據(jù)單位—報(bào)文）1-3層屬于通訊子網(wǎng)——底層協(xié)議4-7層屬于用戶層——高層協(xié)議表示層的功能是為上層用戶提供共同的數(shù)據(jù)或信息的語(yǔ)法表示變換．由于各種計(jì)算機(jī)都可能采用各自的數(shù)據(jù)描述方法，所以不同類型計(jì)算機(jī)之間交換的數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換才能保證其意義不變。表示層要解決的問(wèn)題是如何描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使之與具體的機(jī)器無(wú)關(guān)，其作用是對(duì)源站內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，使之成為適合于傳輸?shù)谋忍亓鳎搅四康恼驹龠M(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)換成用戶所要求的格式。(7)、應(yīng)用層(傳輸數(shù)據(jù)單位—報(bào)文）

應(yīng)用層主要是為特定類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供訪問(wèn)．具體功能包括：文件傳輸，訪問(wèn)和管理、電子郵件、遠(yuǎn)程作業(yè)錄入等?，F(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（FCS）?，F(xiàn)場(chǎng)總線既是通信網(wǎng)，又是控制系統(tǒng)。3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是多方面因素共同作用的結(jié)果。

1、現(xiàn)場(chǎng)總線首先反映了儀器儀表本身發(fā)展的需要

儀器儀表的發(fā)展經(jīng)歷了全模擬式儀表、智能儀表、具有通信功能的智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表等幾個(gè)階段。(1).全模擬式儀表將傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng)過(guò)V/I電路轉(zhuǎn)換，輸出4-20mA或0-5V的模擬信號(hào)。一、現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展背景

(2).智能儀表

微處理器嵌套在儀器儀表中，過(guò)程變量經(jīng)調(diào)理放大、A/D采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)過(guò)微處理器的運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)忍幚砗?，再通過(guò)D/A、V/I等電路，仍然以4-20mA或0-5V的模擬信號(hào)輸出。相對(duì)于全模擬儀表來(lái)講，測(cè)量精度得到大大提高，但信號(hào)傳輸過(guò)程仍然容易受到外界電磁干擾，傳輸精度和可靠性都不高。(3).具有通信功能的智能儀表，在儀器儀表中增加了通信接口（如RS232），以數(shù)字通信的方式代替模擬信號(hào)傳輸。但由于這些通信標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層上的電氣特性，而對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各高層協(xié)議規(guī)范，則沒(méi)有統(tǒng)一定義，致使不同生產(chǎn)廠家的儀器儀表由于通信協(xié)議的專有與不兼容而無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互之間的信息互訪。(4).現(xiàn)場(chǎng)總線儀表必須使網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，組成開放互連系統(tǒng)，于是就產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)總線。3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)2、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展反映企業(yè)管控一體化信息集成的要求企業(yè)管控一體化概念把市場(chǎng)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造過(guò)程、企業(yè)管理、售后服務(wù)看作要統(tǒng)一考慮，并采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的綜合自動(dòng)化，以改善生產(chǎn)加工、管理決策等。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須要將企業(yè)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)控制、過(guò)程監(jiān)控、經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)管理等各層次智能設(shè)備互聯(lián)成綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各層次的匯通和數(shù)據(jù)共享，即實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的“管控一體化”。現(xiàn)場(chǎng)總線使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)全數(shù)字化

在采用FCS的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動(dòng)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接。此外，數(shù)字化信號(hào)固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統(tǒng)的可靠性。

全分布式

在FCS中各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有足夠的自主性，它們彼此之間相互通信，完全可以把各種控制功能分散到各種設(shè)備中，而不再需要一個(gè)中央控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制。

雙向傳輸

傳統(tǒng)的4~20mA電流信號(hào)，一條線只能傳遞一路信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備則在一條線上既可以向上傳遞傳感器信號(hào)，也可以向下傳遞控制信息。

二、現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

自診斷

現(xiàn)場(chǎng)總線儀表本身具有自診斷功能，而且這種診斷信息可以送到中央控制室，以便于維護(hù)，而這在只能傳遞一路信號(hào)的傳統(tǒng)儀表中是做不到的。

節(jié)省布線及控制室空間

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個(gè)儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線架。而在FCS系統(tǒng)中多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可串行連接在一條總線上，這樣只需極少的線進(jìn)入中央控制室，大量節(jié)省了布線費(fèi)用，降低了造價(jià)。

多功能儀表

數(shù)字化、雙向傳輸方式使得現(xiàn)場(chǎng)總線儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個(gè)儀表中集成多種功能，做成多變量變送器，甚至集檢測(cè)、運(yùn)算、控制與一體的變送控制器。

開放性

1999年底現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議已被IEC

批準(zhǔn)正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線成為一種開放的技術(shù)。

3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)互操作性

現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)保證不同廠家的產(chǎn)品可以互操作，這樣就避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競(jìng)爭(zhēng)，降低了控制系統(tǒng)的成本。

