現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)

設(shè)計技術(shù)1主要內(nèi)容第1章現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第2章CAN總線的概念及相關(guān)協(xié)議第3章CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理第4章CAN網(wǎng)絡(luò)控制器與相關(guān)芯片第5章開發(fā)CAN模塊的單片機(jī)及C51編程語言基礎(chǔ)2主要內(nèi)容第6章最小的CAN通信系統(tǒng)第7章CAN接口模塊的設(shè)計第8章應(yīng)用介紹——陶瓷輥道窯CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)第9章CAN應(yīng)用層協(xié)議第10章CAN總線實時性研究及實時性解決方案3第一章現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4現(xiàn)場總線概念定義：現(xiàn)場總線（Fieldbus）是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向、串行、多節(jié)點、數(shù)字通信的開放型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。自控領(lǐng)域的局域網(wǎng)，企業(yè)的底層網(wǎng)絡(luò)。5控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變6控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變1、初級控制系統(tǒng)20世紀(jì)50年代以前，由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，各類檢測、控制儀表處于發(fā)展的初級階段，生產(chǎn)設(shè)備以機(jī)械設(shè)備為主，所用的設(shè)備主要是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場、具有簡單測控功能的基地式儀表，信號基本上都是在本儀表內(nèi)起作用（主要是顯示功能），一般不能傳送給別的儀表或系統(tǒng)，各測控點為封閉狀態(tài)，無法與外界溝通信息，操作人員只能通過對生產(chǎn)現(xiàn)場的巡檢來了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況。7控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變2、模擬儀表控制系統(tǒng)（PCS、ACS）60年代至70年代后期，先后出現(xiàn)了以電子管、晶體管、集成電路為核心的氣動和電動單元組合式儀表兩大系列。它們分別以壓縮空氣和直流電源作為動力，用于對防爆要求較高的化工生產(chǎn)和其他行業(yè)，防爆等級為本質(zhì)安全型，并以氣壓信號0.02MPa～0.1MPa，直流電流信號0mA～10mA、4mA～20mA，直流電壓信號0V～5V，1V～5V等作為儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號，在儀表內(nèi)部實行電壓并聯(lián)傳輸，外部實行電流串聯(lián)傳輸，以減小傳輸過程的干擾。8控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變3、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)（CCS）模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接，信號變化緩慢，提高計算速度與精度的開銷、難度都較大，信號傳輸?shù)目垢蓴_能力也較差，因此，80年代初人們開始尋求用數(shù)字信號取代模擬信號，研制出直接數(shù)字控制（DirectDigitControl，DDC）系統(tǒng)，用數(shù)字計算機(jī)代替控制室內(nèi)的儀表來完成控制系統(tǒng)功能。由于數(shù)字計算機(jī)價格昂貴，人們總是用一臺計算機(jī)取代控制室的所有儀表，于是出現(xiàn)了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。這樣，解決了信號傳輸及抗干擾問題。風(fēng)險高度集中9控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變4、集散控制系統(tǒng)（DCS）隨著計算機(jī)可靠性的提高和價格的下降，自控領(lǐng)域又出現(xiàn)了新型控制方案——集散控制系統(tǒng)，它由數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程控制器（PLC）以及多臺計算機(jī)構(gòu)成，當(dāng)一臺計算機(jī)出故障時，其他計算機(jī)立即接替該計算機(jī)的工作，使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。在集散系統(tǒng)中系統(tǒng)的風(fēng)險被分散到多臺計算機(jī)承擔(dān)，避免了集中控制系統(tǒng)的高風(fēng)險，提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，它被工業(yè)生產(chǎn)過程廣泛接受，這就是今天正在被許多企業(yè)采用的DCS系統(tǒng)。在DCS系統(tǒng)中，測量儀表、變送器一般為模擬儀表，控制器多為數(shù)字式，因而它又是一種模擬數(shù)字混合系統(tǒng)。封閉10控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變5、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)突破了DCS通信由專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)來實現(xiàn)所造成的缺陷，把基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，即可以將來自不同廠商而遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動化設(shè)備通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)把DCS集中與分散結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變成了新型全分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場?，F(xiàn)場總線具有較高的測控性能，一是得益于儀表的智能化，二是得益于設(shè)備的通信化。11控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變控制器遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)...控制器現(xiàn)場總線智能自治節(jié)點控制器工控機(jī)...遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)場總線控制集散控制集中控制12控制系統(tǒng)測控能力13現(xiàn)場智能儀表內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型4～20mA標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)14全數(shù)字通信多分支結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的開放性交互性現(xiàn)場設(shè)備的智能化和功能自治性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性對現(xiàn)場環(huán)境的高度適應(yīng)性多為短幀傳送，實時性強(qiáng)，可靠性高，安全性好低帶寬現(xiàn)場總線的特點15企業(yè)信息化與自動化層次信息層控制層設(shè)備層各類局域網(wǎng)802（IEEE），TCP/IP實現(xiàn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，容許符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備方便接入。傳感器、I/O部件、變送器、閥門、驅(qū)動器等，各設(shè)備廠商遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備可互操作。1617三層網(wǎng)絡(luò)的特點信息層高速報文傳送高容量數(shù)據(jù)共享控制層支持I/O信息，報文的傳輸和診斷功能開放性技術(shù)能夠設(shè)置信息的優(yōu)先級支持多主、廣播和點對點

