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1、第8章 分布式测控网络技术 数据通信是工业测控网络和分散型测控系统的关键数据通信是工业测控网络和分散型测控系统的关键技术技术 。如果把不同地理位置和不同功能的计算机按照统一如果把不同地理位置和不同功能的计算机按照统一的协议连接起来就构成了计算机分散测控网络系统的协议连接起来就构成了计算机分散测控网络系统 本章主要介绍工业网络和通信技术、分布式控制系本章主要介绍工业网络和通信技术、分布式控制系统、现场总线技术、综合自动化技术和分布式测控网络统、现场总线技术、综合自动化技术和分布式测控网络设计举例。设计举例。8.1 工业网络技术 8.1.1 8.1.1 工业网络概述工业网络概述 8.1.2 8.1
2、.2 数据通信编码技术数据通信编码技术 8.1.3 8.1.3 网络协议及其层次结构网络协议及其层次结构 8.1.4 IEEE 8028.1.4 IEEE 802标准标准 8.1.5 8.1.5 工业网络的性能评价和选型工业网络的性能评价和选型8.1.1 8.1.1 工业网络概述工业网络概述 1.1.网络拓扑结构网络拓扑结构 网络中互连的点称为结点或站，结点间的物网络中互连的点称为结点或站，结点间的物理连接结构称为拓扑，采用拓扑学来研究结点和理连接结构称为拓扑，采用拓扑学来研究结点和结点间连线结点间连线(称链路称链路)的几何排列。局部网络通常的几何排列。局部网络通常有四种拓扑结构：星形、环形、
3、总线形和树形。有四种拓扑结构：星形、环形、总线形和树形。（1 1）星形结构）星形结构 结结构构：中中心心结结点点是是主主结结点点，它它接接受受各各分分散散结结点点的的信信息息再再转转发发给给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。相应结点，具有中继交换和数据处理功能。工工作作过过程程：当当某某一一结结点点想想要要传传输输数数据据时时，它它首首先先向向中中心心结结点点发发送送一一个个请请求求，以以便便同同另另一一个个目目的的结结点点建建立立连连接接。一一旦旦两两个个结结点点建建立立了了连连接接，则则在在这这两两点点间间就就象象是是一一条条专专用用线线路路连连接接起起来来一一样样，进行数据传输。进行
4、数据传输。特点：特点：网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；网络延迟时间短，传输错误率较低；网络延迟时间短，传输错误率较低；网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；网网络络资资源源大大部部分分在在外外围围点点上上，相相互互结结点点必必须须经经过过中中央央结结点点才才能转发信息；能转发信息；通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。（2 2）环形结构）环形结构 结构：各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，结构：各结点通
5、过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。工作过程：一个结点按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另工作过程：一个结点按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一个结点，当传送信息的目的地值与环上的某结点的地址相等时，一个结点，当传送信息的目的地值与环上的某结点的地址相等时，信息才被该结点的环接口接收，否则，继续向下传送。信息才被该结点的环接口接收，否则，继续向下传送。特点：特点：信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个结点之间仅有唯一信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两
