理学数据通信基础.pptx

11.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l数字通信系统由数字通信系统由信源信源、信源编码器信源编码器、信道编码器信道编码器、调调制器制器、信道信道（物理通道）、（物理通道）、解调器解调器、信道译码器信道译码器、信信源译码器源译码器、信宿信宿、噪声源以及发送端和接收端、噪声源以及发送端和接收端时钟同时钟同步步组成。组成。2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念21.1.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l发送接收设备发送接收设备l在工业数据通信系统中，发送设备往往是信源、信源在工业数据通信系统中，发送设备往往是信源、信源编码器、信道编码器结合的整体。编码器、信道编码器结合的整体。l接收设备是信宿、信道译码器、信源译码器结合的整接收设备是信宿、信道译码器、信源译码器结合的整体。体。l而且许多测量控制设备既可以作为发送设备，又可以而且许多测量控制设备既可以作为发送设备，又可以作为接收设备；一方面将本设备产生的数据发送到通作为接收设备；一方面将本设备产生的数据发送到通信系统，另一方面也接收系统内其他设备传送给它的信系统，另一方面也接收系统内其他设备传送给它的信号。在工业数据通信系统中典型的发送与接收设备信号。在工业数据通信系统中典型的发送与接收设备如下：如下：2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念3l各种变送器、智能变送器各种变送器、智能变送器l各种数据采集装置各种数据采集装置l可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLC,PIDPLC,PID控制器等控制器等l作为监视操作设备的监控计算机或工作站作为监视操作设备的监控计算机或工作站l各种调节阀门各种调节阀门 2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念42.通信方式通信方式 并行传输、串行传输并行传输、串行传输2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念51.1.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l数据编码数据编码l 数字数据的信号编码问题就是要解决数字数据的数字数据的信号编码问题就是要解决数字数据的数字信号表示问题。数字数据可以由多种不同形式的数字信号表示问题。数字数据可以由多种不同形式的脉冲信号的波形来表示。主要形式有：脉冲信号的波形来表示。主要形式有：l单极性码单极性码和和双极性码双极性码：一根信号线，一根地线；一根信号线，一根地线；l差分码差分码：无地线，两根都是信号线，：无地线，两根都是信号线，RS485RS485，主要，主要用于提高抗干扰能力及增加传输距离；用于提高抗干扰能力及增加传输距离；2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念61.1.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l数据编码：单极性全宽码、归零码数据编码：单极性全宽码、归零码2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念71.1.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l数据编码：曼彻斯特编码数据编码：曼彻斯特编码2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念81.1.数据通信系统基本模型、相关概念数据通信系统基本模型、相关概念l数据编码：差分编码数据编码：差分编码 特点：两线同时受干扰，差值不变特点：两线同时受干扰，差值不变 每线电平变化不大，但差分每线电平变化不大，但差分 信号幅值增大；提高抗干扰能力信号幅值增大；提高抗干扰能力2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念93.数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标 比特率、波特率、误码率、信道容量、带宽比特率、波特率、误码率、信道容量、带宽2.1 网络与通信技术基础2.1.1 数据通信概念.比特率：数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位比特率：数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)(bit)数来表示，其单位为每秒数来表示，其单位为每秒比特数比特数bit/s(bps)bit/s(bps)、每秒千比特数、每秒千比特数(K Kbps)bps)或每秒兆比特数或每秒兆比特数(M Mbps)bps)来表示。