(Peer-to-Peer)的通信方式高速I/O信息和報文的傳送有效地數(shù)據(jù)共享確定性和可重復(fù)性

(Determinism&Repeatability)設(shè)備層有類似于控制層的要求，但更強(qiáng)調(diào)降低安裝費(fèi)用、系統(tǒng)調(diào)試時間。18典型現(xiàn)場總線簡介基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus，F(xiàn)F）1994年，由ISP和WorldFIP兩大集團(tuán)合并成立現(xiàn)場總線基金會，擁有120多個成員如AB、ABB、Honeywell等。采用ISO/OSI物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，增加了用戶層。有低速（H1，31.25kb/s,200m，400m，1200m，1900m）與高速（H2，1Mbps,2.5Mpbs,750m,500m）之分，H2逐漸被HSE（100Mb/s，甚至更高）取代。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和無線發(fā)射等傳輸介質(zhì)。應(yīng)用領(lǐng)域以過程自動化為主，比如化工，石油，污水處理。19典型現(xiàn)場總線簡介過程現(xiàn)場總線（Processfieldbus，Profibus）西門子為首的13家公司共有3種版本Profibus-FMS（FieldbusMessageSpecification），適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。Profibus-PA（ProcessAutomation），用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC61158-2標(biāo)準(zhǔn)。Profibus-DP（DecentralisedPeripherals），分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。采用ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。傳輸速率為9.6kbps-12Mbps，傳輸距離為100m-1.2km。采用總線型、樹型、星型。支持雙絞線和光纖。制造自動化和過程控制自動化,電力，鐵路交通。20典型現(xiàn)場總線簡介控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）由德國Bosch開發(fā),起初專為汽車工業(yè)設(shè)計。遵循ISO/OSI模型，采用了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，應(yīng)用層協(xié)議允許用戶自行開發(fā)。采用短幀結(jié)構(gòu)，最可靠?？刹捎秒p絞線、同軸電纜、光纜等傳輸介質(zhì)。通訊速率最高1Mb/s，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)10km。成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。芯片由摩托羅拉、Intel、Philips等公司生產(chǎn)，價格低廉，用量最大。21典型現(xiàn)場總線簡介局部操作網(wǎng)絡(luò)（LocalOperatingNetwork，LON）由美國Echelon公司推出，摩托羅拉、東芝支持倡導(dǎo)，組成LonMARK互操作協(xié)會。采用ISO/OSI模型全部7層通訊協(xié)議。通訊速率從300b/s到1.5Mb/s，通訊距離可達(dá)2700m。采用總線型、樹型。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線、電力線、無線發(fā)射等傳輸介質(zhì)。LonTalk協(xié)議固化在Neuron芯片中，每片芯片帶3個8位微處理器。最大的應(yīng)用領(lǐng)域在樓宇自動化，在工業(yè)控制領(lǐng)域如石油、鐵路也有應(yīng)用。22典型現(xiàn)場總線簡介設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）由Rockwell推出，交由ODVA管理后得到全球眾多制造商的支持，如Omron，Hitachi，ABB采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層?？蛇x數(shù)據(jù)傳輸速率125Kbps、250Kbps、500Kbps。對等、多主和主從通信方式?？蓭щ姼鼡Q網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，在線修改網(wǎng)絡(luò)配置?；贑AN的技術(shù)，低成本，高可靠性。23典型現(xiàn)場總線簡介控制網(wǎng)（ControlNet）由美國RockwellAutomation推出，交由CI管理后在全世界范圍內(nèi)擁有包括RockwellAutomation、ABB、Honeywell等70家著名廠商組成的成員單位。通訊速率5Mb/s，通訊距離30km。采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。支持總線型、樹型和星型。應(yīng)用于交通運(yùn)輸、汽車制造、冶金、礦山、電力、食品等領(lǐng)域?；贑AN的技術(shù)。24典型現(xiàn)場總線簡介P-Net（ProcessautomationNet）1984年由丹麥ProcessdataA/s公司提出，由Process-DataSilkeborgAps開發(fā)。采用ISO/OSI的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。采用屏蔽雙絞線，數(shù)據(jù)傳輸速率為76.8kbps，傳輸距離1.2km。多主控制器，主從式總線，每段最多可容納32個主控制器。應(yīng)用主要集中農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、飼養(yǎng)、林業(yè)、食品等行業(yè)。