6、个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制；的通路，简化了路径选择控制；环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，控制软件较简单；环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，控制软件较简单；环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性；环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性；环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制。的限制。应用：环形网络结构较适合于信息处理和自动化系统中使用，是微应用：环形网络结构较适合于信息处理和自动化系统中使用，是微机局部网络中常用的结构之一。特别是机局部网络中常用的结
7、构之一。特别是IBMIBM公司推出公司推出令牌环网令牌环网之后，之后，环形网络结构就被越来越多的人所采用。环形网络结构就被越来越多的人所采用。（3 3）总线形结构）总线形结构 结构：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线结构：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此又称为广播式网络。又称为广播式网络。总线形网络的接口内具有发送器和接收器。总线形网络的接口内具有发送
8、器和接收器。接收器接收器接收总接收总线上的串行信息，并将其转换为并行信息送到结点；线上的串行信息，并将其转换为并行信息送到结点；发送器发送器则则将并行信息转换成串行信息广播发送到总线上。当在总线上发将并行信息转换成串行信息广播发送到总线上。当在总线上发送的信息目的地址与某一结点的接口地址相符时，传送的信息送的信息目的地址与某一结点的接口地址相符时，传送的信息就被该结点接收。由于一条公共总线具有就被该结点接收。由于一条公共总线具有一定的负载能力一定的负载能力，因，因此总线长度有限，其所能连接的结点数也有限。此总线长度有限，其所能连接的结点数也有限。特点：特点：结构简单灵活，扩展方便；结构简单灵活
9、，扩展方便；可靠性高，网络响应速度快；可靠性高，网络响应速度快；共享资源能力强，便于广播式工作；共享资源能力强，便于广播式工作；设备少，价格低，安装和使用方便；设备少，价格低，安装和使用方便；由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。应用：总线形结构是目前使用最广泛的结构，也是一种最传统的应用：总线形结构是目前使用最广泛的结构，也是一种最传统的主流网络结构，该种结构最适于信息管理系统、办公室自动化系主流网络结构，该种结构最适于信息管理系统、办公室
10、自动化系统、教学系统等领域的应用。统、教学系统等领域的应用。（4 4）树形结构）树形结构 结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。特点：特点：通通讯讯线线路路总总长长度度较较短短，连连网网成成本本低低，易易于于扩扩展展，但但结结构构较较星形复杂；星形复杂；网网络络中中除除叶叶结结点点外外，任任一一结结点点或或连连线线的的故故障障均均影影响响其其所所在在支路网络的正常工作。支路网络的正常工作。网络的传输介质网络的传输介质：就是网络中连接收发双方的物理通路，也是通：就是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有电话
11、线，同信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有电话线，同轴电缆，双绞线，光导纤维电缆，无线与卫星通信。对于传输介轴电缆，双绞线，光导纤维电缆，无线与卫星通信。对于传输介质，包括以下特性：物理特性，传输特性，连通特性，地理范围，质，包括以下特性：物理特性，传输特性，连通特性，地理范围，抗干扰性和相对价格。抗干扰性和相对价格。介介质质访访问问控控制制：各各结结点点通通过过公公共共通通道道传传输输信信息息，因因此此存存在在如如何何合合理理分分配配信信道道的的问问题题（既既充充分分利利用用信信道道的的空空间间和和时时间间，又又防防止止发发生生各各信信息息间间的的互互相相冲冲突突）。访访问问控控制
12、制方方式式的的功功能能就就是是合合理理解解决决信信道道的分配。的分配。微机局部网络常用的传输访问控制方式有三种，即微机局部网络常用的传输访问控制方式有三种，即 冲突检测的载波侦听多路访问冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA(CSMACD)CD)；令牌环令牌环(Token Ring)(Token Ring)；令牌总线令牌总线(Token Bus)(Token Bus)。三种方式都得到三种方式都得到IEEE802IEEE802委员会的认可，成为国际标准。委员会的认可，成为国际标准。2.2.介质访问控制技术介质访问控制技术冲突检测的载波侦听多路访问冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA(CSMACD)
