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1、课 程 内 容 简 介网网 络络 通通 信信 基基 础础 知知 识识现场总线现场总线技术技术局域网局域网技术与协议技术与协议 网络互联网络互联技术与协议技术与协议控制网络与现场总线技术应用控制网络与现场总线技术应用自自动动化化网网络络概概述述课课 程程 内内 容容 简简 介介第第1章章 自动化网络概述自动化网络概述n1.1 企业信息系统企业信息系统n 基本组成，功能模型，集成环境，发展过程基本组成，功能模型，集成环境，发展过程n1.2 企业自动化系统发展的过程企业自动化系统发展的过程n1.3 MAP、TOP自动化协议自动化协议n1.4 现场总线简介现场总线简介n 现场总线定义，特点与优点，现场
2、总线定义，特点与优点，n 发展趋势发展趋势课课 程程 内内 容容 简简 介介 第第2章章 网络通信基础知识网络通信基础知识n2.1 计算机异步通信计算机异步通信n 异步通信概念，异步通信概念，RS-232标准，实际硬件的限制标准，实际硬件的限制n2.2 网络结构与类型网络结构与类型n 线路配置，拓扑结构，传输模式，网络类型，网际互连线路配置，拓扑结构，传输模式，网络类型，网际互连n2.3 OSI模型模型n2.4 信号信号n 模拟和数字，周期性和非周期性信号，模拟信号，数字信号模拟和数字，周期性和非周期性信号，模拟信号，数字信号n2.5 编码编码n 数字数字-数字，模拟数字，模拟-数字数字，数字
3、，数字-模拟，模拟模拟，模拟-模拟模拟n2.6 复用复用n 多合一多合一/一分多，复用类型，复用技术应用一分多，复用类型，复用技术应用电话系统电话系统n2.7 传输媒介传输媒介n 有线媒介，无线媒介有线媒介，无线媒介课课 程程 内内 容容 简简 介介第第3章章 局域网技术与协议局域网技术与协议n3.1 数据链路控制和协议数据链路控制和协议n 线路规程，错误控制，数据链路协议线路规程，错误控制，数据链路协议n3.2 局域网技术局域网技术n 802项目项目,以太网，以太网，令牌总线，令牌总线，令牌环网，令牌环网，FDDIn3.3 局域网扩展技术局域网扩展技术n 距离限制，光纤扩展距离限制，光纤扩展
4、n 中继器，网桥，帧过滤，中继器，网桥，帧过滤，n 规划桥接网络，楼间桥接，远程桥接，网桥环规划桥接网络，楼间桥接，远程桥接，网桥环n 分布生成树分布生成树n 交换交换 交换机与集线器的结合交换机与集线器的结合课课 程程 内内 容容 简简 介介第第4章章 网络互联技术与协议网络互联技术与协议n4.1 网络互联概述网络互联概述n 互联动机，互联动机，通用服务概念，异构世界中的通用服务通用服务概念，异构世界中的通用服务n 网络互联，用路由器连接物理网，互联网体系结构网络互联，用路由器连接物理网，互联网体系结构n 实现通用服务，虚拟网络，网络互联协议实现通用服务，虚拟网络，网络互联协议n 网络互联与
5、网络互联与TCP/IPTCP/IP，分层与，分层与TCP/IPTCP/IP协议，主机、路协议，主机、路 由器与协议层次由器与协议层次n4.2 网络互连和网络设备网络互连和网络设备:路由器路由器 网关网关 路由算法路由算法n4.3 传输层协议传输层协议:传输层的责任传输层的责任 连接连接 OSIOSI传输层协议传输层协议n4.4 OSI OSI高层高层:会话层会话层 表示层表示层 应用层应用层课课 程程 内内 容容 简简 介介第第5 5章章 现场总线技术现场总线技术n5.1 几种有影响的现场总线几种有影响的现场总线n5.2 LonWorks LonWorks技术和技术和LONLON总线总线n 概
6、述，系统结构，神经元芯片概述，系统结构，神经元芯片n5.3 通信设备通信设备n 双双 绞绞 线线、电电 源源 线线、电电 力力 线线 收收 发发 器器，其其 它它 介介 质质 收收 发发 器，路由器器，路由器n5.4 LonWorks LonWorks通信协议通信协议LonTalkLonTalkn 协协议议概概述述，物物理理层层通通信信协协议议，网网络络地地址址结结构构及及对对大大网络的支持网络的支持n MACMAC子子层层，链链路路层层，网网络络层层，传传输输层层和和会会话话层层，表表示示层和应用层层和应用层n 网络管理和网络诊断，报文服务，网络认证网络管理和网络诊断，报文服务，网络认证n5
