第三章 控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2013

第三章控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3.1控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：是多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)傳輸線路連接在一起的可共享數(shù)據(jù)資源的計(jì)算機(jī)群。網(wǎng)絡(luò)上的單臺(tái)計(jì)算機(jī)不僅具有數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力外，還能與網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)互相交換數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要是各種計(jì)算機(jī)及其外設(shè)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)：則指通過(guò)總線把具備數(shù)字計(jì)算、處理與通信能力的自控設(shè)備連接組成的系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使單個(gè)設(shè)備能夠互相交換信息?？刂凭W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要是各種自控設(shè)備。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型：廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)。普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)有什么異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和信息可以相互交換，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作。區(qū)別：任務(wù)不同，節(jié)點(diǎn)類型不同，工作環(huán)境，傳輸信息種類。3.2控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

控制網(wǎng)絡(luò)一般屬于局域網(wǎng)，在數(shù)公里以內(nèi)。

把單個(gè)分散的具有通信能力的測(cè)控設(shè)備通過(guò)總線連接，由它們共同完成自控任務(wù)，就是控制網(wǎng)絡(luò)。

控制網(wǎng)絡(luò)遍布在工廠的車間、裝配流水線、溫室、糧庫(kù)、堤壩、隧道、各種交通管制系統(tǒng)、建筑、軍工、消防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、樓宇家居等處。

控制網(wǎng)絡(luò)可與信息網(wǎng)絡(luò)互連，構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并可成為互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)與信息拓展的重要分支。3.2控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1.控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)：具有計(jì)算和通信能力的測(cè)量控制設(shè)備。例如：限位開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等各類開關(guān)（AS-I總線）條形碼閱讀器（串行通信）光電傳感器（AS-I總線）溫度、壓力、流量、物位等各種傳感器、變送器（PROFIBUS-PA、CAN、Hart等）可編程控制器PLC（PROFIBUS-DP、PROFINET、INDUSTRIALETHERNET、ControlNet、DeviceNet、CC-Link等）PID等數(shù)字控制器各種數(shù)據(jù)采集裝置作為監(jiān)視操作設(shè)備的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、工作站及外設(shè)各種調(diào)節(jié)閥馬達(dá)控制設(shè)備變頻器機(jī)器人作為控制網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的中繼器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等

2.控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)與工作環(huán)境：

主要任務(wù)就是完成測(cè)控工作。

具體任務(wù)：把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息等傳送到控制室，同時(shí)將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令等傳送到現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控設(shè)備，這是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)交互和傳遞；此外，控制網(wǎng)絡(luò)在與操作終端、上層管理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互和傳遞中發(fā)揮作用；總線供電。

工作環(huán)境：強(qiáng)電磁干擾、機(jī)械震動(dòng)、溫差大。3.2控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)3.控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求：

普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——以太網(wǎng)技術(shù)，常采用帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)的媒體訪問(wèn)控制方式(CSMA/CD),但是仍避免不了沖突的可能性，故稱為非確定性(nondeterministic)網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)控制對(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，或者相關(guān)的控制動(dòng)作一定要按事先規(guī)定的先后順序完成。這種對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