13、CD)(1(1）又又称称为为随随机机访访问问技技术术或或争争用用技技术术适适用用于于总总线线形形和和树树形形网网络结构络结构 工工作作原原理理：当当某某一一结结点点要要发发送送信信息息时时，首首先先要要侦侦听听网网络络中中有有无无其其它它结结点点正正在在发发送送信信息息，若若没没有有则则立立即即发发送送；否否则则，等等待待一一段段时时间间，直至信道空闲，开始发送。直至信道空闲，开始发送。确定等待时间的方法：确定等待时间的方法：当当某某结结点点检检测测到到信信道道被被占占用用后后，继继续续检检测测，发发现现空空闲闲，立立即即发发送；送；当当某某点点检检测测到到信信道道被被占占用用后后就就延延迟迟
14、一一个个随随机机时时间间，然然后后再再检检测测。重复这一过程，直到信到空闲，开始发送。重复这一过程，直到信到空闲，开始发送。冲突的解决方法：冲突的解决方法：由由于于传传输输线线上上不不可可避避免免的的有有时时间间的的延延迟迟，有有可可能能多多个个站站同同时时监监听听到到线线上上空空闲闲并并开开始始发发送送，从从而而导导致致冲冲突突。因因此此，当当结结点点开开始始发发送送信信息息时时，该该结结点点继继续续对对网网络络检检测测一一段段时时间间，且且把把收收到到的的信信息息和和自自己己发发送送的的信信息息进进行行比比较较，若若相相同同，则则发发送送正正常常进进行行；若若不不同同，说说明明由由其其它它
15、结结点点发发送送信信息息，引引起起混混乱乱，应应立立即即停停止止，等等待待一一个个随随机机时间，在重复上述过程。时间，在重复上述过程。结论：结论：CSMACSMACDCD方式原理较简单，且技术上较易实现。网络中各方式原理较简单，且技术上较易实现。网络中各结点处于同等地位，无需集中控制，但不能提供优先级控制，结点处于同等地位，无需集中控制，但不能提供优先级控制，所有结点都有平等竞争的能力，在网络负载不重情况下，有较所有结点都有平等竞争的能力，在网络负载不重情况下，有较高的效率，但当网络负载增大时，发送信息的等待时间加长，高的效率，但当网络负载增大时，发送信息的等待时间加长，效率显著降低。效率显著
16、降低。由于由于CSMACSMA的访问存在发报冲突问题，而产生冲突的原因是的访问存在发报冲突问题，而产生冲突的原因是由于各站点发报是随机的。为了解决这种由于由于各站点发报是随机的。为了解决这种由于“随机随机”而产生而产生的冲突问题，可采用有控制的发报方式。下面，介绍一种有控的冲突问题，可采用有控制的发报方式。下面，介绍一种有控制的发报方式制的发报方式令牌发送技术。令牌发送技术。令令牌牌环环：全全称称为为令令牌牌通通行行环环(Token(Token Passing Passing Ring)Ring)，适适用用于于环环形网络结构。形网络结构。令牌是控制标志，网中只设一张令牌，并依次沿各结点传送。令
17、牌是控制标志，网中只设一张令牌，并依次沿各结点传送。令牌的两个状态令牌的两个状态 “空空”状状态态：表表示示令令牌牌没没有有被被占占用用，当当其其传传至至正正待待发发送送信信息息的的结点时，该结点立即发送，并置令牌为结点时，该结点立即发送，并置令牌为“忙忙”状态。状态。“忙忙”状状态态：表表示示令令牌牌被被占占用用，即即令令牌牌正正在在携携带带信信息息发发送送，当当所发信息环绕一周，由发送结点将所发信息环绕一周，由发送结点将“忙忙”令牌置为令牌置为“空空”令牌。令牌。工工作作过过程程：令令牌牌依依次次沿沿每每个个结结点点传传送送，使使每每个个结结点点都都有有平平等等发发送送信信息息的的机机会会
18、。当当一一个个结结点点占占令令牌牌期期间间其其它它结结点点只只能能处处于于接接收收状状态态。当当所所发发信信息息绕绕环环一一周周，并并由由发发送送结结点点清清除除，“忙忙”令令牌牌又又被被置置为为“空空”状状态态，绕绕环环传传送送令令牌牌。当当下下一一结结点点要要发发送送信信息息时时，则则下下一一结结点点便得到这一令牌，并可发送信息。便得到这一令牌，并可发送信息。令令牌牌环环的的特特点点：能能提提供供可可调调整整的的访访问问控控制制方方法法；能能提提供供优优先先权权服服务务；有有较较强强的的实实时时性性；需需对对令令牌牌进进行行维维护护，令令牌牌丢丢失失降降低低环环路路利利用率；控制电路复杂。