7、.5 面向对象的编程语言面向对象的编程语言Neuron CNeuron Cn 定时器，网络变量，调度程序，附加功能定时器，网络变量，调度程序，附加功能n5.6 LonWorks LonWorks的互操作性的互操作性n 简介，应用层接口，应用层端口，节点对象，简介，应用层接口，应用层端口，节点对象，LonMarkLonMark对象对象n 标标准准网网络络变变量量类类型型，数数据据传传送送，结结构构参参数数，设设备备记记录录，功功能能块块n5.7 LonWorks LonWorks开发工具开发工具n LonBuilderLonBuilder和和NodeBuilderNodeBuilder，LonM
8、anagerLonManager工具，硬件接口卡工具，硬件接口卡n5.8 LNS LNS技术技术n 概述，概述，LNSLNS编程模式，编程模式，LNSLNS构架，构架，LCALCA网络服务器服务网络服务器服务n LCALCA数据库，数据库，LCALCA现场编译器现场编译器课课 程程 内内 容容 简简 介介课课 程程 内内 容容 简简 介介第第6 6章章 自动化网络技术应用自动化网络技术应用n6.1 LON LON总线智能节点总线智能节点n6.2 OnLon OnLon图形编程语言图形编程语言n6.3 VisualLon VisualLon网络管理软件网络管理软件n6.4 LON LON总线与局
9、域网的接口总线与局域网的接口n6.5 远程监控远程监控n相关实验相关实验nLonWorksLonWorks技术技术nLONLON总线与局域网互连总线与局域网互连nNETBOYNETBOY软件的应用和帧的分析软件的应用和帧的分析n远程监控系统远程监控系统课课 程程 内内 容容 简简 介介第一章第一章 自动化网络概述自动化网络概述（内（内 容容 提提 要）要）1.1 企业信息系统企业信息系统 基本组成基本组成 功能模型功能模型 集成环境集成环境 发展过程发展过程1.2 企业自动化系统发展的过程企业自动化系统发展的过程 基地式气动仪表控制系统基地式气动仪表控制系统 电动单元组合式模拟仪表控制系统电动
10、单元组合式模拟仪表控制系统 集中式数字控制系统集中式数字控制系统 集散控制系统集散控制系统DCSDCS 新型的网络集成式全分布控制系统新型的网络集成式全分布控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS1.3 MAP、TOP自动化协议自动化协议 发展过程发展过程 网络结构网络结构1.4 现场总线简介现场总线简介 现场总线定义现场总线定义 现场总线是低层控制网络现场总线是低层控制网络 特点与优点特点与优点 发展趋势发展趋势1.1 企业信息系统企业信息系统一、企业信息系统的作用一、企业信息系统的作用n在现代化企业中，计算机已经控制、办公自动化、经营管理、市场销售在现代化企业中，计算机已经控制
11、、办公自动化、经营管理、市场销售等方面承担了越来越多的任务。等方面承担了越来越多的任务。n信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从企业的现场设备层到控制、管理的信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从企业的现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。n网络成为企业内部信息交流及与外部交流的重要基础设施。网络成为企业内部信息交流及与外部交流的重要基础设施。n在市场经济与信息社会中，网络对企业的综合竞争能力起着重要作用。在市场经济与信息社会中，网络对企业的综合竞争能力起着重要作用。n但是，长期以来，控制系统、管理系统、
12、但是，长期以来，控制系统、管理系统、营销系统信息难以沟通。营销系统信息难以沟通。二、企业信息系统的组成结构图三、企业信息系统的功能模型和层次四、企业信息系统集成环境1.21.2 企业自动化系统发展的过程企业自动化系统发展的过程 1.21.2 企业自动化系统发展的过程企业自动化系统发展的过程1.3 MAP、TOP自动化协议n制制造造自自动动化化协协议议（MAPMAP，Manufacturing Manufacturing Automation Automation ProtocolProtocol）是是2020世世纪纪7070年年代代末末、8080年年代代初初，由由美美国国通通用用汽汽车车公公司