確定性：控制網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，使實(shí)時(shí)任務(wù)在不同節(jié)點(diǎn)上周期執(zhí)行，這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有確定性(deterministic)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)傳輸信息：設(shè)備的測(cè)量值、控制量、工作狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、系統(tǒng)配置組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)整、設(shè)備維護(hù)等。部分需要實(shí)時(shí)性，通過(guò)配置來(lái)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。舉例：外科手術(shù)，PROFINET（SRT<=10ms軟實(shí)時(shí)模式，IRT<1ms等時(shí)同步實(shí)時(shí)模式）。3.2控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌菏侵妇W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的互連形式。控制網(wǎng)絡(luò)中常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)形、星形、總線形和樹形。環(huán)形拓?fù)洌涵h(huán)形，單向，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中繼器具備存取邏輯和收發(fā)控制。光纖環(huán)網(wǎng)可提供更大的數(shù)據(jù)吞吐量；一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓?？刹捎霉饫w冗余。環(huán)形拓?fù)?.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.星形拓?fù)洌喝魏喂?jié)點(diǎn)通信都要通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)，中央節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜負(fù)擔(dān)重，其他節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單負(fù)擔(dān)小。星形拓?fù)?.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3.總線拓?fù)洌阂粋€(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，其他節(jié)點(diǎn)都能接受（可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一，一對(duì)多數(shù)據(jù)傳送）；需要通過(guò)總線存取訪問(wèn)控制方式來(lái)確定總線控制權(quán)。節(jié)省電纜，信號(hào)有衰減和畸變。總線形拓?fù)?.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.樹形拓?fù)洌盒切瓮負(fù)浠蚩偩€拓?fù)涞臄U(kuò)展形式。樹形拓?fù)?.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑Ｓ玫膫鬏斀橘|(zhì)：有線、無(wú)線。有線：雙絞線、同軸電纜、儀表電纜、電力電纜、光纖1.雙絞線：3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導(dǎo)線，≈1mm--每根2對(duì)、4對(duì)、25對(duì)--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點(diǎn)：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音3類、5類、6類雙絞線外沒有任何附加屏蔽3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)2.同軸電纜：同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜（即網(wǎng)絡(luò)同軸電纜和視頻同軸電纜）。同軸電纜分50Ω基帶電纜和75Ω寬帶電纜兩類?；鶐щ娎|又分細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜。基帶電纜僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達(dá)10Mbps。中心銅線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層形成電流回路。因?yàn)橹行你~線和網(wǎng)狀導(dǎo)電層為同軸關(guān)系而得名。3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)內(nèi)導(dǎo)體依靠光波承載信息速率高，通信容量大，僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)3.光纜：玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強(qiáng)型MMF 8.3um突變型SMF 玻璃包層——125um光纖無(wú)銅？？？？3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)●高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)●無(wú)線介質(zhì)使用無(wú)線電波、微波、紅外以及激光攜帶信息無(wú)需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)無(wú)線電固定終端點(diǎn)（基站）和終端之間是無(wú)線鏈路BS基站用戶計(jì)算機(jī)和終端BS基站覆蓋的無(wú)線電區(qū)域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)地面微波接力兩個(gè)地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路微波傳送塔3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)22,300公里地球3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)常用傳輸媒體的比較3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)需要考慮的問(wèn)題：傳輸信號(hào)類型、網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍、環(huán)境條件、節(jié)點(diǎn)間的距離、網(wǎng)絡(luò)連接方式、網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量的大小、傳輸介質(zhì)與相關(guān)設(shè)備的性能價(jià)格比。3.4網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式：解決介質(zhì)爭(zhēng)用沖突的方法，也稱為總線競(jìng)用或總線仲裁技術(shù)。采用介質(zhì)訪問(wèn)控制方式的原因？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的方式：控制網(wǎng)絡(luò)中采用的方式：提高網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的利用率載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)(CSMA/CD)主/從、令牌總線、時(shí)分復(fù)用3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式1.載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）：

沖突、載波監(jiān)聽、沖突檢測(cè)

載波監(jiān)聽CSMA的控制方式是：先聽再講，邊講邊聽。檢測(cè)到?jīng)_突，發(fā)送Jam信號(hào)，通知各節(jié)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生沖突，同時(shí)也避免繼續(xù)傳送已損壞的數(shù)據(jù)幀。

CSMA堅(jiān)持退避算法：

不堅(jiān)持CSMA：如果空閑，則發(fā)送。若介質(zhì)忙，等待隨機(jī)時(shí)間，再重新監(jiān)聽。

概率1堅(jiān)持CSMA：如果空閑，則發(fā)送。若介質(zhì)忙，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送。若發(fā)生沖突，等待隨機(jī)時(shí)間，再繼續(xù)監(jiān)聽。概率p堅(jiān)持CSMA：如果空閑，以概率p堅(jiān)持發(fā)送，或以（1-p）的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位后再聽。這個(gè)時(shí)間單位等于最大的傳播延遲。若介質(zhì)忙，繼續(xù)監(jiān)聽，直至空閑再以概率p堅(jiān)持發(fā)送。3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式2.令牌：為了避免隨機(jī)通信造成沖突，采用某種方式控制通信的發(fā)起者或發(fā)起時(shí)間。令牌控制就是按一定順序在各站點(diǎn)間傳遞令牌，得到令牌的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)才有發(fā)起通信的權(quán)利，從而避免沖突。令牌環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和令牌總線網(wǎng)絡(luò)。