19、用率；控制电路复杂。（2 2）令牌环）令牌环(Token Ring)(Token Ring)（3 3）令牌总线）令牌总线(Token Bus)(Token Bus)将令牌访问原理应用于总线网，构成令牌总线方式。将令牌访问原理应用于总线网，构成令牌总线方式。原理：原理：这种方式和这种方式和CSMA/CDCSMA/CD方式一样，采用总线网络拓扑，但方式一样，采用总线网络拓扑，但不同的是在网上个工作站按一定的顺序形成一个逻辑环。每个工不同的是在网上个工作站按一定的顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定的逻辑位置，末站的后站就是首战，即作站在环中均有一个指定的逻辑位置，末站的后站就是首战，即
20、首尾相连。每站都有先行站和后继站的地址，总线上各站的物理首尾相连。每站都有先行站和后继站的地址，总线上各站的物理地址和逻辑位置无关。地址和逻辑位置无关。工作过程：工作过程：当各站都没有帧发送时，令牌的形式为当各站都没有帧发送时，令牌的形式为0111111101111111，成为空标记。当一个站要发送帧时，需要等待空标记通过，然，成为空标记。当一个站要发送帧时，需要等待空标记通过，然后将它改为忙标志，即后将它改为忙标志，即0111111001111110。紧跟着忙标记，该站把数据帧。紧跟着忙标记，该站把数据帧发送到环上。由于标记是忙状态，所以其他站不能发送帧，必须发送到环上。由于标记是忙状态，所
21、以其他站不能发送帧，必须等待。接收帧的过程是这样的，当帧通过站时，该站将帧的目的等待。接收帧的过程是这样的，当帧通过站时，该站将帧的目的地址和本站的地址相比较，如地址不符合，则不接收数据，同时地址和本站的地址相比较，如地址不符合，则不接收数据，同时将帧送入环上。如果符合，则将帧放入接收缓冲器，在输入到站将帧送入环上。如果符合，则将帧放入接收缓冲器，在输入到站内，同时将帧送回到环上。发送的帧在环上循环一周后再回到发内，同时将帧送回到环上。发送的帧在环上循环一周后再回到发送站，将该帧从环上移去，同时将标记改为空闲标记。送站，将该帧从环上移去，同时将标记改为空闲标记。不不同同于于令令牌牌环环的的是是
22、，在在令令牌牌总总线线中中，信信息息可可以以双双向向传传送送、任任何何结结点点都都能能“听听到到”其其它它结结点点发发出出的的信信息息。为为此此，结结点点发发送送的的信信息息中中要要有有指指出出下下一一个个要要控控制制的的结结点点的的地地址址。由由于于只只有有获获得得令令牌牌的的结结点点才才可可发发送送信信息息(此此时时其其它它结结点点只只收收不不发发)，因因此此该该方方式式不不要要检检测冲突就可以避免冲突。测冲突就可以避免冲突。特点：特点：1.1.网网络络必必须须要要有有初初始始化化功功能能，即即能能够够产产生生一一个个顺顺序序访访问问的的次次序序。这这就就是是一一个个争争用用的的过过程程，
23、争争用用的的结结果果是是只只有有一一个个站站能能够够获获得得标记，并产生次序。标记，并产生次序。2.2.当当网网络络中中的的标标志志丢丢失失或或者者产产生生多多个个标标记记时时，必必须须有有故故障障恢恢复功能。复功能。3.3.必须有消除不活动结点或者添加新的结点的功能。必须有消除不活动结点或者添加新的结点的功能。4.4.吞吐能力大，吞吐量随数据传输速率的提高而增加；吞吐能力大，吞吐量随数据传输速率的提高而增加；5.5.控制功能不随电缆长度的增加而减弱；控制功能不随电缆长度的增加而减弱；6.6.不需冲突检测。不需冲突检测。3.3.信息交换技术信息交换技术 为了提高计算机通信网的通信设备和线路的利
24、用率，有必为了提高计算机通信网的通信设备和线路的利用率，有必要研究通信网络上信息交换技术。即如何控制信息传输，才能要研究通信网络上信息交换技术。即如何控制信息传输，才能提高通信效率。提高通信效率。在计算机网络中，通信的基本交换方式分为两类：在计算机网络中，通信的基本交换方式分为两类：线路交线路交换和存储转发交换换和存储转发交换。存储转发交换中，包括存储转发交换中，包括报文存储转发交换报文存储转发交换和和报文分组存储报文分组存储转发交换转发交换。报文分组交换技术报文分组交换技术在实际应用中又分为两类：在实际应用中又分为两类：数据报数据报（DG,dataDG,data gram gram）方式）方