13、司提提出出的的一一种种适适合合于于工工业业生生产产的的开开放放式式标标准准通通信信系系统统，是是用用于于制制造造自自动动化化的的局局城城网网协协议议。用用于于解解决决自自动动化化局域网络中的数据通信问题。局域网络中的数据通信问题。n所所有有智智能能化化设设备备可可以以通通过过一一个个统统一一的的接接口口与与该该网网络络连连接接，以以解解决决不不同同控控制制系统与计算机系统之间的信息交换问题。系统与计算机系统之间的信息交换问题。n但但MAPMAP作作为为宽宽带带LANLAN是是不不具具备备实实时时特特性性的的。为为了了满满足足工工业业控控制制所所必必须须的的实实时时性要求，出现了结构简化后的模型
14、性要求，出现了结构简化后的模型-mini-MAP-mini-MAP，。，。nTOPTOP（Technical Technical and and Office Office ProtocalProtocal）是是美美国国波波音音公公司司于于19841984年年开开始始对对计计算算机机局局域域网网进进一一步步开开发发而而形形成成的的一一种种适适合合于于办办公公自自动动化化的的协协议议规规范范。其其基基本本思思想想是是以以现现有有的的国国际际标标准准和和规规范范为为基基础础，始始终终保保持持和和MAPMAP规规范范相相兼兼容容，并尽可能有机地与并尽可能有机地与MAPMAP相互补充与集成。相互补充与
15、集成。nTOPTOP，MAPMAP相相互互补补充充可可实实现现多多种种通通信信方方案案，几几乎乎可可覆覆盖盖企企业业从从生生产产加加工工到到办办公管理的各个领城。公管理的各个领城。1.3 MAP、TOP自动化协议1.3 MAP、TOP自动化协议1.4 现场总线简介n一、什么是现场总线一、什么是现场总线n现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场、在在微微机机化化测测量量控控制制设设备备之之间间实实现现双双向向串串行行多多节节点点数数字字通通信信的的系系统统，也也被被称称为为开开放放式式、数数字字化、多点通信的底层控制网络。化、多点通信的底层控制网络。n现现场场总总线线技技术术将将专专用用
16、微微处处理理器器置置入入传传统统的的测测量量控控制制仪仪表表，使使它它们们各各自自都都具具有有了了数数字字计计算算和和数数字字通通信信能能力力，把把多多个个测测量量控控制制仪仪表表连连接接成成的的网网络络系系统统，并并按按公公开开、规规范范的的通通信信协协议议，在在位位于于现现场场的的多多个个微微机机化化测测量量控控制制设设备备之之间间以以及及现现场场仪仪表表与与远远程程监监控控计计算算机机之之间间，实实现现数数据据传传输输与与信信息息交交换换，形形成成各各种种适适应实际需要的自动控制系统。应实际需要的自动控制系统。n在在制制造造业业、流流程程工工业业、交交通通、楼楼宇宇等等方方面面的的自自动
17、动化化系系统统中中具具有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。二、现场总线是底层控制网络三、现场总线的特点与优点n节节省省硬硬件件数数量量与与投投资资：减减少少变变送送器器的的数数量量，不不再再需需要要单单独独的的调调节节器器、计计算算单单元元等等，也也不不再再需需要要DCSDCS系系统统的的信信号号调调理理、转转换换、隔隔离离等等功功能能单单元元及及其其复复杂杂接接线线，可用工控可用工控PCPC机作为操作站，节省硬件投资，减少控制室面积。机作为操作站，节省硬件投资，减少控制室面积。n节节省省安安装装费费用用：现现场场总总线线系系统统的的接接线线十十分分简简单单，一一对对双双绞绞线线或或一一条条电
18、电缆缆上上通通常常可可挂挂接接多多个个设设备备，因因而而电电缆缆、端端子子、槽槽盒盒、桥桥架架的的用用量量大大大大减减少少，连连线线设设计与接头校对的工作量也大大减少。可节约安装费用计与接头校对的工作量也大大减少。可节约安装费用6060以上。以上。n节节省省维维护护开开销销：由由于于现现场场控控制制设设备备具具有有自自诊诊断断与与简简单单故故障障处处理理的的能能力力，并并通通过过数数字字通通讯讯将将相相关关的的诊诊断断维维护护信信息息送送往往控控制制室室，用用户户可可以以查查询询所所有有设设备备的的运运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快