来表示。.波特率波特率 ：波特率：波特率指数据信号对载波的调制速率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)(Baud)。波特率波特率与比特率的关系为：比特率与比特率的关系为：比特率=波特率波特率单个调制状态对应的二进制单个调制状态对应的二进制位数。位数。10l1.1.数据传输方式数据传输方式 l基带传输：基带传输：直接传输基带信号直接传输基带信号的传输方式。（常用）的传输方式。（常用）基带传输过程简单，设备费用低，适合于近距离传输，在基带传输过程简单，设备费用低，适合于近距离传输，在传输量较小的现场总线系统中，往往采用这种形式。传输量较小的现场总线系统中，往往采用这种形式。l 频带（载波）传输：在信道中频带（载波）传输：在信道中传输载波信号传输载波信号的传输方式。的传输方式。在远距离传输中通常不采用基带传输而采用频带传输方式。在远距离传输中通常不采用基带传输而采用频带传输方式。可以同时传输多个不同频信号，提高介质利用率。可以同时传输多个不同频信号，提高介质利用率。2.1 网络与通信技术基础2.1.2 数据传输112.1 网络与通信技术基础2.1.2 数据传输12l1.1.数据传输方式数据传输方式 l宽带传输：信号被调制到不同频率范围。宽带传输：信号被调制到不同频率范围。一条传输通道有多个频带传输。即多个载波。一条传输通道有多个频带传输。即多个载波。在数字通信网络中，多用基带传输。在数字通信网络中，多用基带传输。特点：结构简单、价格低；利用率较低。特点：结构简单、价格低；利用率较低。2.1 网络与通信技术基础2.1.2 数据传输134.多路复用技术：多路复用技术：多个发送、接收设备连接到一个传输介质上，如总线多个发送、接收设备连接到一个传输介质上，如总线 频分多路、时分多路、波分多路频分多路、时分多路、波分多路2.1 网络与通信技术基础2.1.2 数据传输频分多路：不同载波频率，同时传送。宽带传输频分多路：不同载波频率，同时传送。宽带传输时分多路：基带传输，每个发送设备在不同时间发送。时分多路：基带传输，每个发送设备在不同时间发送。波分多路：不同波长的光载波，同时传送。光纤传输。波分多路：不同波长的光载波，同时传送。光纤传输。142.1 网络与通信技术基础2.1.3 数据交换技术4.数据交换技术数据交换技术 电路交换、报文交换、分组交换电路交换、报文交换、分组交换152.1 网络与通信技术基础2.1.3 数据交换技术4.数据交换技术数据交换技术 电路交换：建立临时专用线路电路交换：建立临时专用线路 传统电话线上网、传真均采用该方式。线路利用率低，传统电话线上网、传真均采用该方式。线路利用率低，但连接后传输延迟小。但连接后传输延迟小。162.1 网络与通信技术基础2.1.3 数据交换技术4.数据交换技术数据交换技术报文交换：中转节点存储信息，传输信息为一个报文报文交换：中转节点存储信息，传输信息为一个报文172.1 网络与通信技术基础2.1.3 数据交换技术4.数据交换技术数据交换技术 分组交换：把大报文分成若干小报文，各走各通路。分组交换：把大报文分成若干小报文，各走各通路。到目的地后再按编号重新组合成大报文。效率最高到目的地后再按编号重新组合成大报文。效率最高182.1 网络与通信技术基础2.1.4 差错监测及控制l数据出错有两种处理方式：监测重发和纠错数据出错有两种处理方式：监测重发和纠错192.1 网络与通信技术基础2.1.4 差错监测及控制l数据出错有两种处理方式：监测重发和纠错数据出错有两种处理方式：监测重发和纠错20l传输介质是指从发送设备到接收设备之间信号传输介质是指从发送设备到接收设备之间信号传递所传递所经过的媒介经过的媒介，是网络中连接收发双方的物理通路，是，是网络中连接收发双方的物理通路，是通信中实际传送信息的载体，它也是组成通信系统的通信中实际传送信息的载体，它也是组成通信系统的硬件之一。硬件之一。l工业数据通信系统可以采用无线传输介质，例如电磁工业数据通信系统可以采用无线传输介质，例如电磁波、红外线等，也可以采用双绞线、电缆、波、红外线等，也可以采用双绞线、电缆、电力线电力线、光缆等有线介质。传输介质的特性对网络中的数据通光缆等有线介质。传输介质的特性对网络中的数据通信质量影响很大。信质量影响很大。2.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质21l传输介质的特性主要指：传输介质的特性主要指：物理特性物理特性：传输介质的物理结构。：传输介质的物理结构。传输特性传输特性：传输介质对数据传送所允许的传输速率、频：传输介质对数据传送所允许的传输速率、频率、容量等。率、容量等。连通特性：点对点或一对多点的连接方式。连通特性：点对点或一对多点的连接方式。地理范围：传输介质的最大传输距离。地理范围：传输介质的最大传输距离。抗干扰性：传输介质防止电磁干扰等噪声对传输数据影抗干扰性：传输介质防止电磁干扰等噪声对传输数据影响的能力。响的能力。性价比。性价比。2.