25、式和和虚电路（虚电路（VC,virtualVC,virtual circuit circuit）方式。）方式。（1 1）线路交换）线路交换 （2 2）存储转发交换）存储转发交换交交换换原原理理：通通过过网网络络中中的的结结点点在在两两个个站站之之间间建建立立一一条条专专用用的的物物理理线路进行数据传送，传送结束再线路进行数据传送，传送结束再“拆除拆除”线路。线路。交换过程交换过程例如右图中例如右图中S1S1要把报文要把报文M1M1传送给站传送给站S3S3，可以，可以有多条路径，比如路径有多条路径，比如路径N1N2N3N1N2N3或或N1N1N7N3N7N3等。首先站等。首先站S1S1向结点向结
26、点N1N1申请与站申请与站S3S3通信，按照路径算法通信，按照路径算法(如路径短，等待时间短如路径短，等待时间短等等)，结点，结点N1N1选择选择N7N7为下一个结点，结点为下一个结点，结点N7N7再选再选N3N3为下一个结点，这样站为下一个结点，这样站S1S1经结点经结点N1N1N7N3N7N3与与站站S3S3建建立立了了一一条条专专用用的的物物理理线线路路。然然后后站站S1S1向向S3S3传传送送报报文文，报报文文传传送送周周期期结结束束，立立即即“拆拆除除”专专用用线线路路N1N7N3N1N7N3，并并释释放放占占用用资资源源。线线路路交交换换方方式式的的通通信信分分三三步步：建建立立线
27、线路路，传传送送数数据据，拆拆除除线线路路。由由于于建建立立了了一一条条专专用用线线路路，所所以以报报文文传传送送的的实实时时性性好好，各各结结点点延延时时小小。但但是是，一一旦旦两两站站连连接接起起来来，即即使使没没有有数数据据传传送送，别别的的站站也也不不能能用用线线路路上上的的结结点点，因而线路的利用率低。为了提高利用率，可采用报文交换。因而线路的利用率低。为了提高利用率，可采用报文交换。（1 1）线路交换）线路交换(2)(2)报文交换报文交换 仍然以上图中站仍然以上图中站S1S1要发报文要发报文M1M1给站给站S3S3为例。首先站为例。首先站S1S1把目的把目的S3S3的名字附加在报文
28、上，再把报文交给结点的名字附加在报文上，再把报文交给结点N1N1。结点。结点N1N1存储这个报文，并且决定下一个结点为存储这个报文，并且决定下一个结点为N7N7，但是要在结点，但是要在结点N1N7N1N7的线路上传输这个报文，还要进行排队等待。当这段的线路上传输这个报文，还要进行排队等待。当这段线路可用时，就把报文发送到结点线路可用时，就把报文发送到结点N7N7。结点。结点N7N7继续仿照上述继续仿照上述过程，把报文发送到结点过程，把报文发送到结点N3N3，最后到达站，最后到达站S3S3。报文交换的优点是线路的利用率高，这是因为许多报文报文交换的优点是线路的利用率高，这是因为许多报文可以分时共
29、享一条结点到结点的线路。并且能把一个报文发可以分时共享一条结点到结点的线路。并且能把一个报文发送到多个目的站，只需把这些目的站名附加在报文上。由于送到多个目的站，只需把这些目的站名附加在报文上。由于报文要在结点排队等待，延长了报文到达目的站的时间。报文要在结点排队等待，延长了报文到达目的站的时间。(3)(3)分组交换分组交换 分组交换分组交换(Packet Switching)(Packet Switching)综合了线路交换和报文交换综合了线路交换和报文交换的优点。的优点。首先将前面所说的报文分成若干个报文段，并在每个报文首先将前面所说的报文分成若干个报文段，并在每个报文段上附加传送时所必需
30、的控制信息，如下图所示。这些报文段段上附加传送时所必需的控制信息，如下图所示。这些报文段经不同的路径分别传送到目的站后，再拼装成一个完整的报文。经不同的路径分别传送到目的站后，再拼装成一个完整的报文。对于这些报文段，称为报文分组，它是分组交换中的基本单位。对于这些报文段，称为报文分组，它是分组交换中的基本单位。分组交换与报文交换的形式差别在于不是以报文为单位，分组交换与报文交换的形式差别在于不是以报文为单位，而是以报文分组为单位进行传送。问题是网络如何管理这些而是以报文分组为单位进行传送。问题是网络如何管理这些报文分组流，一般有两种方法：数据报方法，虚电路方法。报文分组流，一般有两种方法：数据
31、报方法，虚电路方法。数据报数据报(Datagram)(Datagram)方法方法 虚电路虚电路(Virtual Circuit)(Virtual Circuit)方法方法 虚电路方法适用于两个站希望在一段连续的时间内交换虚电路方法适用于两个站希望在一段连续的时间内交换数据，而数据报方法适用于发送一个或几个报文分组数据，而数据报方法适用于发送一个或几个报文分组(如状如状态信息、控制信息态信息、控制信息)等。一般地说，分组交换网最好是这两等。一般地说，分组交换网最好是这两种方法都有，这样可进一步提高通信效率。种方法都有，这样可进一步提高通信效率。4.4.差错控制技术差错控制技术 差差错错控控制制技