19、速排除。n用用户户具具有有高高度度的的系系统统其其成成主主动动权权：用用户户可可以以自自由由选选择择不不同同厂厂商商所所提提供供的的设设备备来来集集成成系系统统。避避免免因因选选择择了了某某一一品品牌牌的的产产品品而而被被“框框死死”了了使使用用设设备备的的选选择择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展。范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展。n提提高高了了系系统统的的准准确确性性与与可可靠靠性性：由由于于现现场场总总线线设设备备的的智智能能化化、数数字字化化，与与模模拟拟信信号号相相比比，它它从从根根本本上上提提高高了了测测量量与与控控制制的的精精确确度度，减减少少了
20、了传传送送误误差差。同同时时，由由于于系系统统的的结结构构简简化化，设设备备与与连连线线减减少少，现现场场仪仪表表内内部部功功能能加加强强，减减少少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。四、现场总线的发展趋势n以以微微处处理理器器芯芯片片为为基基础础的的各各种种智智能能仪仪表表，为为现现场场信信号号的的数数字字化化以以及及实实现现复复杂杂的的应应用用功功能能提提供供了了条条件件。但但不不同同厂厂商商所所提提供供的的设设备备之之间间的的通通信信标标准准不不统统一一，严严重重束束缚缚了了工工厂厂底底层层网网络络的的发发展展。从从用用户户到到设设备备制制
21、造造商商都都强强烈烈要要求求形形成成统统一一的的标准，组成开放互连网络。标准，组成开放互连网络。n在在不不同同行行业业派派生生出出一一些些有有影影响响的的总总线线标标准准。它它们们大大都都在在公公司司标标准准的的基基础础上上逐逐渐渐形形成成，并并得得到到其其他他公公司司、厂厂商商、用用户户以以至至于于国国际际组组织织的的支支持持。大大千千世世界界，众众多多行行业业，需需求求各各异异，加加上上要要考考虑虑已已有有各各种种总总线线产产品品的的投投资资效效益益和和各各公公司司的的商商业业利利益益，预预计计在在今今后后一一段段时时期期内内，会会出出现现几几种种现现场场总总线线标标准准共共存存、同同一一
22、生生产产现现场场有有几几种种异异构构网网络络互互连连通通讯讯的的局局面面。但但发发展展共共同同遵遵从从的的统统一一的的标标准准规规范范，真真正正形形成成开开放放互互连连系系统统，是大势所趋。是大势所趋。第二章 网络通信基础知识n通信的思考？n对牛弹琴！n人与人的交流：n耳朵一直竖着n相同语言n共同的话题n足够的音量n适当的频率2.1 计算机异步通信一、通信过程2.1 计算机异步通信二、须考虑的问题n“0 0”、“1 1”如何表示？如何表示？n信号电平大小？信号电平大小？n接收方怎样知道已开始发送？接收方怎样知道已开始发送？n发送的快慢？发送的快慢？n发送数据间隔？发送数据间隔？n多点发送要考虑
23、什么问题？多点发送要考虑什么问题？2.1 计算机异步通信 三、RS-232标准“1 1”：-3V-3V-15V-15V；“0 0”：+3V+3V+15V+15V；每次传输一个字符，每次传输一个字符，7 7位和位和8 8位；位；每位持续时间相同，中间采样，用波特率表示；每位持续时间相同，中间采样，用波特率表示；每个字符前加一起始位，每个字符前加一起始位，1 1到到0 0跳变表示传送开始，帧对齐；跳变表示传送开始，帧对齐；传送完后加一停止位。传送完后加一停止位。2.1 计算机异步通信四、实际系统的限制n奈奎斯特定理为：奈奎斯特定理为：(无噪声无噪声)nD=2BlogD=2Blog2 2K K（bp
24、sbps），），K K为带宽为带宽n香农定理为：香农定理为：(有噪声）有噪声）nC=B1ogC=B1og2 2（1+S/N)1+S/N)，S/NS/N为为信噪比信噪比没办法！2.1 计算机异步通信n五、多点连接和远距离传输五、多点连接和远距离传输n问题：问题：RS-232RS-232能多点连接？能多点连接？n解决方案：解决方案：RS422RS422！n特点：差分传输，三态驱动器。特点：差分传输，三态驱动器。2.1 计算机异步通信n六、进一步的问题n大批量数据的传输大批量数据的传输n多点数据传输多点数据传输n传输出错处理传输出错处理n数据表示的含义数据表示的含义n对复杂的大型网络通信能否标准化对
25、复杂的大型网络通信能否标准化？2.2 网络结构与类型n一、计算机网络的组成一、计算机网络的组成n独立功能的计算机独立功能的计算机n通信线路和设备通信线路和设备n网络软件网络软件2.2 网络结构与类型n二、线路配置n点到点的连接2.2 网络结构与类型n多点连接2.2 网络结构与类型n三、三、拓扑结构拓扑结构n网络物理或逻辑布置的方式网络物理或逻辑布置的方式n两条以上的链路形成网络拓扑两条以上的链路形成网络拓扑2.2 网络结构与类型n网状拓扑网状拓扑n点到点直接通信点到点直接通信n点点-点专用线路点专用线路n故障检测容易故障检测容易n电缆数量巨大电缆数量巨大2.2 网络结构与类型n星型拓扑星型拓扑