25典型現(xiàn)場總線簡介WorldFIP（WorldFactoryInstrumentationProtocol）WorldFIP基于FIP協(xié)議，其最初由法國于80年代開發(fā)，并成為法國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，有WorldFIP協(xié)會組織。采用ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。具有單一的總線結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的總線速率，過程控制采用31.25kpbs，制造業(yè)為1Mbps，驅(qū)動控制為1-5Mbps。主要應(yīng)用在過程自動化、制造自動化、電力、鐵路運(yùn)輸。26典型現(xiàn)場總線簡介Interbus（InternationalBus）1984年由德國PhoenixContact公司開發(fā)，后成立Interbus組織（InterbusClub）。采用ISO/OSI物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。集中式主從方案，環(huán)型拓?fù)?，傳輸速率?00Kbps。InterBus適用于分散輸入輸出、串行總線的PLC和PC系統(tǒng)。Interbus是一種傳感器級的現(xiàn)場總線，采用令牌網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性是它的一大特點。Interbus的應(yīng)用主要在汽車制造、機(jī)械制造、水處理、隧道交通、食品、輕工、煙草、印刷等行業(yè)。27典型現(xiàn)場總線簡介AS-i（ActuatorSensorInterface）AS-i由德國11家傳感器/執(zhí)行器制造商針對機(jī)床控制中的二進(jìn)制開/關(guān)設(shè)備聯(lián)合開發(fā)，成立ASI國際協(xié)會。AS-i系純粹的主從系統(tǒng)，支持最多31個從節(jié)點，每個節(jié)點帶4位數(shù)據(jù)，整個網(wǎng)絡(luò)共有124個可尋址輸入/輸出。采用黃色的非屏蔽、非絞的雙線傳輸數(shù)據(jù)和電源。AS-i可通過具網(wǎng)關(guān)功能的主設(shè)備（PLC或PC）連接至高一級總線系統(tǒng)，特別適用于作為小型PLC的通訊總線。28典型現(xiàn)場總線簡介SDS（SmartDeviceSystem）SDS專為I/O級控制應(yīng)用設(shè)計，以擴(kuò)展到更高一級總線，由HoneywellMicroSwitchDivision開發(fā)。SDS標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用層、物理層和設(shè)備規(guī)約。連接簡單I/O設(shè)備至PLC或PC，以查詢方式工作時特別有效。同時可以運(yùn)行在對等模式下，以提供分散控制。規(guī)定的4種傳輸速率為125K、250K、500K和1M，網(wǎng)絡(luò)中可容納至多64個節(jié)點?；贑AN的技術(shù)，數(shù)據(jù)傳送方式與DeviceNet類似。29典型現(xiàn)場總線簡介HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）HART協(xié)議為可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路通信協(xié)議。最早由Rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持和加盟，于1993年成立了HART通信基金會。其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，是模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡性產(chǎn)品，因而在現(xiàn)場總線發(fā)展的過渡時期具有較強(qiáng)的市場競爭能力，得到了較快的發(fā)展。30主要現(xiàn)場總線技術(shù)比較31各種現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域開關(guān)量信號紅外色譜掃描儀器傳感器分析儀器單回路控制器驅(qū)動裝置微驅(qū)動裝置控制閥門馬達(dá)啟動器接觸器電磁閥ASI數(shù)據(jù)寬度：位字節(jié)數(shù)據(jù)流SeriplexCANBaseNetworksINTER-BUSPROFI-BUS-DPPROFIBUSP-NETLONWorksFIPFOUNDATIONFieldbus32現(xiàn)場總線應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，凡屬設(shè)備間需要數(shù)據(jù)通信的場合都需要它。連續(xù)、離散制造業(yè)，如電力、石化、冶金、紡織、造紙，過程自動化儀表；火車、汽車、輪船、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床；智能傳感器樓宇自控、倉儲智能交通、環(huán)境監(jiān)測（大氣、水污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）農(nóng)、林、水利、養(yǎng)殖等其技術(shù)與產(chǎn)品在工業(yè)控制計算機(jī)、測控板卡、儀器儀表、系統(tǒng)集成、應(yīng)用系統(tǒng)等領(lǐng)域都有良好的發(fā)展前景。33現(xiàn)場總線應(yīng)用領(lǐng)域34現(xiàn)場總線市場份額數(shù)據(jù)來自美國VDC公司35全球現(xiàn)場總線新增節(jié)點數(shù)數(shù)據(jù)來自IMSResearch36中國現(xiàn)場總線新增節(jié)點數(shù)37現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化（IEC61158）Type1，IEC