32、技术术包包括括检检验验错错误误和和纠纠正正错错误误，下下面面介介绍绍两两种种检检验验方方法法(奇奇偶偶校校验验和和循循环环冗冗余余校校验验)和和三三种种纠纠错错方方式式(重重发发纠错、自动纠错和混合纠错纠错、自动纠错和混合纠错)。(1)(1)奇奇偶偶校校验验(Parity(Parity Check)Check)是是一一个个字字符符校校验验一一次次，在在每每个个字字符符的的最最高高位位之之后后附附加加一一个个奇奇偶偶校校验验位位。通通常常用用一一个个字字节节(b0(b0b7)b7)来来表表示示，其其中中，b0b0b6b6为为字字符符码码位位，而而最最高高位位b7b7为为校校验验位位。这这个个校校
33、验验位位可可为为1 1或或0 0，以以便便保保证证整整个个字字节节(b0(b0b7)b7)为为1 1的位数是奇数的位数是奇数(称奇校验称奇校验)或偶数或偶数(称偶校验称偶校验)。奇奇偶偶校校验验通通常常用用于于每每帧帧只只传传送送一一个个字字节节数数据据的的异异步步通通信信方式方式 。（2 2）循环冗余校验）循环冗余校验CRCCRC校验校验 校验原理：校验原理：发发送送端端首首先先发发送送信信息息位位，与与此此同同时时，CRCCRC校校验验位位生生成成器器用用信信息息位位除除以以多多项项式式G(xG(x)，信信息息违违发发完完后后，CRCCRC校校验验位位就就生生成成，并并紧接其后发送校验位。
34、紧接其后发送校验位。接接收收端端在在接接收收信信息息位位同同时时，校校验验器器用用接接收收的的信信息息位位除除以以同同一一个个生生成成多多项项式式，当当信信息息位位接接收收完完后后，对对接接收收的的CRCCRC校校验验位位也也进进行行计计算算，当当两两个个字字节节的的校校验验位位接接收收完完，如如果果除除法法的的余余数数为为0 0，则认为传输正确；否则，传输错误。则认为传输正确；否则，传输错误。适用范围：每帧由多个字节组成的同步方式。适用范围：每帧由多个字节组成的同步方式。（3 3）纠错方式）纠错方式重发纠错方式：重发纠错方式：发发送送端端发发送送能能够够检检错错的的信信息息码码（如如奇奇偶偶
35、校校验验码码），接接收收端端根根据据该该码码的的编编码码规规则则，判判断断有有无无错错误误，并并把把错错误误结结果果反反馈馈给给发发送送端端。如果发送错，则再次发送，直到接收端认为正确为止。如果发送错，则再次发送，直到接收端认为正确为止。自动纠错方式：自动纠错方式：发发送送端端发发送送能能够够纠纠错错的的信信息息码码，而而不不仅仅仅仅时时检检错错的的信信息息码码。接接收收端端收收到到该该码码后后，通通过过译译码码不不仅仅能能自自动动发发现现错错误误，而而且且能能自自动动地纠错。地纠错。传输效率低，译码设备复杂。传输效率低，译码设备复杂。混合纠错方式：混合纠错方式：上上述述两两种种混混合合。发发
36、送送端端发发送送的的信信息息码码不不仅仅能能发发现现错错误误，而而且且还还由由一一定定的的纠纠错错能能力力。接接收收端端收收到到该该码码后后，如如果果错错误误位位数数在在纠纠错错能力以内，则自动纠错，如果错误过多，则要求重发。能力以内，则自动纠错，如果错误过多，则要求重发。8.1.2 8.1.2 数据通信编码技术数据通信编码技术 通信方式：并行通信、串行通信通信方式：并行通信、串行通信 并行通信传送的速度高，但传送的距离很短，通常小于并行通信传送的速度高，但传送的距离很短，通常小于10m10m；串行通信传送的速度低，但传送的距离很长，通常可达串行通信传送的速度低，但传送的距离很长，通常可达几十
37、至几千米，甚至更远几十至几千米，甚至更远 。串行通信可分为异步和同步传送两种。串行通信可分为异步和同步传送两种。8.1.3 网络协议及其层次结构 在计算机网络中各终端用户之间，用户与资源之间或资源在计算机网络中各终端用户之间，用户与资源之间或资源与资源之间的对话与合作必须按照预先规定的协议进行；与资源之间的对话与合作必须按照预先规定的协议进行；分层设计方法与接口；分层设计方法与接口；为了实现计算机系统之间的互连，为了实现计算机系统之间的互连，为了实现计算机系统之间的互连，为了实现计算机系统之间的互连，1977197719771977年国际标准化组织年国际标准化组织年国际标准化组织年国际标准化组
