工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與通信全套教學(xué)課件

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與通信全套可編輯PPT課件1.導(dǎo)論2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.TCP/IP協(xié)議簇4.Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用5.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用6.PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)及應(yīng)用7.智能制造8.新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)１導(dǎo)論1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況3.主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況4.主流工業(yè)以太網(wǎng)概述5.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是“互聯(lián)起來(lái)的獨(dú)立自主的計(jì)算機(jī)集合”；121.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況是利用通信設(shè)備和線路，將分布在不同地理位置的、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，通過(guò)功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等；來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的資源共享和信息傳遞。3面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)■20世紀(jì)50~60年代，一臺(tái)中心主計(jì)算機(jī)連接大量的地理位置分散的終端，■輸入數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)源直接輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果又可直接傳遞給各終端系統(tǒng)，■整個(gè)過(guò)程從源數(shù)據(jù)到最后處理之間無(wú)需人員介入而只由計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。011.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況多臺(tái)主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)■20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)互連的系統(tǒng)，■它將多臺(tái)自主計(jì)算機(jī)通過(guò)通信線路互聯(lián)起來(lái)為用戶提供服務(wù)，它的產(chǎn)生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的興起，并為Internet的形成奠定了基礎(chǔ)?！鯝RPANET網(wǎng)絡(luò)02面向標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)■20世紀(jì)70年代末，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制訂了“開(kāi)放系統(tǒng)互連參考?！毙蚈SI/RM，■異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將許多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)而組成了真正意義上的互聯(lián)網(wǎng)（Internet）■TCP/IP協(xié)議簇03面向全球互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)■20世紀(jì)90年代初至現(xiàn)在，“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的口號(hào)■典型特征---業(yè)務(wù)綜合化、傳輸速率高速化、智能化和全球化041終端---通信線路---計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)集中式處理，數(shù)據(jù)處理和通信處理都是通過(guò)中心計(jì)算機(jī)完成，這樣數(shù)據(jù)的傳輸速率就受到了限制；★面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)★1.1.1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性和性能完全取決于主機(jī)的可靠性和性能便于維護(hù)和管理，數(shù)據(jù)的一致性也較好。但通信線路利用率低，對(duì)主機(jī)依賴性大。23451★改進(jìn)的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)★1.1.1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)隨著連接的終端越來(lái)越多，為減輕承擔(dān)數(shù)據(jù)處理的中心計(jì)算機(jī)的負(fù)載，通常會(huì)在通信線路和中心計(jì)算機(jī)之間設(shè)置一個(gè)FEP或CCU，從而使數(shù)據(jù)處理和通信控制分工明確，更好地發(fā)揮中心計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。23在終端集中的地方，會(huì)設(shè)置集中器或多路復(fù)用器。首先通過(guò)低速線路將附近群集的終端連至集中器或復(fù)用器，然后通過(guò)高速通信線路、調(diào)制解調(diào)器與遠(yuǎn)程中心計(jì)算機(jī)的前端處理機(jī)相連。這些改進(jìn)措施在一定程度上提高了通信線路的利用率，節(jié)約了遠(yuǎn)程通信線路的投資。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）聯(lián)合計(jì)算機(jī)公司和大學(xué)共同研制而組建的ARPA網(wǎng)（AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork，ARPANET），ARPANET中采用的許多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如分組交換、路由選擇等，至今仍在使用。它是Internet的前身，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的興起。ARPANET對(duì)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)主要包括：開(kāi)展了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義與分類方法的研究；提出了資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)概念；研究了分組交換協(xié)議與實(shí)現(xiàn)技術(shù)；研究了層次型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的模型與協(xié)議體系；開(kāi)展了TCP/IP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)研究。1.1.2多臺(tái)主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ARPANET1網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有一個(gè)中心控制節(jié)點(diǎn)，聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)的發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、接收功能；★以分組交換為中心的主機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)★1.1.2多臺(tái)主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2345發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)預(yù)先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成多個(gè)短的、有固定格式的分組；如果發(fā)送主機(jī)與接收主機(jī)之間沒(méi)有直接連接的通信線路，那么分組就需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”，這種中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)就是目前廣泛使用的路由器；每個(gè)路由器可以根據(jù)鏈路狀態(tài)與分組的源地址、目的地址，通過(guò)路由選擇算法為每個(gè)分組選擇合適的傳輸路徑；當(dāng)目的主機(jī)接收到屬于一個(gè)報(bào)文的所有分組之后，再將分組中多個(gè)短的數(shù)據(jù)字段組合起來(lái)，還原成發(fā)送主機(jī)發(fā)送的報(bào)文。分組交換1★分組交換通信過(guò)程★整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是從邏輯功能上看是由資源子網(wǎng)與通信子網(wǎng)兩個(gè)部分組成。23資源子網(wǎng)包括：主機(jī)與終端、終端控制器、聯(lián)網(wǎng)外設(shè)、各種網(wǎng)絡(luò)軟件與數(shù)據(jù)資源，主要負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通信子網(wǎng)則包括：路由器、各種互聯(lián)設(shè)備與通信線路，主要負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、路由與分組轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務(wù)。1.1.2多臺(tái)主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)大量廠商、公司都各自研制自己的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并提供服務(wù)，如：IBM公司于1974年提出SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系），DEC公司提出DNA（數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)），Univac公司推出了DCA（數(shù)字通信體系結(jié)構(gòu)）等，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到一定的應(yīng)用。但各自研制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，組網(wǎng)過(guò)程也較復(fù)雜，且不同廠家的設(shè)備往往不能相互兼容。1984年ISO正式頒布了“開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，OSI/RM）”，簡(jiǎn)稱為OSI參考模型或OSI/RM，有時(shí)也稱為OSI七層模型。1983年，用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP協(xié)議發(fā)布。將許多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)而組成了真正意義上的互聯(lián)網(wǎng)（Internet），于1990年6月徹底取代了ARPAnet而成為Internet的主干網(wǎng)。標(biāo)準(zhǔn)化的最大好處是開(kāi)放性，各廠商必須按該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)的相關(guān)設(shè)備。用戶不必局限于只購(gòu)買一個(gè)公司的產(chǎn)品。不僅促進(jìn)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也大大加速了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。1.1.3面向標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)TCP/IP由不同制造商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)組成大部分情況下運(yùn)行在不同協(xié)議上支持不同的功能或應(yīng)用1★三網(wǎng)融合★互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用從傳統(tǒng)的E-mail、TELNET、FTP、BBS、Web等方式，擴(kuò)展到不但可以傳輸數(shù)據(jù)，還可以傳輸圖像、聲音、影像等多媒體信息，三網(wǎng)（電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)）融合甚至多網(wǎng)融合已成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，2速度達(dá)100Mbps的以太網(wǎng)已相當(dāng)普及，速度再提高十倍、達(dá)Gbps的產(chǎn)品也已應(yīng)運(yùn)而生并得到成熟應(yīng)用。