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1、第03章控制网络基础本讲稿第一页，共四十六页第一次习题总结2.发送数据1101011011。采用CRC算法，除数选择10011，(1)计算发送序列？(2)如果第3位1变为0能否检测出来？计算余数 发送数据验证 验证错误数据本讲稿第二页，共四十六页第一次习题总结3.发送数据1101011011。采用海明编码算法，(1)计算发送序列？(2)如果第7位发生传输错误能否检测出来？（1）确定K=4 24=1610+4+1 110101p4101p31p2p1 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S4=M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8（i=1000Max）P
2、4=D9D8 D7D6 D5 D4=11 10 1 0=0S3=M14 M13 M12 M7 M6 M5 M4（i=0100Max）P3=D9D8 D7D3 D2 D1=11 10 0 0=1本讲稿第三页，共四十六页第一次习题总结 S2=M14 M11 M10 M7 M6 M3 M2（i=0010Max）P2=D9 D6D5 D3 D2 D0=1 10 0 0 1=1S1=M13 M11 M9 M7 M5 M3 M1（i=0001Max）P1=D8 D6D4 D3 D0=1 10 0 1=1发出数据为：D9,D8,D7,D6,D5,D4,P4,D3,D2,D1,P3,D0,P2,P1（1101
3、0110(1)011111）n接收验证S4=M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8=1 1 10 1 0 0=0S3=M14 M13 M12 M7 M6 M5 M4=1 1 10 1 0 1=1 S2=M14 M11 M10 M7 M6 M3 M2=1 10 1 0 11=1S1=M13 M11 M9 M7 M5 M3 M1=1 11 0 1 1=1本讲稿第四页，共四十六页第一次习题总结4.发送数据1101，0110，1101，1001。将发送数据分为4组，经过垂直水平奇偶校验后，求其发送序列？1101 10110 01101 11001 01111 0序列为：序列为：11011
4、01100 11011 10010 11110本讲稿第五页，共四十六页第三章 控制网络基础本讲稿第六页，共四十六页3.1 控制网络与计算机网络n1.定义n计算机网络：具有独立功能的多台计算机通过通信线路和网络互联设备连接在一起，在网络软件的支持下所形成的实现资源共享和协同工作的系统。n控制网络：由现场总线把具备数字计算、处理与通信能力的自控设备连接成彼此能够交换信息，协同完成测量控制任务的网络化控制系统。本讲稿第七页，共四十六页3.1 控制网络与计算机网络n2.作用范围n计算机网络作用范围分为：广域网（Wide area networks,WAN 大于几十KM）、局域网（Local area
5、networks,LAN小于10KM）、城域网（Metropolitan area networks,MAN，介于WAN和LAN之间）。；n控制网络：工作在生产现场，一般在局域范围内（小于几KM）。本讲稿第八页，共四十六页3.1 控制网络与计算机网络n3.节点类型n计算机网络节点为PC机或其它类型的计算机。n控制网络节点为具有通信能力功能较为单一的设备。包括（各类开关、光电传感器、各种变送器、PID控制器、数据采集器、调节阀、伺服马达、机器人、现场工控计算机等等）本讲稿第九页，共四十六页3.1 控制网络与计算机网络n4.任务与工作环境n计算机网络主要任务是大量数据传输。工作环境多为办公环境。n
6、控制网络将传感器、执行器、测控仪表通过现场总线连接成开放式的，节点间可相互通信的，完成测量控制任务的网络。工作环境多为具有强电磁干扰的、振动的、温差范围大的各种工业环境。本讲稿第十页，共四十六页3.1 控制网络与计算机网络n5.实时性要求n计算机网络主要传输文件和数据，对时间上一般没有苛刻要求。n控制网络必须满足对控制的实时性要求，这是不同于普通计算机网络的最大特点。实时系统不仅要求测量控制作用满足要求，而且要求系统动作在顺序逻辑上的正确性。否则会对生产过程造成破坏，甚至酿成灾难。本讲稿第十一页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n（1983年）只要遵循 ISO(Internationa
7、l Organization for Standardization)的OSI（Open Systems interconnection）标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。本讲稿第十二页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型OSI 的体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321路由器网络 2网络 1网际层网络接口层本讲稿第十三页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n1.物理层（第1层）n提供用于建立、保持和断开物理连接的机械、电气、功能和规程条件。n提