38、织(ISO)(ISO)(ISO)(ISO)提出了提出了提出了提出了开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI(OpenOSI(OpenOSI(OpenOSI(Open System InterconnectionSystem InterconnectionSystem InterconnectionSystem InterconnectionReference Model)Reference Model)Reference Model)Reference Model)。这个网络层次结构模型规定了七个功能层，每这个网络层次结构模型规定了七个功能层，每这
39、个网络层次结构模型规定了七个功能层，每这个网络层次结构模型规定了七个功能层，每层都使用自己的协议。层都使用自己的协议。层都使用自己的协议。层都使用自己的协议。“开放开放开放开放”这个词是指一个系统若符合这些这个词是指一个系统若符合这些这个词是指一个系统若符合这些这个词是指一个系统若符合这些国际标准的话，它将对世界上遵守同样标准的国际标准的话，它将对世界上遵守同样标准的国际标准的话，它将对世界上遵守同样标准的国际标准的话，它将对世界上遵守同样标准的所有系统开放。所有系统开放。所有系统开放。所有系统开放。OSIOSIOSIOSI层次结构如图所示。层次结构如图所示。层次结构如图所示。层次结构如图所示
40、。1.1.物理层物理层 物物理理层层并并不不是是物物理理媒媒体体本本身身，它它只只是是对对通通讯讯双双方方的的机机械械、电电气、连接规程进行规定。气、连接规程进行规定。功功能能：在在信信道道上上传传输输未未经经处处理理的的信信息息。连连接接两两个个物物理理设设备备，为为链链路路层层提提供供透透明明位位流流传传输输所所必必须须遵遵循循的的规规则则，有有时时也也被被称称为为物物理理接接口口。物物理理层层的的协协议议主主要要提提供供在在DTE(DTE(数数据据终终端端设设备备)和和DCE(DCE(数数据通信设备据通信设备)之间的接口。之间的接口。协协议议：RS-232CRS-232C、RS-422A
41、RS-422A、RS-423ARS-423A、RS-485RS-485等等均均为为物物理理层协议。层协议。2.2.数据链路层数据链路层 功功能能：将将有有差差错错的的物物理理链链路路改改造造成成对对于于网网络络层层来来说说是是无无差差错错的传输链路。的传输链路。具具体体内内容容：将将数数据据组组成成数数据据帧帧，并并在在接接收收端端检检验验传传输输的的正正确确性。性。协协议议：同同步步数数据据链链路路控控制制(SDLC)(SDLC)、高高级级数数据据链链路路控控制制(HDLC)(HDLC)以及异步串行数据链协议都属于此范围。以及异步串行数据链协议都属于此范围。3.3.网络层网络层 网络层是网络
42、层是OSIOSI七层协议模型中的第三层，它是主机与通信网七层协议模型中的第三层，它是主机与通信网络的接口。网络层也称分组层，它的任务是使网络中传输分组。络的接口。网络层也称分组层，它的任务是使网络中传输分组。它以链路层提供的无差错传输为基础，向高层（传输层）提供两它以链路层提供的无差错传输为基础，向高层（传输层）提供两个主机之间的数据传输服务。网络层规定了分组个主机之间的数据传输服务。网络层规定了分组(第三层的信息第三层的信息单位单位)在网络中是如何传输的。在网络中是如何传输的。具体内容：网络层控制网络上信息的切换和路由选择。因此，具体内容：网络层控制网络上信息的切换和路由选择。因此，本层要为
43、数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。本层要为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。功能：控制信息交换、路由选择与中继、网络流量控制、网功能：控制信息交换、路由选择与中继、网络流量控制、网络的连接与管理等。络的连接与管理等。协议：协议：X.25X.25协议、协议、IPIP协议。协议。4.4.传送（传输）层传送（传输）层 传传送送层层是是一一真真正正的的源源目目的的或或端端端端层层。即即在在源源计计算算机机上上的程序与目的机上的类似程序使报头和控制报文进行对话。的程序与目的机上的类似程序使报头和控制报文进行对话。功功能能：从从会会话话层层接接收收数数据据，把把它它们们传传到到网网络络层层并并保保
44、证证这这些些数据全部正确地到达另一端。数据全部正确地到达另一端。具具体体内内容容：在在源源主主机机与与目目的的主主机机进进程程之之间间提提供供可可靠靠的的端端端通信，确保能够控制端到端的数据完整性。端通信，确保能够控制端到端的数据完整性。协议：协议：TCPTCP协议协议5.5.会话层会话层 用用户户(即即两两个个表表示示层层进进程程)之之间间的的连连接接称称为为会会话话。为为了了建建立立会会话话，用用户户必必须须提提供供希希望望连连接接的的远远程程地地址址(会会话话地地址址)，会会话话双双方方首首先先需需要要彼彼此此确确认认，以以证证明明它它有有权权从从事事会会话话和和接接收收数数据据，然然后