出現(xiàn)了高速以太網(wǎng)、VPN、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、P2P網(wǎng)絡(luò)、NGN等技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用滲入了人們生活的各個(gè)方面，進(jìn)入一個(gè)多層次的發(fā)展階段。1.1.4面向全球互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)１導(dǎo)論1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況3.主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況4.主流工業(yè)以太網(wǎng)概述5.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)連接地理位置分散的設(shè)備以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。121.2工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)充分利用了3C技術(shù)，是信息技術(shù)、數(shù)字化、智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)果。計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）通信技術(shù)（Communication）控制技術(shù)（Control）3主要應(yīng)用于嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境，采用的是工業(yè)計(jì)算機(jī)，對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求更高。1.2.1工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于普通辦公場(chǎng)合，對(duì)環(huán)境要求較高；而工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)面臨酷暑嚴(yán)寒、粉塵、電磁干擾、振動(dòng)及易燃易爆等各種復(fù)雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要是計(jì)算機(jī)、工作站、打印機(jī)及顯示終端等設(shè)備；而工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)除了以上設(shè)備之外，還有PLC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、開(kāi)關(guān)、馬達(dá)、變送器、閥門和按鈕等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，多為內(nèi)嵌CPU、單片機(jī)或其他專用芯片的設(shè)備。任務(wù)處理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是傳輸文件、圖像、語(yǔ)音等，許多情況下有人參與；而工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)，承擔(dān)自動(dòng)測(cè)控任務(wù)，許多情況下要求自動(dòng)完成。實(shí)時(shí)性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般在時(shí)間上沒(méi)有嚴(yán)格的要求，時(shí)間上的不確定性不致于造成嚴(yán)重的不良后果；工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須滿足對(duì)控制的實(shí)時(shí)性要求，對(duì)某些變量的數(shù)據(jù)往往要求準(zhǔn)確定時(shí)刷新，控制作用必須在一定時(shí)限內(nèi)完成。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須由專業(yè)人員使用專業(yè)工具完成監(jiān)控和維護(hù)；而工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控為工廠監(jiān)控的一部分，網(wǎng)絡(luò)模塊可被人機(jī)接口（HMI，HumanMachineInterface）軟件監(jiān)控。12345計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)CCS工業(yè)以太網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)為主要特征的網(wǎng)絡(luò)化階段以人工智能為核心的智能化制造時(shí)代現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS集散控制系統(tǒng)DCS1.2工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況1集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CCSConcentricControlSystem使用直接數(shù)字控制方法分時(shí)控制大量回路的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?！锛行陀?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)★1.2.2計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)CCS運(yùn)算速度快、可以分時(shí)對(duì)多回路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)控制的高度集中。隨著控制功能的集中，事故的危險(xiǎn)性也集中了。當(dāng)一臺(tái)控制幾百個(gè)回路的計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)裝置將全面癱瘓。對(duì)這類事故，操作人員本事再大也是無(wú)法應(yīng)付的。23451分布式控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem），也稱為集中分散型控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱集散控制系統(tǒng)DCS的核心思想是集中管理、分散控制★典型DCS體系結(jié)構(gòu)★1.2.3集散控制系統(tǒng)DCS所有參數(shù)的運(yùn)算、信息的檢測(cè)、過(guò)程的控制均由現(xiàn)場(chǎng)的控制單元自動(dòng)進(jìn)行一方面避免了模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸所產(chǎn)生的噪聲與失真，另一方面，所有的控制單元均具有運(yùn)算能力，這可以分散危險(xiǎn)，提高系統(tǒng)整體的安全性，實(shí)現(xiàn)了功能上的分散。2345其結(jié)構(gòu)是多級(jí)主從關(guān)系，底層相互間的信息傳遞必須經(jīng)過(guò)主機(jī)，從而造成主機(jī)負(fù)荷過(guò)重，效率低下，并且主機(jī)一旦發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)“癱瘓”。121.2.3集散控制系統(tǒng)DCS它是一種數(shù)字-模擬混合系統(tǒng)，DCS的現(xiàn)場(chǎng)儀表仍然使用傳統(tǒng)的4~20mA電流模擬信號(hào)，傳輸可靠性差，成本高。由于利益沖突，各廠家的DCS自稱標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)質(zhì)上仍是一種封閉或?qū)Ｓ玫牟痪呋ゲ僮餍缘姆植际娇刂葡到y(tǒng)。每一套系統(tǒng)都造價(jià)高昂，不同廠家的系統(tǒng)之間均無(wú)法兼容，通信協(xié)議封閉，極大地制約了系統(tǒng)的集成與應(yīng)用。3DCS缺點(diǎn)1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem）從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字---模擬信號(hào)控制的局限性，★典型現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)★1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)?？芍С蛛p絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，需具有較強(qiáng)的抗干擾能力。而且能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，滿足本質(zhì)安全防爆要求等作為上層架構(gòu)的信息層，它適應(yīng)了企業(yè)信息集成系統(tǒng)、管理控制一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與需要，是IT技術(shù)在自控領(lǐng)域的延伸。23451全數(shù)字化信號(hào)傳輸，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。全分散式結(jié)構(gòu)把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制?！顳CS與FCS結(jié)構(gòu)比較★1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS互操作性，使不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，用戶可方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全開(kāi)放，無(wú)專利許可要求，可供任何人使用，從總線標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢驗(yàn)到信息發(fā)布全是公開(kāi)的，面向世界任何一個(gè)制造商和用戶。2345雖然現(xiàn)場(chǎng)總線功能強(qiáng)大，到目前為止，仍有著無(wú)限的發(fā)展?jié)摿Γ撬娜秉c(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)眾多，難以統(tǒng)一。多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)并存導(dǎo)致在一個(gè)具體應(yīng)用中可能會(huì)涉及多種不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間的互連接和互操作的問(wèn)題，這也必然會(huì)增加用戶的投資和使用維護(hù)的復(fù)雜性。帶寬問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，通信速率比較低。如基金會(huì)總線FF的H1和PROFIBUS-PA的傳輸速率只有31.25Kbps。雖然說(shuō)工業(yè)應(yīng)用不太可能出現(xiàn)超大規(guī)模的數(shù)據(jù)流，但隨著儀器儀表智能化的提高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)即使不及商業(yè)流量，也必將趨于復(fù)雜。未來(lái)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能已不滿足于幾個(gè)字節(jié)，特別是當(dāng)今大數(shù)據(jù)環(huán)境下的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，需盡可能多地收集和傳遞工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽诠I(yè)控制中也越來(lái)越重要。與商業(yè)網(wǎng)的集成問(wèn)題，現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大都無(wú)法直接與互聯(lián)網(wǎng)連接，需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能完成通信。1.2.5工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線存在的問(wèn)題技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在實(shí)時(shí)性、可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性等方面必須滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與環(huán)境的需求。要求有高實(shí)時(shí)性與良好的時(shí)間確定性。傳送信息多為短幀信息，且信息交換頻繁。