智能化與自治性

現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備能處理各種參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨(dú)立工作，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。

3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、控制器

現(xiàn)場(chǎng)總線線路

監(jiān)控、組態(tài)計(jì)算機(jī)

儀表、控制器、計(jì)算機(jī)都需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件連接到網(wǎng)上。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和神經(jīng)中樞。三、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成

1、現(xiàn)場(chǎng)總線與RS232、RS485的本質(zhì)區(qū)別3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要體現(xiàn)在接口規(guī)范方面。RS232與RS485只能代表通信的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問(wèn)，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序，多數(shù)都不符合ISO/OSI規(guī)范，不具備通用性。如果設(shè)備數(shù)量超過(guò)2臺(tái)，就必須使用RS485組成設(shè)備網(wǎng)。RS485網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間要想互通信息只有通過(guò)“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全是“從（Slave）”設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)總線接口符合ISO/OSI規(guī)范、具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突監(jiān)測(cè)、鏈路維護(hù)等問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備無(wú)主從之分或允許多主存在。四、現(xiàn)場(chǎng)總線與其他通信技術(shù)的區(qū)別

2、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別

3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖切∨繑?shù)據(jù)信息，傳輸速率低，但實(shí)時(shí)性高?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)用于連接局域區(qū)域的各臺(tái)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不要求實(shí)時(shí)性。局域網(wǎng)是一種高速信息網(wǎng)絡(luò)。環(huán)境不同?，F(xiàn)場(chǎng)總線位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境條件差，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般位于辦公場(chǎng)所，環(huán)境好。五、現(xiàn)場(chǎng)總線的參考模型六、媒體訪問(wèn)控制（MAC）方法3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的結(jié)構(gòu)是根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提供的ISO/OSI模型來(lái)制定的。標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI模型有七層框架，但根據(jù)工業(yè)控制的特點(diǎn)，多數(shù)數(shù)據(jù)總線協(xié)議都是采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。因此，典型的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議模型是OSI模型的簡(jiǎn)化形式，其流量與差錯(cuò)控制在數(shù)據(jù)鏈路層中進(jìn)行。OSI/RM是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)。主要CSMA/CD和令牌兩種方式。CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)方法主要用于總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享一條總線來(lái)傳送數(shù)據(jù)，因此其MAC協(xié)議的主要任務(wù)就是防止兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)占用總線IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CD工作原理：3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)前，先偵聽信道是否空閑（載波偵聽）,若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù).在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),邊發(fā)送邊繼續(xù)偵聽（沖突檢測(cè)）.若偵聽到?jīng)_突,則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù).根據(jù)一定策略延時(shí)后再重新嘗試發(fā)送.先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，延遲后重發(fā)將CSMA/CD的工作過(guò)程形象的比喻成很多人在一間黑屋子中舉行討論會(huì).原理比較簡(jiǎn)單，技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位，不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制。但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送時(shí)間增長(zhǎng)，發(fā)送效率急劇下降?，F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)通信最底層的控制網(wǎng)絡(luò)，它可將變電站保護(hù)測(cè)量、控制、遠(yuǎn)傳集為一體，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理和共享。國(guó)際上約有40種現(xiàn)場(chǎng)總線，但多數(shù)以低速總線為主大型變電站的高壓及主變壓器所配備的保護(hù)非常復(fù)雜，事故狀態(tài)下的各種信息量異常大，要求站內(nèi)信息記錄具備實(shí)時(shí)性，低速總線不能滿足要求，所以現(xiàn)有國(guó)內(nèi)綜合自動(dòng)化生產(chǎn)商大部分采用以太網(wǎng)、CAN網(wǎng)、LonWorks網(wǎng)、RS－485網(wǎng)。3.6現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)七、現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)例CAN通信技術(shù)概述CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)代汽車越來(lái)越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、燃油噴射控制，加速、剎車控制(ASC)及防抱死剎車系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測(cè)及交換大量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信導(dǎo)致了龐大的線束。通過(guò)CAN總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個(gè)系統(tǒng)，減少冗余的傳感器，使汽車性能達(dá)到最佳。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，如BENZ、BMW、Volkswagen等都采用了CAN來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。帶有中央控制單元的汽車帶有三個(gè)中央控制單元的車帶有三個(gè)中央控制單元和總線系統(tǒng)的車帶有三個(gè)中央控制單元的CAN驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。CAN總線特點(diǎn)CAN總線特點(diǎn)如下：（1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。（2）報(bào)文以標(biāo)識(shí)符分為不同的優(yōu)先級(jí),可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)最高的報(bào)文可保證在134us內(nèi)得到傳輸。

（3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。（4）可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。（5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps以下）。（6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長(zhǎng)40m）。（7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。（8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。（9）每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。（10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無(wú)特殊要求。（11）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。（12）性價(jià)比高，器件容易購(gòu)置，節(jié)點(diǎn)價(jià)格低。（13）開發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具?！?986年，Bosch在SAE（汽車工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CAN◆19