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质其标准由美国电气和电子工程师协会：其标准由美国电气和电子工程师协会：IEEE 802 IEEE 802 局域网局域网/城域网城域网 标准制定221.1.双绞线双绞线：物理描述、传输特性、相关特点：物理描述、传输特性、相关特点l物物理理特特性性：双双绞绞线线由由按按规规则则螺螺旋旋结结构构排排列列的的两两根根或或4 4根根绝绝缘缘线线组组成成，一一对对线线可可以以作作为为一一条条通通信信线线路路。通通过过对绞来减少或消除相互间的电磁干扰。对绞来减少或消除相互间的电磁干扰。l双双绞绞线线适适于于局局域域网网和和广广域域网网，可可传传输输数数字字信信号号和和模模拟拟信信号号。在在广广域域范范围围一一般般可可传传输输15km15km，但但在在以以太太网网中中最最长为长为100m100m。l双绞线可用于点到点传输，也可用于点到多点传输。双绞线可用于点到点传输，也可用于点到多点传输。2.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质232.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质242.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l双绞线的物理特性：非屏蔽式双绞线的物理特性：非屏蔽式l非屏蔽式双绞线非屏蔽式双绞线UTPUTP：通过对绞来减少或消除相互间的电磁干：通过对绞来减少或消除相互间的电磁干扰。有扰。有3 3类、类、4 4类和类和5 5类，带宽分别为类，带宽分别为16MHz16MHz、20MHz20MHz和和100MHz100MHz，常用作局域网传输介质，长度为常用作局域网传输介质，长度为100100米。米。l具有成本低、易弯曲、易安装、适于结构化布线等优点。因此，具有成本低、易弯曲、易安装、适于结构化布线等优点。因此，在一般的局域网建设中被普遍采用。但它也存在传输时有信息在一般的局域网建设中被普遍采用。但它也存在传输时有信息辐射、容易被窃听的缺点。辐射、容易被窃听的缺点。l低频时抗干扰能力相当于同轴电缆，高频抗干扰能力较差，已低频时抗干扰能力相当于同轴电缆，高频抗干扰能力较差，已较少使用。较少使用。252.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l双绞线的物理特性：屏蔽式。双绞线的物理特性：屏蔽式。l屏屏蔽蔽式式双双绞绞线线(STP)(STP)：通通过过屏屏蔽蔽层层减减少少相相互互间间的的电电磁磁干干扰扰。有有三三类类和和五五类类，带带宽宽分分别别为为16MHz16MHz和和100MHz100MHz，常常用用于于对对辐辐射射要要求求严格的场合。严格的场合。l具具有有抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力强强、传传输输质质量量高高等等优优点点，但但它它也也存存在在接接地地要要求求高高、安安装装复复杂杂、成成本本高高的的缺缺点点。因因此此，屏屏蔽蔽式式双双绞绞线线的的实实际应用并不普遍。际应用并不普遍。262.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质272.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l双绞线的传输特性：双绞线的传输特性：l双绞线的形式已发生巨大变化，双绞线的形式已发生巨大变化，大部分已不再双绞大部分已不再双绞，且几对线，且几对线组合。非屏蔽双绞线（组合。非屏蔽双绞线（UTPUTP）分为五种形式。）分为五种形式。10BaseT10BaseT局域网中局域网中主要使用主要使用3 3类和类和5 5类线，它们的有效传输距离一般在类线，它们的有效传输距离一般在100m100m左右。左右。超超5 5类线可达类线可达1000Mbps1000Mbps。282.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质一类、三类双绞线一类、三类双绞线三类、五类双绞线三类、五类双绞线292.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l双绞线（普通网线）的制作分为工作站至工作站（对接线）双绞线（普通网线）的制作分为工作站至工作站（对接线）和工作站至集线器两种：工作站至集线器的双绞线，其和工作站至集线器两种：工作站至集线器的双绞线，其8 8芯芯线一一对应。线一一对应。l1.568B 橙白橙白 橙橙 绿白绿白 蓝蓝 蓝白蓝白 绿绿 棕白棕白 棕棕（普通线）（普通线）2.568A 绿白绿白 绿绿 橙白橙白 蓝蓝 蓝白蓝白 橙橙 棕白棕白 棕棕（交叉线）（交叉线）302.2.同轴电缆：物理描述、传输特性、相关特点同轴电缆：物理描述、传输特性、相关特点l同同轴轴电电缆缆有有两两种种基基本本类类型型：基基带带同同轴轴电电缆缆和和宽宽带带同同轴轴电缆电缆，它们的线间特性阻抗分别为，它们的线间特性阻抗分别为5050和和7575。