需較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，可靠性、安全性好。控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單實(shí)用，工作效率高，互操作性好?？刂凭W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度分散性，需遠(yuǎn)距離傳輸?？刂圃O(shè)備的智能化與控制功能的自治性。與信息網(wǎng)絡(luò)之間有高效率的通信，易于實(shí)現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。通信設(shè)備的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。還需滿足總線供電、本安防爆等工業(yè)要求。1.2.5工業(yè)以太網(wǎng)用于工業(yè)控制需要解決的問(wèn)題技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在實(shí)時(shí)性、可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性等方面必須滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與環(huán)境的需求。要求有高實(shí)時(shí)性與良好的時(shí)間確定性。傳送信息多為短幀信息，且信息交換頻繁。需較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，可靠性、安全性好。控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單實(shí)用，工作效率高，互操作性好?？刂凭W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度分散性，需遠(yuǎn)距離傳輸?？刂圃O(shè)備的智能化與控制功能的自治性。與信息網(wǎng)絡(luò)之間有高效率的通信，易于實(shí)現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。通信設(shè)備的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。還需滿足總線供電、本安防爆等工業(yè)要求。1.2.5工業(yè)以太網(wǎng)用于工業(yè)控制需要解決的問(wèn)題1.2.5工業(yè)以太網(wǎng)用于工業(yè)控制需要解決的問(wèn)題設(shè)備要求★工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與商用以太網(wǎng)設(shè)備的不同技術(shù)需求★與現(xiàn)場(chǎng)總線相比，它不僅解決了目前現(xiàn)場(chǎng)總線最大的缺陷：協(xié)議的開(kāi)放性和兼容性問(wèn)題。同時(shí)為未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)提供了良好的基礎(chǔ)：擁有更大的帶寬。協(xié)議開(kāi)放工業(yè)以太網(wǎng)采用由IEEE802.3所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，從而被PLC廠家和DCS廠家廣泛接受。以太網(wǎng)具有向下兼容性，并允許逐漸采用新技術(shù)。也就是說(shuō)，沒(méi)必要一下子改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以一步步將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。大帶寬以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度從10Mbit/s---100Mbit/s---1000Mbit/s---10000Mbit/s。傳送一個(gè)1500字節(jié)大小數(shù)據(jù)包從1.2毫秒---120微秒---12微秒---1.2微秒。同樣的通信量，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕，而減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷則意味著提高確定性。兼容商用以太網(wǎng)以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線，尤其是高速現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的主體，可以避免現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展之外，使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好地融合而形成相互促進(jìn)的局面。1.2.5工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)勢(shì)１導(dǎo)論1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況3.主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況4.主流工業(yè)以太網(wǎng)概述5.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)1.3主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)★IEC61158第二版現(xiàn)場(chǎng)總線類型★FoundationFieldbus，其前身是以美國(guó)Fisher-Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WorldFIP協(xié)議。121.3.2FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了自己的用戶層。分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射。3FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。4CAN總線ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)，是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。121.3.3CAN總線協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實(shí)際位傳送過(guò)程中的電氣特性。在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織形式、總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理、確認(rèn)要發(fā)送的信息、確認(rèn)接收到的信息及為應(yīng)用層提供了接口。支持多主機(jī)工作方式，網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。并采用非破壞性總線裁決技術(shù)來(lái)滿足優(yōu)先級(jí)的設(shè)置。3采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，可自動(dòng)關(guān)閉，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。且具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能。5通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10公里（低于5Kbps速率），通訊速率最高可達(dá)1Mbps，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。4Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線由美國(guó)埃施朗（Echelon）公司于1991年推出，并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)的一種全面的現(xiàn)場(chǎng)總線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，又稱作局部操作網(wǎng)（LocalOperatingNetWork，LON)。121.3.4Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線所采用的LonTalk協(xié)議遵循ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型，被封裝在Neuron神經(jīng)元芯片中。采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。通信速率從300bps至l.5Mbps不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78kbps，雙絞線）。支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等多種通信介質(zhì)，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品。3采用改進(jìn)型的、帶預(yù)測(cè)P的CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入）訪問(wèn)方式。6已被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。。5LonWorks網(wǎng)絡(luò)的基本單元是節(jié)點(diǎn)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括神經(jīng)元芯片（NeuronChip）、電源、一個(gè)收發(fā)器和有監(jiān)控設(shè)備接口的I/O電路。41CommonIndustrialProtocol，通用工業(yè)協(xié)議，由ODVA（OpenDeviceNetVendorAssociation）和CI（ControlNetInternational）兩大工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組織共同推出。被DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP三種網(wǎng)絡(luò)采用，并都已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此這三種網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地統(tǒng)稱為CIP網(wǎng)絡(luò)?！顲IP網(wǎng)絡(luò)框架模式★1.3.5CIP網(wǎng)絡(luò)DeviceNet具有節(jié)點(diǎn)成本低、網(wǎng)絡(luò)供電等特點(diǎn)；ControlNet具有通信波特率高、支持介質(zhì)冗余和本質(zhì)安全等特點(diǎn)；EtherNet/IP作為一種工業(yè)以太網(wǎng)，具有高性能、低成本、易使用、易于和內(nèi)部網(wǎng)甚至Internet進(jìn)行信息集成等特點(diǎn)。已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)品制造業(yè)、食品加工工業(yè)、搬運(yùn)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、包裝、石油、化工、鋼鐵、水處理、樓宇自動(dòng)化、機(jī)器人、制藥和冶金等領(lǐng)域。234HighwayAddressableRemoteTransducer，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，是美國(guó)Rosemount公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的雙向通信協(xié)議。121.3.6HART現(xiàn)場(chǎng)總線HART并不是真正的現(xiàn)場(chǎng)總線，而是從模擬控制系統(tǒng)向現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)渡的一塊踏腳石。它在4-20mA的模擬信號(hào)上疊加FSK（FrequencyShiftKeying，頻移鍵控）數(shù)字信號(hào)，可以兼容模擬和數(shù)字兩種信號(hào)。通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。3能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求。5由于HART采用模擬數(shù)字信號(hào)混合，難以開(kāi)發(fā)通用的通信接口芯片。4HART現(xiàn)場(chǎng)總線１導(dǎo)論1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況3.主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況4.主流工業(yè)以太網(wǎng)概述5.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)1.4主流工業(yè)以太網(wǎng)概述工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)★IEC61158第四版現(xiàn)場(chǎng)總線類型★1★HSE通信結(jié)構(gòu)與通信模型對(duì)應(yīng)關(guān)系★FFHSE（HighSpeedEthernet），是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與成熟的高速商用以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的新型高速現(xiàn)場(chǎng)總線。