26、n点到点，单向通信点到点，单向通信n广播通信广播通信n故障检测容易故障检测容易n可靠性存在隐患可靠性存在隐患2.2 网络结构与类型n树形结构树形结构n广播通信，规模大广播通信，规模大n可隔离和设优先级可隔离和设优先级n故障检测容易故障检测容易2.2 网络结构与类型总线拓扑总线拓扑n多点连接多点连接n广播通信广播通信n电缆数量少电缆数量少n故障检测较困难故障检测较困难2.2 网络结构与类型n环形拓扑环形拓扑n较易安装和重新配制较易安装和重新配制n易故障隔离易故障隔离n缺陷：单向传输缺陷：单向传输2.2 网络结构与类型混合混合结构结构兼有各自的特点兼有各自的特点规模大规模大2.2 网络结构与类型三
27、、传输模式n单工：通信是单向进行的，就像单行道单工：通信是单向进行的，就像单行道n半双工；每个站点都可以发送和接收，但不能半双工；每个站点都可以发送和接收，但不能同时发送和接收同时发送和接收n全双工全双工：两个站点同时都可以进行发送和接收两个站点同时都可以进行发送和接收2.2 网络结构与类型四、网络类型 网络的分类由网络的大小、所有权、覆网络的分类由网络的大小、所有权、覆盖范围和实际体系构架决定。盖范围和实际体系构架决定。一般分为以下三类：一般分为以下三类：n局域网局域网（LANLAN）n城域网（城域网（MANMAN）n广域网（广域网（WANWAN）2.3 OSI模型一、计算机网络的发展简史一
28、、计算机网络的发展简史n广域网广域网n局域网局域网n异种网络互连异种网络互连nInternetInternet二、为什么要建立二、为什么要建立OSIOSI模型模型n实现异种网络互连和互通实现异种网络互连和互通n需要灵活、健壮、互操作的网络体系结构需要灵活、健壮、互操作的网络体系结构n促进网络标准化促进网络标准化2.3 OSI模型三、七层协议三、七层协议2.3 OSI模型n四、OSI层次2.3 OSI模型n五、各层功能n物理层:线路配置，通信模式，拓扑，编码，接口n数据链路层数据链路层:寻址，访问控制，流控，同步n网络层：网络层：源到宿传递，逻辑寻址，路由，地址转换传输层：传输层：端到端传递，拆
29、分和组装，连接控制n会话层：会话层：会话管理，同步，对话控制，优雅关闭n表示层：表示层：翻译，加密，压缩，安全性n应用层：应用层：网络虚拟终端，文件访问、传输和管理，邮件服务，目录服务2.3 OSI模型n1、物理层2.3 OSI模型n2 2、数据链路层、数据链路层2.3 OSI模型n3 3、网络层、网络层2.3 OSI模型n4 4、传输层、传输层2.3 OSI模型n5 5、会话层、会话层2.3 OSI模型n6 6、表示层、表示层2.3 OSI模型n7 7、应用层、应用层2.4.4 数字传输方式数字传输方式1.数据传输的方法数据传输的方法(1)(1)基带传输基带传输 将基带信号直接送入线路上传输
30、将基带信号直接送入线路上传输 基带信号基带信号:即为数字信号即为数字信号1 1或或0 0直接用两种电压直接用两种电压来表示的信号来表示的信号2.5 编码 数字-数字编码1 1、单极性编码、单极性编码n问题：直流分量；难同步问题：直流分量；难同步2.5 编码 数字-数字编码n2、极化编码、极化编码2.5 编码 数字-数字编码非归零编码非归零编码2.5 编码 数字-数字编码归零编码归零编码2.5 编码：模拟-数字编码n问题：模拟数值无限，数字数值有限，如何在编码中问题：模拟数值无限，数字数值有限，如何在编码中保证信号质量不失真？保证信号质量不失真？n采样频率的选择：信号最高有用频率的两倍。采样频率
31、的选择：信号最高有用频率的两倍。2.5 2.5 编码：编码：数字数字-模拟编码模拟编码n典型应用典型应用ModemModem调制解调器调制解调器n三种基本方式：三种基本方式：n幅移键控：相同载频，两种幅值，易受干扰。幅移键控：相同载频，两种幅值，易受干扰。n频移键控：不同载频，相同幅值，抗干扰好，频移键控：不同载频，相同幅值，抗干扰好，带宽较宽。带宽较宽。n相移键控：同频率、幅值，相位跳变，抗干扰相移键控：同频率、幅值，相位跳变，抗干扰好，传输率高。好，传输率高。n组合方式：正交调幅组合方式：正交调幅 利用幅移键控和相移键控组合，可成倍提利用幅移键控和相移键控组合，可成倍提传输率。传输率。2.