61158技術(shù)規(guī)范。由IEC/ISA負(fù)責(zé)制訂的，曾試圖使之成為統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)的一個技術(shù)規(guī)范，基金會現(xiàn)場總線FF的H1（低速現(xiàn)場總線）是其子集。

Type2，ControlNet現(xiàn)場總線。美國AB公司、Rockwell開發(fā)，ControlNet

International（CI）組織支持。

Type3，Profibus現(xiàn)場總線。德國西門子公司開發(fā)，Profibus用戶組織（PNO）支持。歐洲現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)三大總線之一。

Type4，PNet現(xiàn)場總線。丹麥Process

Data公司開發(fā)，PNet用戶組織支持。歐洲現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)三大總線之一。Type5，F(xiàn)F

HSE（High

Speed

Ethernet，高速以太網(wǎng)）?，F(xiàn)場總線基金會FF開發(fā)的H2（高速現(xiàn)場總線）。

Type6，SwiftNet現(xiàn)場總線。美國SHIP

STAR協(xié)會主持制定，波音公司支持。

Type7，WorldFIP現(xiàn)場總線。法國WorldFIP協(xié)會制訂并支持。歐洲現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)三大總線之一。

Type8，Interbus現(xiàn)場總線。德國Phoenix

Contact公司開發(fā)，Interbus

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38現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化（IEC61158）數(shù)據(jù)來自IEC61158第4版39現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化IEC62026AS-I，德國西門子公司支持DeviceNet，美國羅克韋爾公司、日本OMRON公司支持SDS，美國Honeywell公司支持Seriplex，美國Honeywell公司支持ISOCAN，ISO11898(1Mb/s)CAN，ISO11519(125kb/s)BACnet，ISO16484-5CC-Link，ISO15745-540數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)41通信模型通信模型在大多數(shù)場合下，信源兼為信宿，通信的雙方需要隨時交流信息，因此要求雙向通信。這時，通信雙方都要有發(fā)送器和接收器。如果兩個方向有各自的傳輸介質(zhì)，則雙方都可獨(dú)立進(jìn)行發(fā)送和接收；但若共用一個傳輸介質(zhì)，則必須用頻率或時間分割的辦法來共享。通信系統(tǒng)除了完成信息傳遞外，還必須進(jìn)行信息的交換。傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個完整的通信系統(tǒng)，乃至構(gòu)成復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)。42數(shù)據(jù)、信息和信號計算機(jī)所能處理的數(shù)字、文字、圖形等信息都是以數(shù)據(jù)的形式在計算機(jī)、外圍設(shè)備和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生、存儲、傳輸和處理的。數(shù)據(jù)與信息有著密不可分的關(guān)系，可以簡單的認(rèn)為數(shù)據(jù)是還沒有加工的原料，而信息是加工處理過的成品；更確切地說，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，而數(shù)據(jù)是信息的抽象表示或信息的載體。例如：電話號這串?dāng)?shù)字本身就是一個數(shù)據(jù)，它所包含的信息為：021表示上海，88886666則表示某電話的電話號碼。由于計算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)總是有某種意義的數(shù)據(jù)，所以通常在不混淆的情況下，很少對信息和數(shù)據(jù)這兩個概念加以區(qū)分。