l宽宽带带同同轴轴电电缆缆可可用用于于频频分分多多路路复复用用模模拟拟信信号号的的传传输输，也也用用于于数数字字信信号号的的传传输输。较较基基带带同同轴轴电电缆缆传传输输速速率率高高，距离远距离远(几十几十km)km)，但成本也高。，但成本也高。2.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质312.2.同轴电缆：物理描述、传输特性、相关特点同轴电缆：物理描述、传输特性、相关特点l基基带带同同轴轴电电缆缆一一般般只只用用来来传传输输基基带带信信号号，因因此此较较宽宽带带同同轴轴电电缆缆经经济济，适适合合距距离离较较短短、速速度度要要求求较较低低的的局局域域网。网。l基基带带同同轴轴电电缆缆又又可可分分为为粗粗缆缆和和细细缆缆。粗粗、细细缆缆基基本本线线段段最最长长要要求求分分别别为为500m500m和和200m200m，信信息息传传输输距距离离最最远远分分别为别为2500m2500m和和1000m1000m。2.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质322.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l同轴电缆的物理特性：同轴电缆的物理特性：l典型的同轴电缆（典型的同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）由一根内导体）由一根内导体铜铜质芯线质芯线外加外加绝缘层绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，金属屏蔽层一般和地相及外包装保护塑橡材料组成，金属屏蔽层一般和地相连，其结构如下图所示。连，其结构如下图所示。332.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l光纤的物理特性：光纤的物理特性：芯芯线线是是由由光光导导纤纤维维（石石英英丝丝）做做成成，它它传传输输光光脉脉冲冲数数字字信信号号。光光纤纤传传输输信信号号的的原原理理如如下下图图：只只要要射射到到光光纤纤表表面面的的光光线线的的入入射射角角大大于于某某一一临临界界角角度度，就就可可以以产产生生全全反反射射，并并且且可可以以存存在在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。（a）折射角大于入射角）折射角大于入射角（b）光波在纤芯中传播）光波在纤芯中传播（c）62.5/125m渐变渐变增强型多模光纤增强型多模光纤 342.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l光光缆缆的的结结构构：大大致致可可分分为为缆缆芯芯（Cable Cable CoreCore）和和保保护护层层（SheathSheath）两大部分，下图为四芯光缆剖面的示意图。）两大部分，下图为四芯光缆剖面的示意图。352.1 网络与通信技术基础2.1.5 传输介质l光纤的传输特性：光纤的传输特性：多多模模光光纤纤和和5 5类类双双绞绞线线的的衰衰减减与与频频率率关关系系如如右右图图所所示示，当当传传输输频频率率超超过过100MHz100MHz时时，5 5类类双双绞绞线线随随着着频频率率的的增增加加衰衰减减愈愈来来愈愈大大；而而光光纤纤在在300MHz300MHz以以内内，衰减基本不变。衰减基本不变。此外，在长距离数据传输中可以采用无线通信，包括微波、此外，在长距离数据传输中可以采用无线通信，包括微波、红外甚至卫星通信。在油气集输领域经常用到无线通信。红外甚至卫星通信。在油气集输领域经常用到无线通信。362.2 局域网技术2.2.1 局域网概述特点：特点：1.1.较小的地理范围，从十几米到几公里。较小的地理范围，从十几米到几公里。2.2.以微型计算机及相关控制设备为主要连接对象。以微型计算机及相关控制设备为主要连接对象。3.3.通常属于某个单位和部门。通常属于某个单位和部门。l局域网局域网(LAN)(LAN)：Local Area Net Local Area Net 一组在物理位置上一组在物理位置上彼此相隔彼此相隔 不远不远的计算机及其设备按照的计算机及其设备按照一定方式连接一定方式连接，彼此能，彼此能快速通信快速通信l 现场总线是典型的局域网。现场总线是典型的局域网。传输性能：传输性能：1.1.传输速率较高，可达传输速率较高，可达1000Mbps1000Mbps，100Mbps100Mbps已普及。已普及。2.2.一个局域网内一个局域网内多个站点共享一个传输介质多个站点共享一个传输介质，时延较低，时延较低 3.3.误码率较低误码率较低，一般在，一般在1010-8-81010-11-11范围内。范围内。372.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术优点：优点：通信协议简单通信协议简单对外围站点要求不高对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网单个站点故障不会影响全网缺点：缺点：电路利用率低，连线费用大电路利用率低，连线费用大网络性能依赖中央结点网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链每个站点需要有一个专用链路路1.