令牌環(huán)形網(wǎng)絡(luò)：具有數(shù)據(jù)發(fā)送權(quán)的令牌在環(huán)形信道上不斷循環(huán)。能夠保證通信傳輸?shù)拇_定性，適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)的使用，對(duì)負(fù)載不敏感；但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出故障會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓，可靠性差。

3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式

令牌總線網(wǎng)絡(luò)：采用總線拓?fù)洌W(wǎng)上各節(jié)點(diǎn)按預(yù)定順序形成一個(gè)邏輯令牌環(huán)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在邏輯環(huán)中均有一個(gè)指定的邏輯位置，首尾相連。由于站點(diǎn)等待取得令牌的時(shí)間是確定的、按順序依次進(jìn)行的，因此對(duì)所有站點(diǎn)都有公平的訪問(wèn)權(quán)。根據(jù)需要，選定網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)數(shù)及最大的報(bào)文長(zhǎng)度，從而保證在限定的時(shí)間內(nèi)取得令牌。

3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式令牌總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制應(yīng)具備以下功能：令牌傳遞算法邏輯環(huán)的初始化站點(diǎn)插入算法退出環(huán)路恢復(fù)CSMA/CD在負(fù)載較輕時(shí)表現(xiàn)出良好的吞吐率與延遲特性。而令牌控制方式在通信負(fù)荷較重時(shí)表現(xiàn)出較好的吞吐率與延遲特性。

3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式3.時(shí)分復(fù)用：

是指為共同使用介質(zhì)的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)預(yù)先分配好一段特定的占用總線的時(shí)間。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按分配的時(shí)間段及先后順序占用總線。這種介質(zhì)訪問(wèn)控制方式稱為時(shí)分多路復(fù)用。實(shí)分復(fù)用包括同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用。3.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)控制方式1.什么是網(wǎng)絡(luò)互連？網(wǎng)絡(luò)互連就是要將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來(lái)，構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)資源共享。相互連接的網(wǎng)絡(luò)可以是同種類型網(wǎng)絡(luò)，也可以是運(yùn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)系統(tǒng)。要求：不改變?cè)械淖泳W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信速率、軟硬件配置等。3.6網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更大范圍的網(wǎng)絡(luò)連接，使網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)成為一個(gè)整體。2.網(wǎng)絡(luò)互連規(guī)范：ISO：InternationalStandardOrganization(總部：瑞士日內(nèi)瓦)OSI：OpenSystemInterconnectionIEEE：InstituteofElectricalandElectronicEngineers(美國(guó))計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，起著很大作用的兩大國(guó)際組織是：國(guó)際電報(bào)與電話咨詢委員會(huì)（CCITT）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）CCITT與ISO的工作領(lǐng)域不同：CCITT主要是考慮通信標(biāo)準(zhǔn)的制定；ISO主要是考慮信息處理與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。IEEE802.1~IEEE802.6ISO8802-1~ISO8802-63.6網(wǎng)絡(luò)互連3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型1.開放系統(tǒng)互連參考模型

OSI參考模型(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)的基本概念

OSI參考模型是為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連提供的一個(gè)共同基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架，并為保持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性和兼容性提供參考。開放不是指對(duì)特定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具體互聯(lián)的技術(shù)或手段，而是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)同。一個(gè)開放系統(tǒng)，可與遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他系統(tǒng)互連通信。在OSI中的“開放”是指只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以與位于世界上任何地方、同樣遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其它任何系統(tǒng)進(jìn)行通信；OSI研究的思路是抽象化和模塊化、層次化；OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級(jí)抽象：

體系結(jié)構(gòu)（architecture）（分幾層及各層的功能定義）服務(wù)定義（servicedefinition）（服務(wù)與接口）協(xié)議說(shuō)明（protocolspecification）（協(xié)議規(guī)則）

通信參考模型是對(duì)通信系統(tǒng)的高度概括。3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型ISO劃分七層結(jié)構(gòu)的基本原則：網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)都具有相同的層次；不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能；同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過(guò)接口通信；每層可以使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)；不同結(jié)點(diǎn)的同等層通過(guò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

獨(dú)立性強(qiáng)各層相對(duì)獨(dú)立，不關(guān)心各層的具體實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性強(qiáng)每層內(nèi)部的變化，只要接口不變，就不會(huì)影響其他層