43數(shù)據(jù)、信息和信號數(shù)據(jù)的類型模擬數(shù)據(jù)（AnalogData）是由傳感器采集得到在某個區(qū)間連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（DigitalData）則是在某個區(qū)間產(chǎn)生的離散的值，例如文本信息、整數(shù)和脈沖數(shù)等，或者模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。44數(shù)據(jù)、信息和信號信號與數(shù)據(jù)、信息有所不同，信號是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)，具有確定的物理描述形式，如電壓、磁場強(qiáng)度等。數(shù)據(jù)通常需要用某種信號進(jìn)行傳遞和處理（即編碼）。模擬信號是指取值隨時間連續(xù)變化的信號。數(shù)字信號是指時間和數(shù)值上都不連續(xù)的信號。模擬信號和數(shù)字信號之間有著明顯的差異，但兩者在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)換。模擬信號可以通過采樣、量化、編碼等步驟變成數(shù)字信號，這個過程通常稱為模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號也可通過解碼、平滑等步驟恢復(fù)為模擬信號，這個過程通常稱為數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換。45通信線路的工作方式單工單工是指信號在任何時間內(nèi)只能沿信道的一個方向傳輸，不允許改變方向。采用這種通信方式時，信源只允許發(fā)送信息，而信宿只能接收數(shù)據(jù)。半雙工方式半雙工是指信號在信道中可以雙向傳輸，但兩個方向只能交替進(jìn)行，而不能同時進(jìn)行。全雙工方式全雙工方式允許通信的雙方在任何一個時刻，均可同時在兩個方向傳輸數(shù)據(jù)信號。也就是說，通信雙方在發(fā)送數(shù)據(jù)信息的同時仍可以接收對方發(fā)送來的信息。46數(shù)據(jù)的傳輸模式并行傳輸數(shù)據(jù)以成組的方式在多條并行信道上同時進(jìn)行傳輸，每位單獨(dú)使用一條線路。串行傳輸數(shù)據(jù)按照順序一位一位地在通信設(shè)備之間的一條通信信道上傳輸。47數(shù)據(jù)的傳輸模式在串行傳輸過程中，數(shù)據(jù)是一位一位依次傳輸?shù)?，發(fā)送端通過發(fā)送時鐘確定數(shù)據(jù)位的起始和結(jié)束。信號通過傳輸線路的到達(dá)接收端，為了保證能夠被準(zhǔn)確無誤地接收，接收端必須與發(fā)送端同步。所謂同步就是要求通信的發(fā)送端和接收端在時間基準(zhǔn)上保持一致。也就是說接收端不但要知道一組二進(jìn)制位的開始與結(jié)束，還要知道每位二進(jìn)制持續(xù)的時間，這樣才能做到用適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率采樣所收到的數(shù)據(jù)。由于發(fā)送端與接收端的時鐘信號不能絕對一致，因此必須采取一定的同步手段。異步傳輸同步傳輸。48異步傳輸數(shù)據(jù)傳輸以字符為單位，即每個字符作為一個獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符與字符之間的間隔可以是任意的。實現(xiàn)方法是：當(dāng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，傳輸線路處于空閑狀態(tài)，線路信號電平與二進(jìn)制“1”對應(yīng)的電平相同。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送字符時，為了通知接收端準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，在要發(fā)送的字符前加上一個起始位，起始位的長度為1bit，其信號電平與二進(jìn)制“0”對應(yīng)的電平相同。接收端通過檢測信號電平發(fā)生的跳變來判斷新數(shù)據(jù)的到達(dá)，從而與發(fā)送端取得同步。49異步傳輸為了通知接收端一個字符已經(jīng)傳輸結(jié)束，在字符代碼的最后加上1位、1.5位或2位終止位（邏輯“1”）。異步傳輸方式簡單、易實現(xiàn)，但傳輸效率較低，開銷較大，這是因為每個字符都要附加起始位和終止位。因此，異步傳輸常用于低速設(shè)備。