23HSE通信結(jié)構(gòu)是一個(gè)增強(qiáng)型的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)模式底層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)IEEE802.3u的最新技術(shù)和CSMA/CD鏈路控制協(xié)議來(lái)進(jìn)行介質(zhì)的訪問(wèn)控制。網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用TCP/IP協(xié)議簇。HSE系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理代理、功能塊、HSE管理代理和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備訪問(wèn)代理都位于應(yīng)用層和用戶層中，提供設(shè)備的描述和訪問(wèn)。功能塊中添加任何專用設(shè)備即可直接連入高速網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也從另一方面增強(qiáng)了HSE設(shè)備的互操作性。1.4.2FFHSE高速以太網(wǎng)EthernetforPlantAutomation，是在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，由浙江大學(xué)、浙江中控技術(shù)股份有限公司共同主持，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)部分高校、科技院所、高新技術(shù)企業(yè)，起草的我國(guó)第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并成為我國(guó)第一個(gè)被國(guó)際認(rèn)可和接收的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。121.4.3EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)兼容IEEE802.3、IEEE802.1P&Q、IEEE802.1D、IEEE802.11、IEEE802.15以及UDP（TCP）/IP等協(xié)議，采用UDP協(xié)議傳輸EPA協(xié)議報(bào)文，以減少協(xié)議處理時(shí)間，提高報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。3采用XML擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言為EPA設(shè)備描述語(yǔ)言，規(guī)定了設(shè)備資源、功能塊及其參數(shù)接口的描述方法?？刹捎肈OM技術(shù)對(duì)EPA設(shè)備描述文件進(jìn)行解釋，而無(wú)需專用的設(shè)備描述文件編譯和解釋工具。5支持網(wǎng)絡(luò)冗余、鏈路冗余和設(shè)備冗余，并規(guī)定了相應(yīng)的故障檢測(cè)和故障恢復(fù)措施。4EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決了以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的確定性通信調(diào)度、總線供電、網(wǎng)絡(luò)安全、可互操作性等關(guān)鍵技術(shù)。１導(dǎo)論1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況3.主流現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況4.主流工業(yè)以太網(wǎng)概述5.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)嵌入式技術(shù)成為控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要支撐多現(xiàn)場(chǎng)總線并存向工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)為主體的發(fā)展方向不斷提高系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性有線與無(wú)線的融合是控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展潮流1發(fā)展趨勢(shì)2341.5工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)面向開(kāi)放高度集成扁平高效性能卓越統(tǒng)一管理數(shù)字化智能化1.導(dǎo)論2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.TCP/IP協(xié)議簇4.Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用5.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用6.PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)及應(yīng)用7.智能制造8.新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)等具有數(shù)據(jù)接收與發(fā)送的設(shè)備數(shù)據(jù)的通路，只要是能傳輸數(shù)據(jù)的道路均可稱之為鏈路，如導(dǎo)線、電纜、光纜、無(wú)線電波等★網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)---互聯(lián)網(wǎng)★2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述結(jié)點(diǎn)云使我們不再關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中的其他復(fù)雜但無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)，僅考慮網(wǎng)絡(luò)連接相關(guān)的問(wèn)題鏈路由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和資源共享，又稱為資源子網(wǎng)。由若干計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)（路由器、交換機(jī)）組成。這部分的作用是為邊緣部分提供連通和交換等服務(wù)，又稱為通信子網(wǎng)?！锘ヂ?lián)網(wǎng)的組成★2.1.2互聯(lián)網(wǎng)的組成邊緣部分核心部分■客戶程序不需要專門設(shè)計(jì)的硬件或者是復(fù)雜強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，只要知道服務(wù)器程序的地址，即可主動(dòng)向服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)。★客戶-服務(wù)器方式C/S★2.1.3網(wǎng)絡(luò)邊緣部分通信方式對(duì)等連接方式P2P“主機(jī)A和主機(jī)B進(jìn)行通信”“主機(jī)A的某個(gè)正在運(yùn)行的程序和運(yùn)行在主機(jī)B上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”簡(jiǎn)稱為“計(jì)算機(jī)之間的通信”主機(jī)之間的通信又稱為端到端通信客戶-服務(wù)器方式C/S■服務(wù)器程序是一種有著特定功能的程序，專門用來(lái)為客戶提供服務(wù)，被動(dòng)地等待來(lái)自客戶的請(qǐng)求并快速響應(yīng)。在此過(guò)程中，服務(wù)器并不需要知道客戶設(shè)備的地址，一旦通信關(guān)系建立后，客戶和服務(wù)器都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。服務(wù)器程序需具有強(qiáng)大的并發(fā)處理請(qǐng)求的能力，具有強(qiáng)大、穩(wěn)定的硬件和操作系統(tǒng)?！鯬eer-to-Peer，是指兩臺(tái)主機(jī)之間直接進(jìn)行通信，并不區(qū)分服務(wù)請(qǐng)求方或是服務(wù)提供方?！鲋恍枰獌膳_(tái)主機(jī)均運(yùn)行對(duì)等連接軟件（P2P軟件），即可進(jìn)行平等的、對(duì)等的連接通信，建立連接的主機(jī)可以自由獲取對(duì)方的共享資源?！鰪哪撤N意義上來(lái)說(shuō)，P2P方式仍可以看成是C/S方式，只不過(guò)每臺(tái)主機(jī)既是服務(wù)請(qǐng)求方同時(shí)又是服務(wù)提供方?！鲈赑2P對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，所有計(jì)算機(jī)都處于平等的地位，沒(méi)有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的中心結(jié)點(diǎn)，無(wú)主從之分。加入到網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)的資源也就越多，服務(wù)質(zhì)量也就越高?！龅形葱纬山y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要的發(fā)展障礙有版權(quán)問(wèn)題、管理問(wèn)題、安全問(wèn)題等?！飳?duì)等連接方式P2P★2.1.3網(wǎng)絡(luò)邊緣部分通信方式對(duì)等連接方式P2P2.1.4網(wǎng)絡(luò)核心部分通信方式電路交換報(bào)文交換分組交換也稱線路交換，通過(guò)建立一條臨時(shí)的專用通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這條通道可以是物理通道又可以是邏輯通道（使用時(shí)分或頻分復(fù)用技術(shù)），但一般是全雙工的。在線路釋放以前，該通路將由該通道上的節(jié)點(diǎn)完全占用，不會(huì)發(fā)生沖突，而且只有物理信號(hào)的傳播延遲，傳輸延遲小。缺點(diǎn)是呼叫建立時(shí)間長(zhǎng)、存在呼損、信道利用率低。就通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。不要求在兩個(gè)通信端建立一個(gè)專用的通道，而是把要發(fā)送的所有數(shù)據(jù)組織成一個(gè)稱之為報(bào)文的數(shù)據(jù)包，并加入發(fā)送端地址、接收端地址等信息，通過(guò)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行信息傳遞。優(yōu)點(diǎn)是不需要建立專用鏈路，節(jié)點(diǎn)間可根據(jù)電路情況選擇不同的速度傳輸，數(shù)據(jù)傳輸高效、可靠。缺點(diǎn)是報(bào)文交換的實(shí)時(shí)性較差，不適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或交互式通信。是對(duì)報(bào)文交換技術(shù)的改進(jìn)，會(huì)在發(fā)送前把長(zhǎng)短不一的報(bào)文進(jìn)行預(yù)處理，把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成一個(gè)個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)包（packet）。降低了對(duì)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存放能力的要求。同時(shí)能保證任何用戶都不長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)占某傳輸線路，減少了傳輸延遲，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；還提供一定程度的差錯(cuò)檢測(cè)和代碼轉(zhuǎn)換能力，因而非常適合于交互式通信?；ヂ?lián)網(wǎng)電話電子郵件★三種交換技術(shù)的比較★2.1.4網(wǎng)絡(luò)核心部分通信方式電路交換報(bào)文交換分組交換2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程PersonalAreaNetwork，也稱為無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)，是21世紀(jì)誕生的一個(gè)全新的概念。其范圍很小，設(shè)備間的直線距離通常不超過(guò)10米，主要定位在家庭與小型辦公室的應(yīng)用場(chǎng)合。2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類LocalAreaNetwork，是由若干個(gè)人計(jì)算機(jī)或者工作站通過(guò)高速鏈路（速率至少達(dá)到10Mbit/s）連接而成。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)通常分布在一個(gè)較小的范圍，一般是在方圓幾千米之內(nèi)。局域網(wǎng)嚴(yán)格意義講是封閉的，但網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)可以連接到外部的因特網(wǎng)。