32、5 编码：数字-模拟编码：n1 1、幅移键控（、幅移键控（ASK)ASK)2.5 编码：数字-模拟编码n在在ASK编码中波特率和带宽的关系编码中波特率和带宽的关系2.5 编码：数字-模拟编码：n2 2、频移键控、频移键控(FSK)(FSK)2.5 编码：数字-模拟编码：2.5 2.5 编码：编码：数字数字-模拟编码：模拟编码：3 3、相移键控、相移键控(PSK)(PSK)2.5 编码：数字-模拟编码：n相移键控星座表2.5 2.5 编码：编码：数字数字-模拟编码：模拟编码：四相位四相位PSKPSK2.5 2.5 编码：编码：数字数字-模拟编码：模拟编码：n四相位PSK特征图2.5 编码：数字-
33、模拟编码：正交调幅（QAM)n正交调幅：同时利用正弦波的两个特性正交调幅：同时利用正弦波的两个特性（振幅和相位）（振幅和相位）n最小带宽与最小带宽与ASK、PSK相同相同2.5 编码：数字-模拟编码：8-QAMn8-QAM8-QAM时域图时域图(2)(2)宽带传输宽带传输(频带传输频带传输)n宽带传输宽带传输是一种利用调制解调器搬移数据是一种利用调制解调器搬移数据信号频谱的传输制度信号频谱的传输制度n将基带信号进行调制后形成的频分复用模将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号拟信号(3)(3)异步传输异步传输n异步传输是以字符为单位的数据传输异步传输是以字符为单位的数据传输,每个每个字符都要
34、附加字符都要附加1 1位起始位和位起始位和1 1位停止位位停止位,以标以标志起始和结束志起始和结束(4)(4)同步传输同步传输n同步传输是以数据为单位的数据传输同步传输是以数据为单位的数据传输,每个每个数据块的头部和尾部都要附加数据块的头部和尾部都要附加1 1个特殊的字个特殊的字符或比特序列符或比特序列,以标志数据块的起始和结束以标志数据块的起始和结束.2.通信方式通信方式(1)(1)串串行通信方式行通信方式特点特点:线路数少线路数少,利用率高利用率高,投资小投资小需要进行并需要进行并/串串,串串/并转换并转换必须有同步措施必须有同步措施(2)(2)并行通信方式并行通信方式特点特点:减化了终端
35、装置的结构减化了终端装置的结构,传输速率高传输速率高 需要需要n条信道的传输设备条信道的传输设备,成本较高成本较高 通常用于近距离传输通常用于近距离传输2.6 多路复用技术多路复用技术n多合一多合一/一分多一分多复用类型复用类型n(1)(1)频分多路复用频分多路复用复用技术应用复用技术应用电话系统电话系统(2)(2)时分多路复用时分多路复用 数据交换技术数据交换技术1.线线路路交交换换2.报报文文交交换换分分组组交交换换3.4.帧中继交换帧中继交换2.7 传输媒介一.有线媒介有线媒介1.双绞线电缆双绞线电缆5类2.同轴电缆同轴电缆 RG-8用于粗缆以太网。RG-9用于粗缆以太网。RG-11 用
36、于粗缆以太网。RG-58用于细缆以太网。RG-75用于电视。2.7 传输媒介3.光纤光纤 n多模传播n单模传播 2.7 传输媒介n二.无线媒介 传输媒介性能比较 媒介费用速度信号衰减电磁干扰安全性非 屏 蔽 双绞线 低1100Mbps 高 高 低屏蔽双绞线 一般1150Mbps 高 一般 低同轴电缆 一般1Mbps1Gbps 一般 一般 低光纤电缆 高10Mbps2Gbps 低 低 高无线电波 一般110Mbps 低高 高 低微波 高1Mbps10Gbps 可变 高 一般卫星 高1Mbps10Gbps 可变 高 一般 蜂窝系统 高9.69.2Kbps 低 一般 低第三章 局域网技术与协议：内容
37、提要n数据链路层的功能 寻址 访问控制 流量控制 错误控制 为网络层服务n数据链路控制和协议线路规程 流量控制 错误控制 数据链路协议n局域网技术以太网 令牌环网 令牌总线 FDDIn局域网扩展技术中继器 网桥3.1 数据链路控制和协议n 数据链路控制的考虑 谁能发送？俺也要发数据俺也要发数据我有数据要发我有数据要发解决共用介质中“谁能发送的问题”控制传输中的流量检测差错和重传老哥：老哥：您悠着点，您悠着点，我吃不了！我吃不了！收了一堆数收了一堆数据，不知道据，不知道对不对？对不对？数据链路层协议n该层协议的主要功能是，在相邻两个结点之间该层协议的主要功能是，在相邻两个结点之间建立、维持和释放