局域网的拓扑结构：星形拓扑。以太网主要结构。局域网的拓扑结构：星形拓扑。以太网主要结构。DCS系统的典型结构系统的典型结构382.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术优点：优点：传输速率高，传输距离远传输速率高，传输距离远各节点的地位和作用相同各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制容易实现分布式控制缺点：缺点：站点的故障会形起整个网站点的故障会形起整个网络的崩溃络的崩溃1.局域网的拓扑结构：环形拓扑。骨干网主要结构。局域网的拓扑结构：环形拓扑。骨干网主要结构。392.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术优点：优点：信息交换在上、下节点之间进行信息交换在上、下节点之间进行通信线路连接简单，网络管理软通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便件也不复杂，维护方便缺点：缺点：资源共享能力差，可靠性低资源共享能力差，可靠性低Internet是是当当今今世世界界上上规规模模最最大大、用用户户最最多多、影影响响最最广广泛泛的的计计算算机机互互联联网网络络。Internet网网上上联联有有大大大大小小小小成成千千上上万万个个不不同同拓拓扑扑结结构构的的局局域域网网、城城域域网网和和广广域域网。应此，网。应此，Internet网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构，无固定形式。网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构，无固定形式。1.局域网的拓扑结构：树形拓扑。局域网的拓扑结构：树形拓扑。Internet、广域网主要结构、广域网主要结构402.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术优点：优点：结构简单，可靠性高结构简单，可靠性高布线容易，连线总长度小布线容易，连线总长度小于星型结构于星型结构易对站点扩充和删除易对站点扩充和删除缺点：缺点：总线任务重，易产生瓶颈总线任务重，易产生瓶颈问题问题总线本身的故障对系统是总线本身的故障对系统是毁灭性的毁灭性的1.局域网的拓扑结构：总线拓扑。现场总线主要结构。局域网的拓扑结构：总线拓扑。现场总线主要结构。412.2 局域网技术2.2.2 总线概述（补充）B1.B1.总线的基本术语：总线的基本术语：总线与总线段：总线与总线段：总线就是总线就是传输信号或信息的公共路径传输信号或信息的公共路径，是，是遵循同一技术规范遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起成为的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起成为“总线段总线段”，可以通过总线段互联把多个总线段连接成一个网络系统，可以通过总线段互联把多个总线段连接成一个网络系统总线主设备：总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备叫做可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备总线主设备”，也就，也就是它能主动发起通信的能力，又称命令者，比如监控设备。是它能主动发起通信的能力，又称命令者，比如监控设备。总线从设备：总线从设备：不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上，对总线信不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上，对总线信息进行接收查询的设备称为从设备，或基本设备，比如各控制器。息进行接收查询的设备称为从设备，或基本设备，比如各控制器。422.2 局域网技术2.2.2 总线概述（补充）B1.B1.总线的基本术语：总线的基本术语：总线协议：总线协议：管理管理主、从设备使用主、从设备使用总线的一套规则总线的一套规则成为成为“总线协议总线协议”。即。即主从设备事先约定好的收发方式和顺序。主从设备事先约定好的收发方式和顺序。控制信号：控制信号：总线协议的具体表征，三类控制信号：总线协议的具体表征，三类控制信号：(1)(1)控制设备；控制设备；(2)(2)控制传输：比如帧格式和传输速率等等；控制传输：比如帧格式和传输速率等等；(3)(3)表征地址和数据意义：用于告知其它设备自身的属性。表征地址和数据意义：用于告知其它设备自身的属性。432.2 局域网技术2.2.2 总线概述（补充）B2.B2.