8位字符8位字符1b1.5b1.5b1b起始位終止位起始位終止位……50同步傳輸同步傳輸是將若干個字符組合起來（稱作數(shù)據(jù)幀或簡稱為幀）一起進(jìn)行傳輸。在數(shù)據(jù)幀的第一部分包含一組同步字符，類似于異步傳輸?shù)钠鹗嘉唬糜谕ㄖ邮辗揭粋€數(shù)據(jù)幀已經(jīng)到達(dá)，它同時還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致，使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。數(shù)據(jù)幀的最后一部分是一個幀結(jié)束標(biāo)記，類似于異步傳輸方式中的終止位，用于表示在下一幀開始之前沒有別的即將到達(dá)的數(shù)據(jù)。SYNSYN控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符幀起始標(biāo)記幀結(jié)束標(biāo)記51同步傳輸同步傳輸以數(shù)據(jù)幀為單位來傳送數(shù)據(jù)，幀中的字符是連續(xù)的，字符間無需加入附加位，因此同步傳輸比異步傳輸效率高，開銷也很小。缺點是發(fā)送端和接收端的控制復(fù)雜，且對線路要求也較高。52基帶傳輸在數(shù)據(jù)通信中，由計算機(jī)或終端產(chǎn)生的數(shù)字信號，其頻譜從零開始，包括直流、低頻和高頻等多種成份，這種原始的脈沖電信號所固有的頻率范圍叫基本頻帶，簡稱基帶（BaseBand）。在信道中直接傳輸基帶信號就稱為基帶傳輸，基帶傳輸也稱數(shù)字傳輸。它是指把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，使用固定的頻率在信道上直接傳輸。目前大部分計算機(jī)局域網(wǎng)，都采用基帶傳輸方式。由于基帶傳輸是把數(shù)字信號按照原樣進(jìn)行傳輸，不需要經(jīng)過任何調(diào)制或解調(diào)，因此所需附屬設(shè)備少，價格低。雙絞線、同軸電纜和光纖都可作為基帶傳輸?shù)膫鬏斀橘|(zhì)。53頻帶傳輸基帶信號含有直流和大量的低頻成分，往往不能直接通過電話線路這類介質(zhì)進(jìn)行傳輸，因此需要采取措施把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成線路允許傳輸?shù)念l帶范圍內(nèi)的模擬信號，才能在電話線路上傳輸，這就形成了頻帶傳輸。所謂頻帶傳輸就是將基帶信號變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的模擬信號（稱為頻帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸，在接收端，進(jìn)行相反變換（解調(diào)），把模擬的調(diào)制信號還原為數(shù)字信號。54信號的編碼技術(shù)在通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而根據(jù)傳遞的信號的性質(zhì)不同，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ酪部煞譃槟M通信信道與數(shù)字通信信道。這樣不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸時形成了4種組合：模擬數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸、模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸、以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸。無論哪種組合，在傳輸數(shù)據(jù)之前，都應(yīng)解決數(shù)據(jù)的編碼問題，使數(shù)據(jù)表示為適合于該信道傳輸?shù)木幋a。55模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)幅度調(diào)制（AM）簡稱調(diào)幅，使載波信號幅度隨原始的模擬數(shù)據(jù)（即調(diào)制信號）的幅度變化而得到的信號（已調(diào)信號），載波的頻率是不變的。頻率調(diào)制（FM）簡稱調(diào)頻，使載波信號頻率隨原始的模擬數(shù)據(jù)的頻率變化而得到的信號，而載波的幅度是不變的。相位調(diào)制（PM）簡稱調(diào)相，使載波信號的相位隨原始的模擬數(shù)據(jù)的相位變化而得到的信號，而載波的幅度、頻率是不變的。