WideAreaNetwork，它通?？缃雍艽蟮囊粋€(gè)地理范圍，所能覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里。廣域網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的核心部分，其任務(wù)是連接其覆蓋范圍內(nèi)不同地區(qū)的局域網(wǎng)或城域網(wǎng)，并通過(guò)超長(zhǎng)距離通信設(shè)施運(yùn)送主機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。按網(wǎng)絡(luò)作用范圍分類個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN局域網(wǎng)LANMetropolitanAreaNetwork，和局域網(wǎng)類似，屬于寬帶局域網(wǎng)。它的作用范圍一般較大，可以跨越幾個(gè)街區(qū)，也可以覆蓋整個(gè)城市。城域網(wǎng)通常為幾個(gè)單位共同擁有，也常作為一種骨干網(wǎng)，用來(lái)將城市內(nèi)不同計(jì)算機(jī)以及多個(gè)局域網(wǎng)連接到一起。城域網(wǎng)MAN廣域網(wǎng)WAN1總線（Bus）拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)設(shè)備連接到一根數(shù)據(jù)線（同軸電纜）上?！锞W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)★2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類2345星型拓?fù)?，由中央?jié)點(diǎn)、各個(gè)站點(diǎn)及它們之間的點(diǎn)到點(diǎn)通信鏈路組成。環(huán)型拓?fù)?，各?jié)點(diǎn)通過(guò)環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)型通信線路中。樹(shù)型拓?fù)?，從總線拓?fù)溲葑兌鴣?lái)，也可以認(rèn)為是多級(jí)星型結(jié)構(gòu)組成。就像一顆倒置的樹(shù)一樣，最頂端是樹(shù)根，樹(shù)根以下帶有分支，每個(gè)分支還能延展出更多子分支。網(wǎng)狀拓?fù)?，各?jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸線互聯(lián)起來(lái)，并且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其它兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。混合型拓?fù)洌瑢煞N或幾種單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合起來(lái)，取兩者的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成的拓?fù)洹?按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類由電信公司（國(guó)有、私有）出資建設(shè)的大型網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)是公開(kāi)的，任何人只要按電信公司的規(guī)定正常繳納費(fèi)用，即可使用。2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類一般由某個(gè)組織或單位為了滿足自身的特殊業(yè)務(wù)工作需要而建設(shè)的。這種網(wǎng)絡(luò)不對(duì)外公開(kāi)，僅為本單位人員或經(jīng)單位允許的特殊人員提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。例如軍事部門、政要部門、電力系統(tǒng)、銀行等機(jī)構(gòu)均有各自的專用網(wǎng)。使用無(wú)線電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)電話網(wǎng)、微波通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等。按網(wǎng)絡(luò)使用者分類公用網(wǎng)專用網(wǎng)采用雙絞線、同軸電纜、光纖等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)按網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)分類2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程用來(lái)描述數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，也稱為數(shù)據(jù)率（datarate）或比特率（bitrate），其基本單位為比特每秒（bit/s）。速率0102030405單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的信道所能通過(guò)的最高數(shù)據(jù)率，一般用于表示網(wǎng)絡(luò)中某通道傳輸數(shù)據(jù)的能力。其單位也是數(shù)據(jù)速率的單位，即bit/s。帶寬指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)文或分組，也可以是比特）從網(wǎng)絡(luò)的一端到達(dá)另一端所需的時(shí)間。時(shí)延在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的實(shí)際的數(shù)據(jù)量。吞吐量分信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的利用率達(dá)到其容量的1/2時(shí)，時(shí)延就要加倍。特別值得注意的就是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的利用率接近最大值1時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延就趨于無(wú)窮大。利用率2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)06結(jié)點(diǎn)A到B再到A進(jìn)行一次交互所需的時(shí)間。往返時(shí)間RTT1發(fā)送時(shí)延：主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一比特開(kāi)始到該數(shù)據(jù)幀最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間，即是發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)延?！锼姆N時(shí)延的的產(chǎn)生★2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)234傳播時(shí)延：電磁波在信道中傳播一定的距離所需花費(fèi)的時(shí)間。處理延時(shí)：主機(jī)或路由器在收到分組或報(bào)文時(shí)進(jìn)行處理的時(shí)間，如分析數(shù)據(jù)包的首部、提取數(shù)據(jù)部分、差錯(cuò)檢驗(yàn)、查找轉(zhuǎn)發(fā)表等。排隊(duì)延時(shí)：數(shù)據(jù)在進(jìn)入路由器后在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待及當(dāng)路由器路由處理完畢并確定好轉(zhuǎn)發(fā)接口后，在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待的時(shí)間。

2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次模型和各層協(xié)議的集合。但體系結(jié)構(gòu)只是一個(gè)抽象的概念，遵循這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的協(xié)議才是具體的，是真正運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中的軟件?！锞W(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次劃分★2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合就被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡(jiǎn)稱為協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：語(yǔ)法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語(yǔ)義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。同步：各個(gè)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系機(jī)構(gòu)協(xié)議各層級(jí)互相獨(dú)立靈活性好促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作1977年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），簡(jiǎn)稱OSI模型。★計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)★2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)OSI的專家們?nèi)狈?shí)際的經(jīng)驗(yàn)，且沒(méi)有商業(yè)驅(qū)動(dòng)性；OSI標(biāo)準(zhǔn)的制定周期過(guò)長(zhǎng)，給了其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手搶占市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。OSI標(biāo)準(zhǔn)的層次劃分不太合理，各個(gè)層次間功能存在重復(fù)，基于OSI的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來(lái)臃腫復(fù)雜，運(yùn)行效率低。OSI參考模型失敗原因一個(gè)具有濃厚商業(yè)氣息的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)勝了技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，常被稱為事實(shí)上的(defacto)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?！锷陈┯?jì)時(shí)器形狀的TCP/IP協(xié)議簇★2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層（applicationlayer）傳輸層（transportlayer）網(wǎng)絡(luò)層（networklayer）數(shù)據(jù)鏈路層（datalinklayer）物理層（physicallayer）TCP/IP參考模型五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)5.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程★數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程★2.5數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程segment（數(shù)據(jù)段）data（數(shù)據(jù)）packet（數(shù)據(jù)包）frame（數(shù)據(jù)幀）bits（比特流）協(xié)議服務(wù)封裝解封裝1.導(dǎo)論2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.TCP/IP協(xié)議簇4.Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用5.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用6.PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)及應(yīng)用7.智能制造8.新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具物理層對(duì)需要傳輸數(shù)據(jù)的類型或內(nèi)容并不在意，考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸比特流。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備和傳輸媒介的種類繁多，通信方式多種多樣，物理層要盡可能地屏蔽掉這些傳輸媒介與通信方式的差異，使物理層之上的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異，這樣數(shù)據(jù)鏈路層就可以專注于完成本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)的具體傳輸媒介和通信方式。