38、一条或多条数据链路，将数建立、维持和释放一条或多条数据链路，将数据按一定的格式据按一定的格式(帧格式帧格式)组织组织起来进行传输，起来进行传输，保证数据传输无差错、按顺序到达目的地。保证数据传输无差错、按顺序到达目的地。n目前，数据链路层协议主要有两类：目前，数据链路层协议主要有两类：面向字符型协议面向字符型协议面向面向位协议位协议数据链路层的具体责任是数据链路层的具体责任是:点到点传递点到点传递 数据链路层负责点到点的传递。数据链路层负责点到点的传递。寻址寻址 在本层加入的报文头和尾部信息包含了最近节点和在本层加入的报文头和尾部信息包含了最近节点和下一个节点的物理地址。下一个节点的物理地址。
39、访问控制访问控制 当两个以上的设备连接到同一条链路上时，数当两个以上的设备连接到同一条链路上时，数据链路协议必须能决定在任意时刻由哪个设备来获取对链路据链路协议必须能决定在任意时刻由哪个设备来获取对链路的控制权。的控制权。流控流控 为防止接收方过载，数据链路协议约束了一次可以为防止接收方过载，数据链路协议约束了一次可以发送的数据量。它同时加上了序号标识，使得接收节点可以发送的数据量。它同时加上了序号标识，使得接收节点可以控制数据帧的顺序。控制数据帧的顺序。错误处理错误处理 数据链路协议通常通过重发机制来实现错误恢数据链路协议通常通过重发机制来实现错误恢复。复。同步同步 数据帧头部含有特殊的比特
40、位来提示接收方有数据数据帧头部含有特殊的比特位来提示接收方有数据帧到达。同时，这些控制比特还具有一种特定的模式，使接帧到达。同时，这些控制比特还具有一种特定的模式，使接收方在知道了每个比特持续时间后，可以与发送方实现时序收方在知道了每个比特持续时间后，可以与发送方实现时序同步。尾部包含有错误控制比特位和指示一帧结束的帧终止同步。尾部包含有错误控制比特位和指示一帧结束的帧终止比特。帧终止比特意味着接着的信号是新的一帧或是空信道比特。帧终止比特意味着接着的信号是新的一帧或是空信道。一.停止等待协议理想的停止等待协议理想的停止等待协议发数据收数据一.停止等待协议n实用的实用的停止等待协议停止等待协议
41、我要发数据，可以吗？我已准备好，可以！发一包数据收到了！传输结束几种情况几种情况数据幀出错数据幀出错数据幀丢失数据幀丢失应答幀丢失应答幀丢失停止等待的时间停止等待的时间重复幀重复幀二.连续ARQ协议n流量控制的必要性流量控制的必要性任何接收设备都有处理输入数据的速率限制，并任何接收设备都有处理输入数据的速率限制，并且存储器容量也是有限的。且存储器容量也是有限的。n流量控制的目的流量控制的目的告诉发送方在等待接收方的应答信号之前最多可告诉发送方在等待接收方的应答信号之前最多可以传送多少数据。以传送多少数据。n流量控制常用的方法流量控制常用的方法停等协议停等协议滑动窗口协议滑动窗口协议（连续连续A
42、RQ协议）协议）流量控制：滑动窗口协议n滑动窗口协议：滑动窗口协议：发送方在收到应答消息前可以发送若干帧。发送方在收到应答消息前可以发送若干帧。接收方只对其中一些帧进行应答，使用一个接收方只对其中一些帧进行应答，使用一个ACKACK帧帧来对多个数据帧的接收进行确认。来对多个数据帧的接收进行确认。n窗口：窗口：指一个发送方和接收方都要创建的额外缓冲区；指一个发送方和接收方都要创建的额外缓冲区；对收到应答之前可以传输的数据帧的数目进行了对收到应答之前可以传输的数据帧的数目进行了限制；限制；可以不等待窗口被填满而在任何一点对数据帧进可以不等待窗口被填满而在任何一点对数据帧进行应答；行应答；只要窗口未
43、满就可以继续传输。只要窗口未满就可以继续传输。流量控制：滑动窗口协议n窗口的表示：窗口的表示：以模以模n n方式标号，窗口的大小是方式标号，窗口的大小是n-1n-1。n窗窗口口的的应应用用：接接收收方方发发出出一一个个应应答答帧帧（ACKACK），它它就在其中包含了预期接收的下一帧编号。就在其中包含了预期接收的下一帧编号。n例例如如：对对以以帧帧4 4结结尾尾的的一一串串数数据据帧帧进进行行应应答答，接接收收方方就就发发送送一一个个包包含含有有编编号号5 5的的应应答答帧帧。当当发发送送方方收收到到含含有有编编号号5 5的的应应答答帧帧（ACKACK）时时，它它就就知知道道了了直直到到编编号号
44、4 4为止的所有数据帧均己经被正确地接收了。为止的所有数据帧均己经被正确地接收了。发送窗口：接收窗口：例 图图表表示示了了一一个个采采用用七七帧帧窗窗口口以以及及滑滑动动窗窗口口协协议议进进行行传传输输的的例例子子。在在该该例例中中，所所有有帧帧都都无无差差错错到到达达。如如果果在在接接收收的的帧帧发发现现错错误误，或或者者在在传传输输中中丢丢失失了了一一帧帧或或多多帧帧，那么传输过程将变得更为复杂。那么传输过程将变得更为复杂。三.面向比特链路控制规程HDLCn高高级级数数据据链链路路控控制制协协议议：HDLCHDLC协协议议支支持持点点到到点点和和多点配置下的半双工和全双工模式。多点配置下的