总线操作的概念和过程：总线操作的概念和过程：总线操作（各现场总线协议的核心内容）：总线操作（各现场总线协议的核心内容）：总线上命令者和响应者之间的总线上命令者和响应者之间的连接、数据传送、脱开连接、数据传送、脱开这一操这一操作过程成为一次总线操作，或者叫做一个总线交易，实际就是一作过程成为一次总线操作，或者叫做一个总线交易，实际就是一次数据传输的过程。各种现场总线这一过程不同，主要用协议表次数据传输的过程。各种现场总线这一过程不同，主要用协议表征。征。（1 1）寻址寻址：物理寻址：通过对方的物理寻址：通过对方的具体位置具体位置和对方建立通信，比如程序和对方建立通信，比如程序中指明第二段第三个设备。中指明第二段第三个设备。逻辑寻址：通过对方的逻辑寻址：通过对方的IPIP地址、地址、MACMAC地址或名称标识地址或名称标识和对方建和对方建立通信。和具体位置无关。立通信。和具体位置无关。442.2 局域网技术2.2.2 总线概述（补充）B2.B2.总线操作的概念和过程：总线操作的概念和过程：（2 2）通信请求通信请求：通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。一般是主设备呼叫从设备。要求后者给予注意并进行某种服务。一般是主设备呼叫从设备。不同的总线标准中，通信请求的方式是多种多样的。比如菊不同的总线标准中，通信请求的方式是多种多样的。比如菊花链方式中，就需要一个通信处理器来检测通信请求，当检测到花链方式中，就需要一个通信处理器来检测通信请求，当检测到某个设备有通信的要求，就把总线占有权给该设备。某个设备有通信的要求，就把总线占有权给该设备。（3 3）总线仲裁总线仲裁：多个设备可能在同时都发出请求信号，也就是总线在传送信多个设备可能在同时都发出请求信号，也就是总线在传送信息的操作过程中可能会发生冲突，为解决这种冲突，就需要裁决息的操作过程中可能会发生冲突，为解决这种冲突，就需要裁决哪一个主设备可以占用总线，这就是总线仲裁。哪一个主设备可以占用总线，这就是总线仲裁。总线仲裁的原则：总线仲裁的原则：介质访问方法介质访问方法451 1）载波侦听）载波侦听(CSMA)(CSMA)：最常用的介质访问控制方法。最常用的介质访问控制方法。原理：原理：每个工作站在每个工作站在发送信息之前发送信息之前，都要，都要监听传输线监听传输线上是否上是否有信息在发送，也叫有信息在发送，也叫 “载波监听载波监听”。如果。如果介质是空闲介质是空闲的，则的，则可可以发送以发送。如果。如果介质是忙介质是忙的，的，则等待一定间隔则等待一定间隔后重试。后重试。具体措施：具体措施：不坚持不坚持CSMACSMA（非持续坚持）、（非持续坚持）、1 1坚持坚持CSMACSMA（持续坚持）（持续坚持）P P坚持坚持CSMACSMA（概率坚持）（概率坚持）2.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术2.2.介质访问方法介质访问方法 网络各站点的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，网络各站点的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，故称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信故称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为息，则这些信息会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为 “冲突冲突”。为尽量避免由于竞争引起的冲突，必须采取介质访问控制方。为尽量避免由于竞争引起的冲突，必须采取介质访问控制方法。法。46（1 1）.不坚持不坚持CSMACSMAl站站点点在在发发送送数数据据前前先先监监听听信信道道，若若信信道道忙忙则则放放弃弃侦侦听听，等等待待一个一个随机时间随机时间后再后再侦侦听，若信道空闲则发送数据。听，若信道空闲则发送数据。l信道利用率高于信道利用率高于1-1-坚持坚持CSMACSMA，但延迟特性要差些。，但延迟特性要差些。2.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术47（2 2）.1-.1-坚持坚持CSMACSMAl站站点点在在发发送送数数据据前前先先侦侦听听信信道道，若若信信道道忙忙则则一一直直坚坚持持侦侦听听直直至至发发现现信信道道空空闲闲，一一旦旦信信道道空空闲闲立立即即（概概率率1 1）发发送送数数据据，发现冲突后随机等待一段时间，然后重新开始侦听信道。发现冲突后随机等待一段时间，然后重新开始侦听信道。l该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。2.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术48l（3 3）p-p-坚持坚持CSMACSMAl适适用用于于时时分分信信道道。