物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過(guò)程特性指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。3.1物理層基本概念★數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型★3.1.2數(shù)據(jù)通信模型傳輸系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)Modem選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率ω的正弦函數(shù)作為載波。相應(yīng)有三個(gè)可以調(diào)制的參量：μ、ω和φ，對(duì)這三個(gè)參量的調(diào)制產(chǎn)生了三種調(diào)制技術(shù)：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相?！锍Ｓ脦ㄕ{(diào)制方法★3.1.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)1.帶通調(diào)制方法μ(t)=μ*sin?(ωt+φ)由于要求時(shí)鐘頻率是信號(hào)頻率的2倍，曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的效率都較低。但由于它們都具有自同步能力，得到了普遍的應(yīng)用，已成為局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)編碼?！锍Ｓ镁幋a方法★3.1.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.常用編碼方法模擬信號(hào)數(shù)字化編碼的最常見(jiàn)方法是脈沖編碼調(diào)制（PCM，PulseCodeModulation）以采樣定理為基礎(chǔ)，在等間隔的時(shí)間內(nèi)，以大于等于原信號(hào)最高有效頻率的兩倍速率對(duì)信號(hào)f(t)進(jìn)行采樣，以包含原信號(hào)的全部信息。模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化編碼的過(guò)程包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟?！锬M數(shù)據(jù)數(shù)字化編碼過(guò)程★3.1.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)3.模擬數(shù)據(jù)的采樣編碼復(fù)用（multiplexing）是通信技術(shù)中的基本概念。在數(shù)據(jù)傳輸中，一條數(shù)據(jù)線路中需要傳輸來(lái)自多個(gè)用戶的信號(hào)，為了使多個(gè)信號(hào)可以互不干擾的同時(shí)傳輸，需要使用信號(hào)復(fù)用技術(shù)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信道廣泛地使用了各種復(fù)用技術(shù)?！镄诺缽?fù)用★3.1.4數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)信道多路復(fù)用■頻分多路復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）■時(shí)分多路復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）■統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)STDM（StatisticalTDM）■波分復(fù)用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）■碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）★FDM與TDM★3.1.4數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)信號(hào)多路復(fù)用技術(shù)更耳熟能詳?shù)拿质荂DMA（CodeDivisionMultipleAccess）海蒂·拉瑪擴(kuò)頻通訊技術(shù)■是通信網(wǎng)絡(luò)中連接計(jì)算機(jī)的具體物理設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸物理通路■分為兩大類：導(dǎo)引型傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)引型傳輸介質(zhì)（更常稱為無(wú)線傳輸）★電磁波頻譜圖★3.1.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)■TP，TwistedPair，也稱為雙扭線，由以螺旋形擰在一起的一對(duì)包有絕緣層的銅線組成。它是目前最常用的一種傳輸介質(zhì)，既可傳輸模擬信號(hào)，也可傳輸數(shù)字信號(hào)?！龀Ｓ玫碾p絞電纜是由4對(duì)線（8芯制，RJ-45接頭）按一定密度相互扭絞在一起的，可以分為屏蔽雙絞線（STP，ShieldedTwistedPair）和非屏蔽雙絞線（UTP，UnshieldedTwistedPair）兩類?！镫p絞線及RJ45連接器★3.1.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)雙絞線

（c）屏蔽RJ45連接器（d）非屏蔽的RJ45連接器（a）STP屏蔽雙絞線（b）UTP非屏蔽雙絞線由于雙絞線的性能不同，一般分為七類，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。其中第五類（Cat5）最為常用，該類電纜增加了繞絞密度，傳輸頻率為100MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100BASE-T和10BASE-T網(wǎng)絡(luò)。第六類電纜（Cat6）的傳輸頻率擴(kuò)展至250MHz或更高，適用于千兆以太網(wǎng)。第七類電纜（Cat7）能滿足600MHz以上，甚至1.2GHz的傳輸性能要求，應(yīng)用于萬(wàn)兆以太網(wǎng)中?！鲇蓛?nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護(hù)塑料外層所組成?！鐾S電纜分為用于傳輸數(shù)字信號(hào)的50Ω電纜（也稱基帶同軸電纜）和用于有線電視（CATV）系統(tǒng)的75Ω標(biāo)準(zhǔn)電纜兩類。50Ω同軸電纜有粗纜和細(xì)纜兩種，分別稱為10Base5電纜和10base2電纜。3.1.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)同軸電纜

■由玻璃或者其他材料拉絲而成，加上外包層后直徑一般不超過(guò)0.2mm，在發(fā)送端通過(guò)用激光器或發(fā)光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)送，光波穿過(guò)中心纖維到達(dá)目的端來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。■當(dāng)纖維直徑比光波波長(zhǎng)大得多時(shí)，由于光進(jìn)入纖維芯的角度不同，在纖維芯中的傳播路徑也不同，此時(shí)就有許多模式同時(shí)存在，這種光纖稱為多模光纖。■當(dāng)纖維芯直徑與光波波長(zhǎng)相差不大時(shí)，光進(jìn)入光纖芯的角度差別較小，傳播路徑也較少，模式比較單一，這種光纖稱為單模光纖。光纖■IrDA紅外數(shù)據(jù)傳輸：InfraredData，作為一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能有其他的物體阻隔，穿透能力差?！鯞luetooth藍(lán)牙：波段為2400–2483.5MHz，全球范圍內(nèi)無(wú)需取得執(zhí)照（但并非無(wú)管制的）的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療用的2.4GHz短距離無(wú)線電頻段?！鯳iFi無(wú)線高保真技術(shù)：以接入點(diǎn)為中心，通過(guò)接入點(diǎn)與路由網(wǎng)絡(luò)里形成非對(duì)稱的客戶機(jī)-服務(wù)器連接。主流的WiFi標(biāo)準(zhǔn)有802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac和802.11ax。802.11ax理論最大速率10Gbps左右?！鯱WB超寬帶技術(shù)：UltraWideBand，可在3.1~10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps以上，其典型的通信距離是10m。■Zigbee技術(shù)：遵循IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4GHz波段，采用跳頻技術(shù)，基本速率為250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。3.1.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)短距離無(wú)線通信技術(shù)

■地面微波接力通信：使用波長(zhǎng)從1m到0.01m的微波，并采用接力的辦法，每隔一段距離設(shè)置一個(gè)微波中繼站，接收上一站傳輸來(lái)的信號(hào)，放大后轉(zhuǎn)發(fā)給下一站，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，又稱微波中繼系統(tǒng)。■衛(wèi)星微波通信：利用位于3萬(wàn)6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無(wú)人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點(diǎn)就是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。通信頻帶比微波接力通信更寬，通信容量更大，信號(hào)所受到的干擾較小，誤碼率也較小，通信比較穩(wěn)定可靠。長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具數(shù)據(jù)鏈路層的作用是把網(wǎng)絡(luò)層交過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀發(fā)送到鏈路上，以及把接收到的幀中的數(shù)據(jù)取出并上交給網(wǎng)絡(luò)層。鏈路（link）是從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到相鄰結(jié)點(diǎn)的一段物理線路，可以是有線的，也可以是無(wú)線的，但中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。將實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路（datalink）?！飻?shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程★3.2數(shù)據(jù)鏈路層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道廣播信道★封裝成幀★3.2.2使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層封裝成幀透明傳輸差錯(cuò)檢測(cè)幀界定符MTU“透明”是指某一個(gè)實(shí)際存在的事物，卻好像不存在。在數(shù)據(jù)傳輸中，這里的事物指首部和尾部中的數(shù)據(jù)?！锿该鱾鬏敗?.2.2使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層透明傳輸轉(zhuǎn)義循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC（CyclicRedundancyCheck）幀檢驗(yàn)序列FCS（FrameCheckSequence）★CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)★3.2.2使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)檢測(cè)假定待傳送的數(shù)據(jù)M=101101（k=6），除數(shù)P=1101（即n=3）。經(jīng)模2除法運(yùn)算（不帶進(jìn)位、不帶借位除）后的結(jié)果是：商Q=110010（這個(gè)商并沒(méi)有什么用處），而余數(shù)R=010。這個(gè)余數(shù)R就作為冗余碼拼接在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去。發(fā)送端接收端對(duì)收到的每一幀經(jīng)過(guò)CRC檢驗(yàn)后，有以下兩種情況：（1）若得出的余數(shù)R=0，則判定這個(gè)幀沒(méi)有差錯(cuò)，就接受（accept）。（2）若余數(shù)R≠0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)（但無(wú)法確定究竟是哪一位或哪幾位出現(xiàn)了差錯(cuò)），就丟棄。CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+13.2.2使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層CRC生成多項(xiàng)式除了最基本的比特差錯(cuò)外，還有一類傳輸差錯(cuò)更為復(fù)雜。