易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)復(fù)雜系統(tǒng)通過(guò)分層被分解成若干涉及范圍小，相對(duì)簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，實(shí)現(xiàn)、測(cè)試簡(jiǎn)單包括程序設(shè)計(jì)在內(nèi)的很多地方都采用分層結(jié)構(gòu)處理（如組織架構(gòu)）3.6網(wǎng)絡(luò)互連OSI參考模型的結(jié)構(gòu)

通信控制處理機(jī)通信控制處理機(jī)系統(tǒng)A系統(tǒng)B中繼節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型OSI參考模型的結(jié)構(gòu)3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型2.OSI參考模型各層的功能

物理層（physicallayer）任務(wù)：在物理媒體(介質(zhì))上正確地、透明地傳送比特流。協(xié)議(標(biāo)準(zhǔn))：規(guī)定了物理接口的各種特性：機(jī)械：物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格電氣：信號(hào)電平，信號(hào)的脈沖寬度和頻率，數(shù)據(jù)傳送速率，最大傳輸距離等功能：接口引（線）腳的功能和作用規(guī)程：信號(hào)時(shí)序，應(yīng)答關(guān)系，操作過(guò)程功能：建立和拆除物理連接、位流傳輸、管理服務(wù)：物理連接、物理服務(wù)數(shù)據(jù)、順序化、數(shù)據(jù)電路標(biāo)識(shí)、服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)、故障報(bào)告3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型數(shù)據(jù)鏈路層（datalinklayer）任務(wù)：在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無(wú)錯(cuò)的鏈路。功能與服務(wù)：建立與拆除數(shù)據(jù)鏈路連接組幀：幀封裝，按順序傳送，處理返回的確認(rèn)幀；定界與同步：產(chǎn)生/識(shí)別幀邊界；差錯(cuò)檢測(cè)/恢復(fù)：可靠的傳輸，CRC，ARQ；流量控制：抑止發(fā)送方的傳輸速率，使接收方來(lái)得及接收。3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型網(wǎng)絡(luò)層（networklayer，internetlayer）任務(wù)：選擇合適的路由，把分組從源端傳送到目的端。功能與服務(wù)：在源端與目的端之間建立、維護(hù)、終止網(wǎng)絡(luò)的連接路由選擇和分組中轉(zhuǎn)流量控制和擁塞控制多路復(fù)用：為多個(gè)傳輸層實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)分段與組合：大數(shù)據(jù)塊分段，小數(shù)據(jù)塊組合差錯(cuò)檢測(cè)與恢復(fù)流量統(tǒng)計(jì)和記賬IP協(xié)議[RFC791]（requestforcomments）：提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型路由選擇如何在多條通信路徑中找一條最佳路徑？依據(jù)：速度,距離(步跳數(shù)),價(jià)格,擁塞程度路由器——路由表建立與維護(hù)靜態(tài)：人工設(shè)置，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)：運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)地動(dòng)態(tài)維護(hù)路由算法——建立與維護(hù)路由表的方法距離向量算法：RIP、CGP等鏈路狀態(tài)算法：OSPF等3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型鏈路層的任務(wù)兩節(jié)點(diǎn)間可靠的數(shù)據(jù)傳輸Ethernet,X.25,ATM,…網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)沿兩端點(diǎn)間的最佳路由傳輸數(shù)據(jù)（主機(jī)間的邏輯通信）Ethernet,X.25,ATM,…3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型傳輸層（transportlayer）任務(wù)：在源端與目的端之間提供可靠的透明數(shù)據(jù)傳輸，使上層服務(wù)用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。傳輸層的特點(diǎn)以上各層：面向應(yīng)用，本層及以下各層：面向傳輸；與網(wǎng)絡(luò)層的部分服務(wù)有重疊交叉，功能取舍取決于網(wǎng)絡(luò)層功能的強(qiáng)弱；只存在于端主機(jī)中；實(shí)現(xiàn)源主機(jī)到目的主機(jī)“端到端”的連接；在這一點(diǎn)上與網(wǎng)絡(luò)層的區(qū)別是什么？網(wǎng)絡(luò)層：為主機(jī)之間提供邏輯傳輸傳輸層：為應(yīng)用進(jìn)程之間提供邏輯傳輸3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型主機(jī)對(duì)主機(jī)系統(tǒng)A系統(tǒng)B實(shí)體對(duì)等層對(duì)等實(shí)體接口服務(wù)物理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)程對(duì)進(jìn)程傳輸層傳輸層3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型傳輸層兩種服務(wù)的比較ConnectionOrientedConnectionless參考模式電話系統(tǒng)郵政系統(tǒng)特點(diǎn)靜態(tài)分配資源；傳輸前需要建立連接動(dòng)態(tài)分配資源可靠性提供可靠的傳輸服務(wù)：無(wú)錯(cuò)、按序、無(wú)丟失/無(wú)重復(fù)不能防止報(bào)文的損壞、失序、丟失和重復(fù)對(duì)目的地址的要求僅在連接階段需要完整的目的地址需要為每一個(gè)報(bào)文提供完整的目的地址適用場(chǎng)合在一段時(shí)間內(nèi)向同一目的地發(fā)送大量報(bào)文;實(shí)時(shí)性要求少量零星報(bào)文分類及示例1.可靠消息流-文件傳輸2.可靠字節(jié)流-遠(yuǎn)程登錄3.不可靠連接-數(shù)字化聲音1.數(shù)據(jù)報(bào)-廣播/組播2.可靠的數(shù)據(jù)報(bào)-掛號(hào)郵件3.請(qǐng)求應(yīng)答-數(shù)據(jù)庫(kù)查詢3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型應(yīng)用層（applicationlayer）任務(wù)：為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。功能：提供各種不同的應(yīng)用協(xié)議以滿足應(yīng)用進(jìn)程的需求；識(shí)別并證實(shí)目的通信方的可用性；使協(xié)同工作的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行同步；為通信過(guò)程申請(qǐng)資源。應(yīng)用層協(xié)議的例子：OSI:VTP、MHS、FTAM、DS、…TCP/IP:Telnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、…3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)流