站站点点在在发发送送数数据据前前先先侦侦听听信信道道，信信道道忙忙则则等等到到下下一一个个时时间间片片再再侦侦听听，信信道道空空闲闲则则以以概概率率p p发发送送数数据据，以以概概率率1-p1-p将将发发送送推推迟迟到到下下一一个个时时间间片片。下下一一个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到信道忙。个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到信道忙。l该该协协议议试试图图在在1-1-坚坚持持CSMACSMA和和非非坚坚持持CSMACSMA间间取取得得性性能能的的折折衷衷，影影响响协协议议性性能能的的关关键键在在于于p p的的选选择择。由由具具体体通通信信协协议软件指定议软件指定p p的具体数值。的具体数值。2.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术492.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术lp-坚持坚持CSMA502.2 局域网技术2.2.2 局域网的关键技术3）令牌访问控制）令牌访问控制 源于环形结构，现在也用于总线结构网络。是一种绝对不会发源于环形结构，现在也用于总线结构网络。是一种绝对不会发生冲突的控制机制。生冲突的控制机制。某一瞬间只允许一个站点发送报文。具体措施：某一瞬间只允许一个站点发送报文。具体措施：A：令牌传递（指令报文）：令牌传递（指令报文）B：时间原则（不同时间点发送）：时间原则（不同时间点发送）512.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型lOSI/RM OSI/RM 模型的提出模型的提出l世界上第一个网络体系结构由世界上第一个网络体系结构由IBMIBM公司提出（公司提出（7474年年SNASNA），），以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如：以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如：DigitalDigital公司的公司的DNADNA，美国国防部的，美国国防部的TCP/IPTCP/IP等，多种网络体等，多种网络体系结构并存，其结果是若采用系结构并存，其结果是若采用IBMIBM的结构，只能选用的结构，只能选用IBMIBM的的产品，只能与同种结构的网络互联。产品，只能与同种结构的网络互联。l为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISOISO于于19771977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放，称为开放系统互联模型（系统互联模型（OSIOSI参考，参考，open system open system interconnectioninterconnection）522.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型OSI/RM OSI/RM 模型划分层次的原则模型划分层次的原则l网络中网络中各结点各结点都有都有相同的层次相同的层次l不同结点不同结点相同层次相同层次具有具有相同的功能相同的功能l同一结点同一结点相邻层相邻层间通过间通过接口通信接口通信l每一层每一层可以可以使用下层使用下层提供的提供的服务服务，并向上层提供服，并向上层提供服务不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的务不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信通信l将将相似的功能相似的功能集中在集中在同一层同一层中。中。532.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型信信件件投投递递过过程程示示意意542.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型数数据据传传输输过过程程示示意意552.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型562.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型57l第第7层：应用层层：应用层(Application Layer)l为网络用户或应用程序提供各种服务为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子，如文件传输、电子邮件邮件(E-mail)、分布式数据库、网络管理等。、分布式数据库、网络管理等。l第第6层：表示层层：表示层(Presentation Layer)l为应用层提供信息表示方式的服务，如为应用层提供信息表示方式的服务，如数据格式的变换数据格式的变换、文本压缩、加密技术等。文本压缩、加密技术等。