45、半双工和全双工模式。帧格式标标志志地地址址控控制制信信息息从上层来的数据从上层来的数据帧帧校验校验序列序列标标志志标标志志地地址址控控制制帧帧校验校验序列序列标标志志标标志志地地址址控控制制管理信息管理信息(可能有可能有)帧帧校验校验序列序列标标志志信息帧（I-帧）监管帧（S-帧）无序号帧（U-帧）面向比特链路控制规程HDLCn标志域标志域01111110 01111110 八比特序列。指示一八比特序列。指示一帧的开始和结束。帧的开始和结束。n地址域地址域包含了帧的来源或终点的从站点地址。如果主站包含了帧的来源或终点的从站点地址。如果主站点产生了一个帧，它包含一个去向地址。如果从站点产生了一个
46、帧，它包含一个去向地址。如果从站点产生一帧则包含一个来源地址。点产生一帧则包含一个来源地址。控制域进行流量管理、错误控制或网络监管（以一字节为进行流量管理、错误控制或网络监管（以一字节为例）。例）。n信息域信息域 在在I-I-帧帧中中，信信息息域域包包含含了了用用户户数数据据；在在U-U-帧帧中中则则包包含含了了网网络络管管理理信信息息。长长度度可可以以因因网网络络而而不不同同，但但在具体网络中是固定的。一个在具体网络中是固定的。一个S-S-帧没有信息域。帧没有信息域。n帧校验序列（帧校验序列（FCSFCS）域）域 帧校验序列（帧校验序列（FCSFCS）是）是HDLCHDLC协议的协议的错误检
47、测域。它含有一个两字节或四错误检测域。它含有一个两字节或四字节的循环冗余校验码（字节的循环冗余校验码（CRCCRC码）。码）。面向比特链路控制规程面向比特链路控制规程HDLC ：几个问题数据数据透明性：透明性：接收方发现一个标志后，就等待帧结束的下接收方发现一个标志后，就等待帧结束的下一个标志。有可能在控制信息和数据中存在一个比特序列，一个标志。有可能在控制信息和数据中存在一个比特序列，可能含有比特模式可能含有比特模式0111111001111110，这时接收方会发现这个标志并，这时接收方会发现这个标志并认为是帧未尾（这会产生灾难性后果）。认为是帧未尾（这会产生灾难性后果）。HDLCHDLC协
48、协议议采采用用了了一一种种称称为为比比特特填填充充的的过过程程：每每次次发发送送方方要要发发送送一一个个含含有有五五个个以以上上连连续续的的1 1的的比比特特序序列列时时，它它总总是是在第五个在第五个1 1后面插入（填充）一个冗余的后面插入（填充）一个冗余的0 0。0111111001111101001111101001111110加加0删删0发送方（标志除外）接收方流量控制流量控制问题问题双方都有数据要发送时双方都有数据要发送时双方使用信息双方使用信息帧。帧。N N（S S）表示）表示发送发送帧的序号。帧的序号。N N（R R）表示希望接）表示希望接收的下一帧序号。收的下一帧序号。一方有数据
49、要发送，另一方无数据发送时一方有数据要发送，另一方无数据发送时一方使用信息一方使用信息帧，帧，N N（S S）表示）表示发送发送帧的序号。帧的序号。另另一方使用监管一方使用监管帧，帧，N N（R R）表示希望接收的下）表示希望接收的下一帧序号。一帧序号。S-S-帧的使用帧的使用问题问题nS-S-帧的使用帧的使用用来进行应答，流量控制，以及错误控制用来进行应答，流量控制，以及错误控制n四种四种S-S-帧帧接收就绪（接收就绪（RR）：应答，查询，）：应答，查询，对查询的否定响应，对查询的否定响应，对选择的肯定响应。对选择的肯定响应。接收未就绪（接收未就绪（RNR）：应答，选择，）：应答，选择，对选
50、择的否定响对选择的否定响应。应。拒绝（拒绝（REJ）：）：N（R）含有损坏帧的序号来指明该帧含有损坏帧的序号来指明该帧以及所有后续帧必须重发。以及所有后续帧必须重发。选择拒绝（选择拒绝（SREJ）：）：指明一个具体帧（在指明一个具体帧（在N N（R R）中有）中有该帧序号）接收时已损坏，必须重发。该帧序号）接收时已损坏，必须重发。U-U-帧的使用帧的使用问题问题nU-U-帧的使用：帧的使用：用于会话管理和控制信息用于会话管理和控制信息采用HDLC协议进行查询的例子大型设备设备A设备B设备C采用HDLC协议进行选择的例子大型设备设备A设备B设备C采用HDLC协议进行对等通信的例子设备A设备B数据