8、供有关信号同步和数据流在物理媒体上的传输手段。本讲稿第十四页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n2.数据链路层（第2层）n用于数据链路的建立、维持和拆除，实现无差错传输。n在点到点或一点到多点的链路上保证报文的可靠传输。n实现访问仲裁、数据成帧、流量控制、寻址、差错控制等功能。本讲稿第十五页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n3.网络层（第3层）n规定网络连接的建立、维持和拆除的协议。n实现分组转发和路由选择。n在数据包的头部加入源地址和目的地址，实现逻辑寻址。本讲稿第十六页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n4.运输层（第4层）n完成收发端之间的数据控制，在源到目的节
9、点提供端到端的可靠服务，保证整个信息无差错、按顺序到达目的节点。n传输层在数据报文头部加入与应用程序接口的端口地址，来将传输报文与目的节点上指定的程序入口联系起来。本讲稿第十七页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n5.会话层（第5层）n建立、验证会话双方的连接，维护通信双方的交互操作，控制数据交换。n将一次会话分解为多个子会话过程，确定子会话的传输顺序，并引入检查点在接收端进行确认。n出现通信意外时，确定会话恢复后如何传输数据。本讲稿第十八页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n6.表示层（第6层）n实现程序进程间的数据格式转换。n负责对数据进行加密和解密。n实现数据的压缩和解压
10、缩。本讲稿第十九页，共四十六页3.2 网络互联通信的参考模型n7.应用层（第7层）n实现各种应用进程之间的信息交换。n为用户提供网络接口。n提供如文件传输访问和管理、邮件服务、DNS服务等等。本讲稿第二十页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU（协议数据单元）应用程序报文数据应用程序报文数据H5本讲稿第二十一页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层，分成两部分加上运输层首部，成为运输
11、层报文报文数据报文数据H5H4报文数据报文数据H4本讲稿第二十二页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）数据报数据数据报数据H5H4H3数据报数据数据报数据H4H3本讲稿第二十三页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧帧数据帧数据H5H4H3T2H2帧数据帧数据H4H3T2H2本讲稿第二十四页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据
12、 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体010010011011110011。00111本讲稿第二十五页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层帧数据帧数据H5H4H3T2H2帧数据帧数据H4H3T2H2本讲稿第二十六页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层数据报数据数据报数据H5H4H3数据报数据数据报数据H
13、4H3本讲稿第二十七页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层数据报数据数据报数据H5H4数据报数据数据报数据H4本讲稿第二十八页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分，合成，上交给应用层应用程序报文数据应用程序报文数据H5本讲稿第二十九页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程应用程序数据应用程序数据
14、本讲稿第三十页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！本讲稿第三十一页，共四十六页计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部本讲稿第三十二页，共四十六