l第第5层：会话层层：会话层(Session Layer)l为表示层为表示层提供建立、维护和结束会话连接提供建立、维护和结束会话连接的功能，并提供的功能，并提供会话管理服务。会话管理服务。2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型58l第第4层：传输层层：传输层(Transport Layer)l为上层提供端到端为上层提供端到端(最终用户到最终用户最终用户到最终用户)的透明的、可靠的的透明的、可靠的数据传输服务。主要功能是提供数据传输服务。主要功能是提供数据目的地的数据目的地的IP地址地址2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型59l第第3层：网络层层：网络层(Network Layer)l主机与通信网络的接口。主机与通信网络的接口。l意义：保证报文分组以意义：保证报文分组以最佳路径最佳路径通过网络到达目地主机。通过网络到达目地主机。1.路径选择路径选择与中继，实现与中继，实现分组交换分组交换；2.流量控制；流量控制；3.建立连接与网络管理。建立连接与网络管理。2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型60l第第2层：数据链路层层：数据链路层(Data Link Layer)l通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行通过差错控制提供数据帧在信道上无差错地传输，并进行数据流量控制数据流量控制。实现。实现CSMA控制算法控制算法。2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型61第第1层：物理层层：物理层(Physical Layer)l在物理信道上传输原始的数据比特（在物理信道上传输原始的数据比特（bit）流，提供为建立、）流，提供为建立、维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口维护和拆除物理链路连接所需的各种传输介质、通信接口特性等。特性等。2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型62OSIOSI与部分控制网络通信参考模型的对应关系与部分控制网络通信参考模型的对应关系2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型63OSI模型与模型与LonWorks和和CAN的分层对照的分层对照2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型64l不同层次采用不同的网络互联设备：不同层次采用不同的网络互联设备：l物物理理层层使使用用中中继继器器(Repeater)，通通过过复复制制位位信信号号延延伸伸网网段段长度长度l数数据据链链路路层层使使用用网网桥桥(bridge)，在在局局域域网网之之间间存存储储或或转转发发数数据帧据帧l网网络络层层使使用用路路由由器器(Router)在在不不同同网网络络间间存存储储转转发发分分组组信信号号l传传输输层层及及传传输输层层以以上上，使使用用网网关关(gateway)进进行行协协议议转转换换，提供更高层次的接口提供更高层次的接口2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型65l网络互连从通信协议的角度来看可以分成四个层次：网络互连从通信协议的角度来看可以分成四个层次：2.2 局域网技术2.2.3 局域网的参考模型66中继器中继器(repeater)又称重发器。又称重发器。l中中继继器器接接受受一一个个线线路路中中的的报报文文信信号号，将将其其进进行行整整形形放放大大、重重新新复复制制，并并将将新新生生成成的的复复制制信信号号转转发发至至下下一一网网段段或或转转发发到其他介质段。到其他介质段。2.3 局域网的互联2.3.1 网络互联设备67l中继器不同于放大器中继器不同于放大器l中继器是一个再生器，而不是一个放大器。中继器是一个再生器，而不是一个放大器。l中继器放置在传输线路上的位置是很重要，必须放置在任中继器放置在传输线路上的位置是很重要，必须放置在任一位信号的含义受到噪声影响之前。一位信号的含义受到噪声影响之前。2.3 局域网的互联2.3.1 网络互联设备68网桥网桥(bridge)l是是存存储储转转发发设设备备，用用来来连连接接同同一一类类型型的的局局域域网网。网网桥桥将将数数据据帧帧送送到到数数据据链链路路层层进进行行差差错错校校验验，再再送送到到物物理理层层，通通过过物物理理传传输输介介质质送送到到另另一一个个子子网网或或网网段段。它它具具有有寻寻址址与与路路径径选选择择的的功功能能，在在接接收收到到帧帧之之后后，要要决决定定正正确确的的路路径径将将帧帧送送到相应的目的站点。到相应的目的站点。l网网桥桥能能够够互互联联两两个个采采用用不不同同数数据据链链路路层层协协议议、不不同同传传输输速速率率、不不同同传传输输介介质质的的网网络络。它它要要求