45、后两两端端必必须须同同意意在在该该会会话话中中的的各各种种选选择择项项(例例如如半半双双工工或或全全双双工工)的确定，在这以后开始数据传输。的确定，在这以后开始数据传输。功能：控制建立或结束一个通信会话的进程。功能：控制建立或结束一个通信会话的进程。具具体体内内容容：检检查查并并决决定定一一个个正正常常的的通通信信是是否否正正在在发发生生。如如果果没没有有发发生生，这这一一层层在在不不丢丢失失数数据据的的情情况况下下恢恢复复会会话话，或或根根据据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话。6.6.表示层表示层 要解决的问题：如何描述数据结构并使之与机器无
46、关。要解决的问题：如何描述数据结构并使之与机器无关。功功能能：通通过过一一些些编编码码规规则则定定义义在在通通信信中中传传送送这这些些信信息息所所需需要的传送语法，实现不同信息格式和编码之间的转换。要的传送语法，实现不同信息格式和编码之间的转换。表表示示层层提提供供两两类类服服务务：相相互互通通信信的的应应用用进进程程间间交交换换信信息息的的表表示示方法与表示连接服务。方法与表示连接服务。具具体体内内容容：常常用用的的转转换换有有正正文文压压缩缩、提提供供加加密密、解解密密；文文件格式的转换；输入输出格式的转换。件格式的转换；输入输出格式的转换。7.7.应用层应用层 应用层是应用层是OSIOS
47、I模型的最高层，实现的功能分两大部份，即用模型的最高层，实现的功能分两大部份，即用户应用进程和系统应用管理进程。系统应用管理进程管理系统户应用进程和系统应用管理进程。系统应用管理进程管理系统资源，如优化分配系统资源和控制资源的使用等。由管理进程资源，如优化分配系统资源和控制资源的使用等。由管理进程向系统各层发出下列要求：请求诊断，提交运行报告，收集统向系统各层发出下列要求：请求诊断，提交运行报告，收集统计资料和修改控制等。计资料和修改控制等。功能：规定在不同应用情况下所允许的报文集合和对每个功能：规定在不同应用情况下所允许的报文集合和对每个报文所采取的动作。报文所采取的动作。具体内容：这一层负
48、责与其它高级功能的通信，如分布式具体内容：这一层负责与其它高级功能的通信，如分布式数据库和文件传输。这一层解决了数据传输完整性的问题或与数据库和文件传输。这一层解决了数据传输完整性的问题或与发送接收设备的速度不匹配的问题。发送接收设备的速度不匹配的问题。8.1.4 IEEE 8028.1.4 IEEE 802标准标准 IEEE 802IEEE 802课题组成立于课题组成立于19801980年年2 2月月(IEEE Standards Project(IEEE Standards Project 802)802)，于，于19811981年底提出了年底提出了IEEE 802IEEE 802局域网标
49、准，重要的是对数据局域网标准，重要的是对数据链路层又划分出两个子层。链路层又划分出两个子层。IEEE 802IEEE 802标准将数据链路层分为标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLCLLC和和介质访问介质访问(存取存取)控制子层控制子层MACMAC。IEEE 802IEEE 802为局部网络制定的标准，为局部网络制定的标准，包括以下内容：包括以下内容：IEEE 802.1IEEE 802.1：系统结构和网络互连；：系统结构和网络互连；IEEE 802.2IEEE 802.2：逻辑链路控制；：逻辑链路控制；IEEE 802.3IEEE 802.3：CSMACSMACDCD总线
50、访问方法总线访问方法 和物理层技术规范；和物理层技术规范；IEEE 802.4IEEE 802.4：Token Passing BusToken Passing Bus访问方法和物理层技术规范；访问方法和物理层技术规范；IEEE 802.5IEEE 802.5：Token Passing RingToken Passing Ring访问方法和物理层技术规范；访问方法和物理层技术规范；IEEE 802.6IEEE 802.6：城市网络访问方法和物理层技术规范；：城市网络访问方法和物理层技术规范；IEEE 802.7IEEE 802.7：为宽带网络标准；：为宽带网络标准；IEEE 802.8IEE