56模擬信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)57數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)抽樣在每隔固定長度的時間點上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時值，作為從這一次抽樣到下一次抽樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。根據(jù)采樣定理，當(dāng)抽樣的頻率大于或等于模擬數(shù)據(jù)的最大主頻率的兩倍時，所得的離散信號可以無失真地代表被抽樣的模擬數(shù)據(jù)。量化把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級標(biāo)度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的整數(shù)。這樣，就把連續(xù)的電平幅值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。編碼編碼是指把量化的結(jié)果轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制碼。58數(shù)字信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)59信號傳輸方式模擬信號->模擬通信不論信號是用來表示模擬數(shù)據(jù)，還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的，處理方式相同，都通過放大器來傳播。模擬信號->數(shù)字通信假設(shè)這個模擬信號表示的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，信號通過轉(zhuǎn)發(fā)器傳播。在每個轉(zhuǎn)發(fā)器上，根據(jù)入口信號恢復(fù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并用它來生成新的輸出模擬信號。數(shù)字信號->模擬通信不使用數(shù)字信號->數(shù)字通信數(shù)字信號表示的是0和1的比特流，它代表了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或者是經(jīng)過編碼的模擬數(shù)據(jù)。在每個轉(zhuǎn)發(fā)器上，根據(jù)入口信號恢復(fù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并用它來生成新的輸出數(shù)字信號。60數(shù)字通信vs.模擬通信數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點：安全性好，便于加密?？垢蓴_能力強(qiáng)。模擬信號在傳輸過程中和疊加的噪聲很難分離，噪聲會隨著信號被傳輸、放大、嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。數(shù)字通信中的信息是包含在脈沖的有無之中的，只要噪聲絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的有無，以保證通信的可靠性。遠(yuǎn)距離傳輸仍能保證質(zhì)量。因為數(shù)字通信是采用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可繼續(xù)傳輸下去，這樣通信質(zhì)量便不受距離的影響，可高質(zhì)量地進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)要求（如電話、電報、圖像、數(shù)據(jù)等），便于實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，便于采用大規(guī)模集成電路，便于實現(xiàn)加密處理，便于實現(xiàn)通信網(wǎng)的計算機(jī)管理。數(shù)字通信正向著小型化、智能化、高速大容量的方向迅速發(fā)展，最終必將取代模擬通信。61介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式是指控制計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點利用公共傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法。62載波偵聽多路訪問/沖突檢測