收到的幀盡管沒(méi)有出現(xiàn)比特差錯(cuò)，但出現(xiàn)了幀丟失、幀重復(fù)或幀失序，例如：各種傳輸差錯(cuò)■發(fā)送方連續(xù)傳送三個(gè)幀：[#l]-[#2]-[#3]。假定接收端收到的每一個(gè)幀都沒(méi)有比特差錯(cuò)，但卻出現(xiàn)下面的幾種情況：幀丟失：收到[#l]-[#3]（丟失[#2]）。幀重復(fù)：收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]（收到兩個(gè)[#2]）。幀失序：收到[#1]-[#3]-[#2]（后發(fā)送的幀反而先到達(dá)了接收端）?？煽總鬏旍o態(tài)劃分信道，如FDM、TDM、WDM、CDMA等。用戶只要分配到了信道就不會(huì)和其他用戶發(fā)生沖突。但這種劃分信道的方法代價(jià)較高，不適合于局域網(wǎng)使用。動(dòng)態(tài)媒體接入控制，它又稱為多點(diǎn)接入（multipleaccess），其特點(diǎn)是信道并非在用戶通信時(shí)固定分配給用戶。★以太網(wǎng)通過(guò)廣播方式實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信★3.2.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層一對(duì)多廣播信道共享隨機(jī)接入：所有的用戶可隨機(jī)地發(fā)送信息。但如果恰巧有兩個(gè)或更多的用戶在同一時(shí)刻發(fā)送信息，那么在共享媒體上就要產(chǎn)生碰撞（即發(fā)生了沖突），使得這些用戶的發(fā)送都失敗。因此，必須有解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。受控接入：用戶不能隨機(jī)地發(fā)送信息而必須服從一定的控制。典型代表有分散控制的令牌環(huán)局域網(wǎng)和集中控制的多點(diǎn)線路探詢（polling），或稱為輪詢。以太網(wǎng)CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection），即載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)。多點(diǎn)接入：在總線型網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。載波監(jiān)聽(tīng)：總線上并沒(méi)有什么“載波”，只是用電子技術(shù)來(lái)檢測(cè)總線上有沒(méi)有其他計(jì)算機(jī)也在發(fā)送。不管在發(fā)送前，還是在發(fā)送中，每個(gè)站都必須不停地檢測(cè)信道。在發(fā)送前檢測(cè)信道，是為了獲得發(fā)送權(quán)。在發(fā)送中檢測(cè)信道，是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)有沒(méi)有其他站的發(fā)送和本站發(fā)送的碰撞。碰撞檢測(cè)：也稱為沖突檢測(cè)。發(fā)送方一邊發(fā)送數(shù)據(jù)一邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓的變化情況，以便判斷自己在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其他站是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)站點(diǎn)檢測(cè)到的信號(hào)電壓變化幅度超過(guò)一定的門限值時(shí)（信號(hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真），就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞，就要立即停止發(fā)送。如果在爭(zhēng)用期（以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)間，又稱碰撞窗口）內(nèi)檢測(cè)出發(fā)生了碰撞，可以在推遲一段時(shí)間后再把這個(gè)暫時(shí)保留的幀重傳一次。3.2.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層CSMA/CDMediumAccessControl，媒體接入控制子層LLC，LogicalLinkControl，邏輯鏈路控制子層★計(jì)算機(jī)通過(guò)適配器和局域網(wǎng)進(jìn)行通信★3.2.4以太網(wǎng)的MAC層MAC&LLC硬件地址：又稱為物理地址或MAC地址。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)規(guī)定了一種48位的全球地址，固化在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器的ROM中。每一個(gè)站的地址可用46位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示（最低位[單播還是多播]和最低第2位[全局還是本地]均為0時(shí)）。剩下的46位組成的地址空間可以有246（超過(guò)70萬(wàn)億）個(gè)MAC地址。如果同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，那么它就需要兩個(gè)適配器和兩個(gè)硬件地址。網(wǎng)卡“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：?jiǎn)尾ィ╱nicast）幀（一對(duì)一），即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。廣播（broadcast）幀（一對(duì)全體），即發(fā)送給本局域網(wǎng)上所有站點(diǎn)的幀（全1地址）。多播（multicast）幀（一對(duì)多），即發(fā)送給本局域網(wǎng)上一部分站點(diǎn)的幀?；祀s模式凡出現(xiàn)下列情況之一的即為無(wú)效的MAC幀：幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)字節(jié)；幀檢驗(yàn)序列FCS檢測(cè)出有差錯(cuò)；收到的幀的數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46-1500字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀?！颩AC幀格式★3.2.4以太網(wǎng)的MAC層以幀為單位傳送，幀間最小間隔為9.6μsMAC幀格式VirtualLAN，是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無(wú)關(guān)的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)VLAN。利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)VLAN。虛擬局域網(wǎng)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型的局域網(wǎng)。對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀?！锾摂M局域網(wǎng)劃分實(shí)例★3.2.5VLAN虛擬局域網(wǎng)廣播風(fēng)暴VLAN★MAC幀插入VLAN標(biāo)記后變成了802.lQ幀★3.2.5VLAN虛擬局域網(wǎng)802.lQ幀VLAN幀格式4字節(jié)的標(biāo)識(shí)符新型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接；每一個(gè)分組（也就是IP數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無(wú)關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）；網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。也就是說(shuō)，所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序，當(dāng)然也不保證分組交付的時(shí)限。3.3網(wǎng)絡(luò)層面向連接無(wú)連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)面向無(wú)連接路由器網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)際協(xié)議IP（InternetProtocol）地址解析協(xié)議ARP（AddressResolutionProtocol）網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP（InternetGroupManagementProtocol）反向地址解析協(xié)議RARP（ReversedAddressResolutionProtocol）3.3.2

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議★網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP及其配套協(xié)議★3.3.3IP地址★IP地址的點(diǎn)分十進(jìn)制記法★互聯(lián)網(wǎng)名字和數(shù)字分配機(jī)構(gòu)ICANN（InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers）網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址★IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段★3.3.3IP地址★各類IP地址的指派范圍★★各類IP地址默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼★網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址多歸屬主機(jī)★從不同層次上看IP地址和硬件地址★3.3.4IP地址與硬件地址盡管互連在一起的網(wǎng)絡(luò)的硬件地址體系各不相同，我們依然可以在網(wǎng)絡(luò)層上使用統(tǒng)一的、抽象的IP地址來(lái)研究主機(jī)和主機(jī)或路由器之間的通信?！颕P地址與硬件MAC地址的區(qū)別★★地址解析協(xié)議ARP的工作原理★3.3.5ARP地址解析協(xié)議解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址和硬件地址的映射問(wèn)題。因此主機(jī)H1是無(wú)法解析出另一個(gè)局域網(wǎng)上主機(jī)H2的硬件地址的。實(shí)際上主機(jī)H1也不需要知道遠(yuǎn)程主機(jī)H2的硬件地址。所有從IP地址到硬件地址的解析過(guò)程都是自動(dòng)進(jìn)行的，主機(jī)的用戶對(duì)這種地址解析過(guò)程是不知道的。回送（echo）請(qǐng)求或回答：由主機(jī)或路由器向一個(gè)特定的目的主機(jī)發(fā)出的詢問(wèn)，收到此報(bào)文的主機(jī)必須給源主機(jī)或路由器發(fā)送ICMP回送回答報(bào)文。主要用來(lái)測(cè)試目的站是否可達(dá)以及了解其有關(guān)狀態(tài)。時(shí)間戳（Timestamp）請(qǐng)求或回答：ICMP時(shí)間戳請(qǐng)求報(bào)文是請(qǐng)某臺(tái)主機(jī)或路由器回答當(dāng)前的日期和時(shí)間。主要用于時(shí)鐘同步和時(shí)間測(cè)量。3.3.6ICMP網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文ICMP詢問(wèn)報(bào)文終點(diǎn)不可達(dá)：當(dāng)路由器或主機(jī)不能交付數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就向源點(diǎn)發(fā)送此報(bào)文。時(shí)間超過(guò)：當(dāng)路由器收到生存時(shí)間為零的數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，除丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)外，還要向源點(diǎn)發(fā)送此報(bào)文；當(dāng)終點(diǎn)在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能收到一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的全部數(shù)據(jù)報(bào)片時(shí)，也把己收到的數(shù)據(jù)報(bào)片都丟棄，并向源點(diǎn)發(fā)送此報(bào)文。參數(shù)問(wèn)題：當(dāng)路由器或目的主機(jī)收到的數(shù)據(jù)報(bào)的首部中有不正確的字段值時(shí)，就丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，并向源點(diǎn)發(fā)送此報(bào)文。改變路由（Redirect）：路由器把此報(bào)文發(fā)送給主機(jī)，讓主機(jī)知道下次應(yīng)將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給另外的路由器。