3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型3.幾種典型控制網(wǎng)絡(luò)的通信模型作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，要構(gòu)成開放互連系統(tǒng)，應(yīng)該考慮:

如何制定和選擇通信模型？七層OSI參考模型是否適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通信環(huán)境，模型是否需要簡(jiǎn)化來(lái)適應(yīng)控制網(wǎng)絡(luò)？工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況：存在大量傳感器、控制器、執(zhí)行器等；分布范圍大；單個(gè)節(jié)點(diǎn)通信數(shù)據(jù)量不大，通信實(shí)時(shí)性、快速性要求高?，F(xiàn)場(chǎng)采用的通信模型需要簡(jiǎn)化。3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型OSI與部分控制網(wǎng)絡(luò)通信參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系物理層1數(shù)據(jù)鏈路層2網(wǎng)絡(luò)層3傳輸層4會(huì)話層5表示層6應(yīng)用層7總線報(bào)文規(guī)范子層FMS總線訪問(wèn)子層FASFMS/FDA報(bào)文規(guī)范低層接口H1物理層H1物理鏈路層以太網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)鏈路層IPTCP/UDP數(shù)據(jù)鏈路層物理層(485)用戶層用戶層應(yīng)用過(guò)程H1HSEPROFIBUS3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型OSI模型與LonWorks和CAN的分層對(duì)照3.7網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型中繼器：屬于物理層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，作用信號(hào)整形放大復(fù)制。3.8網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備集線器與交換機(jī)的區(qū)別

從OSI體系結(jié)構(gòu)來(lái)看，集線器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。這就意味著集線器只是對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無(wú)法有效處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機(jī)不但可以對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過(guò)濾短幀、碎片等。從工作方式來(lái)看，集線器是一種廣播模式，也就是說(shuō)集線器的某個(gè)端口工作的時(shí)候其他所有端口都有名收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大的時(shí)候網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到很大的影響，那么用什么方法避免這種現(xiàn)象的發(fā)生呢？交換機(jī)就能夠起到這種作用，當(dāng)交換相工作的時(shí)候只有發(fā)出請(qǐng)求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，那么交換機(jī)就能夠隔離沖突域和有效地抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。從帶寬來(lái)看，集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待；同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下。而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下也可以工作在全雙工模式下。

3.8網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備網(wǎng)橋：屬于作用在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。用于連接同類型不同網(wǎng)段，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、傳輸介質(zhì)可不同。3.8網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備路由器：工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，包含有軟件。3.8網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備網(wǎng)橋和路由器的區(qū)別

作為同是連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的設(shè)備，網(wǎng)橋和路由器確實(shí)有些相似，不過(guò)本質(zhì)上還是不同的。其中網(wǎng)橋（Bridge）又叫橋接器，它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連