（CSMA/CD）優(yōu)點原理比較簡單，技術(shù)上易實現(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)先級控制。缺點在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時，發(fā)送時間增長，發(fā)送效率下降。發(fā)送幀發(fā)送幀沖突次數(shù)超過限定值？是否發(fā)生沖突？延遲隨機(jī)時間介質(zhì)忙？發(fā)送完？發(fā)送成功發(fā)送失敗YNYNNYYN63令牌環(huán)（Token-Ring）沿環(huán)傳遞令牌。等待直至捕獲到令牌，然后將令牌的控制標(biāo)志從“空閑”狀態(tài)改變?yōu)椤懊Α睜顟B(tài)，并發(fā)送出一幀信息。其他的工作站隨時檢測經(jīng)過本站的幀，當(dāng)目的地址與本站地址相符時接收，復(fù)制完畢后轉(zhuǎn)發(fā)此幀，直到該幀沿環(huán)一周返回發(fā)送站，發(fā)送站收到接收站指向發(fā)送站的肯定應(yīng)答信息時，才將發(fā)送的幀信息進(jìn)行清除，并使令牌標(biāo)志又處于“空閑”狀態(tài)，繼續(xù)插入環(huán)中。64令牌環(huán)（Token-Ring）優(yōu)點:能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)，有很強(qiáng)的實時性。在重負(fù)載環(huán)路中，“令牌”以循環(huán)方式工作，效率較高。缺點:控制電路較復(fù)雜，令牌容易丟失。（不過，IBM在1985年已解決了實用問題，近年來采用令牌環(huán)方式的令牌環(huán)網(wǎng)實用性已大大增強(qiáng)。）65令牌總線（TokenBus）令牌總線主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。它的訪問控制方式類似于令牌環(huán)，把總線形或樹形網(wǎng)絡(luò)中的各個工作站按一定順序排列形成一個邏輯環(huán)。只有令牌持有者才能控制總線，才有發(fā)送信息的權(quán)力。信息是雙向傳送，每個站都可檢測到其它站點發(fā)出的信息。66令牌總線（TokenBus）優(yōu)點各工作站對介質(zhì)的共享權(quán)力均等，可以設(shè)置優(yōu)先級，也可不設(shè)；有較好的吞吐能力，吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率增高而加大；連網(wǎng)距離較CSMA/CD方式大。缺點控制電路較復(fù)雜、成本高；輕載時，線路傳輸效率低。67OSI參考模型各層的協(xié)議細(xì)節(jié)由各層獨(dú)立進(jìn)行。分層的原則是將相似的功能集中在同一層內(nèi)，功能差別較大時分層處理，每層只對相鄰的上、下層定義接口。68OSI參考模型物理層通過物理介質(zhì)正確地傳送比特信息，要保證發(fā)送“0”或“1”脈沖信號能夠被對方正確地檢測和接收到。數(shù)據(jù)鏈路層建立、維持和拆除鏈路連接，糾正傳輸中的差錯。網(wǎng)絡(luò)層確定數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，建立、維持和拆除網(wǎng)絡(luò)連接。傳輸層控制開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送。傳輸層以下3層建立了具體網(wǎng)絡(luò)連接，從傳輸層開始，源計算機(jī)和目標(biāo)計算機(jī)之間建立起了直接對話。除了對收發(fā)數(shù)據(jù)的確認(rèn)外，傳輸層還負(fù)責(zé)根據(jù)通信的需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的吞吐量并進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。69OSI參考模型會話層依靠傳輸層以下