15、页3.3 几种典型控制网络的通信模型n现场总线采用的通信模型大都在OSI模型的基础上进行了不同程度的简化。本讲稿第三十三页，共四十六页控制网络的用户层n用户层：根据行业的应用需要施加某些特殊规定后形成的标准，在较大范围内取得了用户与制造商的认可。n用户层规定了标准的功能模块、对象字典和设备描述，供用户组成所需要的应用程序。n用户层实现网络管理功能，设置了网络管理代理和网络管理信息库，提供组态管理、性能管理和差错管理等功能。n用户层实现系统管理功能，设置系统管理内核协议和系统管理信息库，实现设备管理、功能管理、时钟管理和安全管理等功能。本讲稿第三十四页，共四十六页3.4 网络互联设备本讲稿第三十
16、五页，共四十六页3.4.1 中继器n1.工作原理n工作于网络的物理层，用于互联两个相同类型的网段（如：两个以太网段），它在物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减，即中继器接收从一个网段传来的所有信号，进行放大后发送到下一个网段。n使用中继器时应注意两点：n不能形成环路；n不能无限制的连接中继器。本讲稿第三十六页，共四十六页3.4.1 中继器n2.特性n（1）中继器仅作用于物理层。n（2）只具有抑制噪声、放大信号的功能。n（3）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。n（4）中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大的物理网络。n（5）由于
17、中继器在物理层实现互联，所以它对物理层以上各层协议完全透明，也就是说，中继器支持数据链路及其以上各层的所有协议。本讲稿第三十七页，共四十六页3.4.2 网桥n1.工作原理n网桥属于作用在物理层和数据链路层的存储转发设备。是用于连接两个或两个以上具有相同网段、通信协议、寻址结构的局域网间的互联设备，能实现不同传输速率和介质的网段间的互联，互联后成为一个更大的逻辑网络。本讲稿第三十八页，共四十六页3.4.2 网桥网段 B网段 A网桥站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存111222站地址端口网桥本讲稿第三十九页，共四十六页3.4.2 网桥n2.网桥的功能n帧转发和过滤功能。当一个网络
18、由于负载很重而性能下降的时候，网桥的帧过滤特性可以最大限度地缓解网络通信的繁忙程度，提高通信效率。n源地址跟踪。网桥接到一个帧以后，将帧中的源地址记录到它的转发表中。转发表包括了网桥所能见到的所有连接站点的地址。n透明性。网桥工作于MAC子层，对于它以上的协议都是透明的。n存储转发功能。网桥的存储转发功能用来解决穿越网桥的信息量临时超载的问题。n管理监控功能。网桥可以对扩展网络的状态进行监控，以便更好地调整互联网络的逻辑结构。本讲稿第四十页，共四十六页3.4.2 网桥n3.网桥的类型 网桥设备至少应该连接两个相同类型的网段，多点网桥可以连接多个相同类型的网段。n（1）简单网桥：手工维护相邻网段
19、节点的地址列表。n（2）学习网桥：系统自行维护相邻网段节点的地址列表。本讲稿第四十一页，共四十六页3.4.3路由器n1.工作原理n路由器工作在网络层，用以实现多个网络间的数据传递，利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。本讲稿第四十二页，共四十六页3.4.3路由器n2.路由器的功能n路由选择。路由器中有一个路由表，当连接的一个网络上的数据分组到达路由器后，路由器根据数据分组中的目的地址，参照路由表，以最佳路径把分组转发出去。n实现网络层的一些功能。因为不同网络的分组大小可能不同，路由器要对数据包进行分段
20、、组装，调整分组大小，使之适合于下一个网络对分组的要求。n网络管理与安全。在路由器上可以进行信息流的监控和管理。它还可以进行地址过滤，阻止错误的数据进入，起到“防火墙”的作用。n多协议路由选择。路由器是与协议有关的设备，不同的路由器支持不同的网络层协议。本讲稿第四十三页，共四十六页3.4.4 网关n1.工作原理：n网关用于不同类型且差别较大的网络间的互联。主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。在互联设备中，它最为复杂，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。本讲稿第四十四页，共四十六页3.4.4 网关n2.网关的主要变换项目 在现场总线网络应用中主要将现场总线协议与上层网络协议数据间相互转化。n格式变换：格式变换是将信息的最大长度、文字代码、数据的表现形式等变换成适用于对方网络的格式。n地址变换：由于每个网络的地址构造不同，因而需要变换成对方网络所需要的地址格式。n协议变换：把各层使用的控制信息变换成对方网络所需的控制信息，由此可以进行信息的分割/组合，数据流量控制、错误检测等。本讲稿第四十五页，共四十六页3.4.5 中继器、网桥、路由器和网关的比较本讲稿第四十六页，共四十六页