3.3.6ICMP網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP應(yīng)用實(shí)例★PING（PacketInterNetGroper，分組網(wǎng)間探測(cè)）★★Tracert（Traceroute，跟蹤路由）★禁用或者攔截ICMP報(bào)文★用隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)★3.3.7VPN虛擬專用網(wǎng)到55（或記為/8，它又稱為24位塊〉到55（或記為/12，它又稱為20位塊）到55（或記為/16，它又稱為16位塊）本地地址★NAT路由器的工作原理★3.3.8NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NetworkAddressTranslation，把內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成合法全球網(wǎng)絡(luò)地址，允許一個(gè)整體機(jī)構(gòu)以一個(gè)公用IP地址出現(xiàn)在Internet上。需要在專用網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件。NAT軟件至少有一個(gè)有效的外部全球IP地址。這樣，所有使用本地地址的主機(jī)在和外界通信時(shí)，都要在NAT路由器上將其本地地址轉(zhuǎn)換成全球IP地址，才能和互聯(lián)網(wǎng)連接。NAT實(shí)現(xiàn)方式靜態(tài)轉(zhuǎn)換：IP地址對(duì)是一對(duì)一的，是一成不變的?？梢詫?shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中某些特定設(shè)備（如服務(wù)器）的訪問(wèn)。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換：IP地址是不確定的，是隨機(jī)的，所有被授權(quán)訪問(wèn)上Internet的私有IP地址可隨機(jī)轉(zhuǎn)換為任何指定的合法IP地址。當(dāng)ISP提供的合法IP地址略少于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)數(shù)量時(shí)?？梢圆捎脛?dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的方式。網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT（NetworkAddressandPortTranslation）：在傳統(tǒng)NAT轉(zhuǎn)換表的基礎(chǔ)上把傳輸層的端口號(hào)也利用上。它能更加有效地利用NAT路由器上的全球IP地址，是目前互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多的方式。3.3.9IPv6協(xié)議IPv6的特點(diǎn)更大的地址空間：32位---128位，即最大地址個(gè)數(shù)為2128，使地址空間增大了296倍。更高的安全性：用戶可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，在IPv6中的加密與鑒別選項(xiàng)提供了分組的保密性與完整性。更好的首部格式：IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的首部和IPv4的并不兼容，它使用了新的首部格式。其選項(xiàng)與基本首部分開(kāi)，如果需要，可將選項(xiàng)插入到基本首部與上層數(shù)據(jù)之間。這就簡(jiǎn)化和加速了路由選擇過(guò)程，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的選項(xiàng)不需要由路由選擇。使用更小的路由表：IPv6的地址分配一開(kāi)始就遵循聚類的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。增加了增強(qiáng)的組播支持以及對(duì)流的控制：這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。加入了對(duì)自動(dòng)配置的支持：這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)尤其是局域網(wǎng)的管理更加方便和快捷。允許協(xié)議繼續(xù)擴(kuò)充：方便新的應(yīng)用加入，而IPv4的功能是固定不變的。雙協(xié)議棧隧道技術(shù)從IPv4向IPv6過(guò)渡3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具★傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供邏輯通信★3.4傳輸層進(jìn)程間通信TCPUDP打電話發(fā)短信★常用的應(yīng)用程序熟知端口號(hào)及其傳輸層協(xié)議★3.4.2端口地址服務(wù)器端使用的端口號(hào)客戶端使用的端口號(hào)熟知端口號(hào)：0-1023登記端口號(hào)：1024-4915149152-65535復(fù)用分用面向無(wú)連接，減少了開(kāi)銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時(shí)延。盡最大努力交付，不保證可靠交付，主機(jī)不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。面向報(bào)文，對(duì)報(bào)文既不合并，也不拆分，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文。沒(méi)有擁塞控制，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。很多的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如IP電話、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等）要求源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時(shí)延。UDP正好適合這種要求。支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。3.4.3UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議★UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的首部和偽首部★首部開(kāi)銷小，只有源端口、目的端口、長(zhǎng)度和檢驗(yàn)和共8個(gè)字節(jié)，在進(jìn)行檢驗(yàn)和計(jì)算時(shí)，UDP增加12個(gè)字節(jié)的偽首部參與計(jì)算，以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。面向連接，在使用TCP協(xié)議之前，必須先建立TCP連接。在傳送數(shù)據(jù)完畢后，必須釋放已經(jīng)建立的TCP連接。提供可靠交付的服務(wù)，通過(guò)TCP連接傳送的數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、不丟失、不重復(fù)，并且按序到達(dá)。每一條TCP連接只能是一對(duì)一，只能有兩個(gè)端點(diǎn)。TCP不提供廣播或多播服務(wù)。提供全雙工通信，允許通信雙方的應(yīng)用進(jìn)程在任何時(shí)候都能發(fā)送數(shù)據(jù)。面向字節(jié)流傳輸。把交互的數(shù)據(jù)僅僅看成是一連串的無(wú)結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。并不關(guān)心應(yīng)用進(jìn)程一次把多長(zhǎng)的報(bào)文發(fā)送到TCP的緩存中，而是根據(jù)對(duì)方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來(lái)決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)。3.4.4TCP傳輸控制協(xié)議★TCP的三次握手連接★3.4.4TCP傳輸控制協(xié)議★TCP連接釋放的過(guò)程★半關(guān)閉A已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但B若發(fā)送數(shù)據(jù)，A仍要接收從B到A這個(gè)方向的連接并未關(guān)閉，這個(gè)狀態(tài)可能會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。3.4.5Socket套接字★Socket系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程★一個(gè)TCP連接套接字socket=（IP地址：端口號(hào)）＝{socket1，socket2}同一個(gè)IP地址可以有多個(gè)不同的TCP連接同一個(gè)端口號(hào)也可以出現(xiàn)在多個(gè)不同的TCP連接中={（IP1：port1），（IP2：port2）}3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具IP地址長(zhǎng)度都是固定的，而域名是變長(zhǎng)的，不便于計(jì)算機(jī)處理。IP地址對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)不方便記憶，但域名便于用戶使用。3.5應(yīng)用層★域名劃分的層次結(jié)構(gòu)★為什么需要DNS域名的層次結(jié)構(gòu)DNS（DomainNameSystem，域名系統(tǒng)）任何一個(gè)連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)或路由器，都有一個(gè)唯一的層次結(jié)構(gòu)的名字------域名DNS既不規(guī)定一個(gè)域名需要包含多少個(gè)下級(jí)域名，也不規(guī)定每一級(jí)的域名代表什么意思。各級(jí)域名由其上一級(jí)的域名管理機(jī)構(gòu)管理，而最高的頂級(jí)域名則由ICANN進(jìn)行管理。3.5.1DNS域名系統(tǒng)★DNS域名解析過(guò)程★DNS域名服務(wù)器根域名服務(wù)器頂級(jí)域名服務(wù)器權(quán)限域名服務(wù)器本地域名服務(wù)器怎樣標(biāo)志分布在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的萬(wàn)維網(wǎng)文檔？用什么樣的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)維網(wǎng)上的各種鏈接？怎樣使不同作者創(chuàng)作的不同風(fēng)格的萬(wàn)維網(wǎng)文檔，都能在互聯(lián)網(wǎng)上的各種主機(jī)上顯示出來(lái)，同時(shí)使用戶清楚地知道在什么地方存在著鏈接？3.5.2HTTP超文本傳輸協(xié)議WWW萬(wàn)維網(wǎng)超媒體超文本頁(yè)面URLHTTPHTML<協(xié)議>://<主機(jī)>:<端口>/<路徑>WorldWideWeb3.5.2HTTP超文本傳輸協(xié)議HTTP協(xié)議面向事務(wù)瀏覽器80端口★HTTP的工作原理★無(wú)狀態(tài)HyperTextTransferProtocol3.5.3DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP協(xié)議★DHCP的工作過(guò)程★DynamicHostConfigurationIP地址子網(wǎng)掩碼默認(rèn)路由IP地址DNS的IP地址人工配置自動(dòng)配置動(dòng)態(tài)配置中繼代理租約3TCP/IP協(xié)議簇1.物理層3.網(wǎng)絡(luò)層2.數(shù)據(jù)鏈路層4.傳輸層5.應(yīng)用層6.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具3.6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具協(xié)議分析器★Wireshark主界面★用于監(jiān)督和跟蹤網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的診斷工具。既能用于合法網(wǎng)絡(luò)管理也能用于竊取網(wǎng)絡(luò)信息。網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作和維護(hù)都可以通過(guò)協(xié)議分析器來(lái)完成，如監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)流量、分析數(shù)據(jù)包、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)資源利用、執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安全操作規(guī)則，鑒定分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及診斷并修復(fù)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題等等。又經(jīng)常被稱為網(wǎng)絡(luò)嗅探器（Sniffer）、數(shù)據(jù)包分析器（PacketAnalyzer）、網(wǎng)絡(luò)嗅聽(tīng)器（NetworkSniffingTool）、網(wǎng)絡(luò)分析器（NetworkAnalyzer）等。1.導(dǎo)論2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.TCP/IP協(xié)議簇4.Modbus工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用5.PROFIBUS