现场总线技术第3讲.ppt

《现场总线技术第3讲.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线技术第3讲.ppt（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、工业数据通信与控制网络工业数据通信与控制网络清华大学自动化系清华大学自动化系阳宪惠阳宪惠第第3 3讲讲 控制网络基础控制网络基础控制网络控制网络控制网络的节点控制网络的节点控制网络的任务与工作环境控制网络的任务与工作环境控制网络的实时性要求控制网络的实时性要求网络拓扑网络拓扑网络传输介质的访问控制方式网络传输介质的访问控制方式 网络互连网络互连网络互连的通信参考模型网络互连的通信参考模型 网络互连设备网络互连设备 控制网络控制网络控控制制网网络络属属于于特特殊殊类类型型的的计计算算机机网网络络，是是用用于于完完成成自自动动化化任任务务的的网网络络系系统统。从从控控制制网网络络节节点点的的设设备

2、备类类型型，传传输输信信息息的的种种类类、网网络络所所执执行行的的任任务务，网网络络所所处处的的工工作作环环境境等等方方面面，控控制制网网络络都都有有别别于于由由普普通通PCPC机机或或其其它它计计算算机机所构成的数据网络。所构成的数据网络。控控制制网网络络的的节节点点可可能能分分布布在在工工厂厂的的生生产产装装置置、装装配配流流水水线线、温温室室、粮粮库库、堤堤坝坝、交交通通管管制制系系统统、建建筑筑、消消防防、家家庭庭等等各各处处，涉涉及及生生产产、生活的各方面。生活的各方面。控制网络的节点控制网络的节点作为普通计算机网络节点的作为普通计算机网络节点的PCPC机或其它种类的机或其它种类的计

3、算机、工作站计算机、工作站及其外设及其外设等等具有通信能力的以下设备：具有通信能力的以下设备：限位开关、感应开关等各类开关限位开关、感应开关等各类开关条形码阅读器条形码阅读器光电传感器光电传感器温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLC，各种各种PIDPID数字控制器数字控制器各种数据采集装置各种数据采集装置各种调节阀各种调节阀马达控制设备马达控制设备变频器变频器机器人机器人 作为控制网络连接设备的中继器、网桥、网关、作为控制网络连接设备的中继器、网桥、网关、路由器等路由器等受制造成本和传统因素的影响，作为控

4、制网络受制造成本和传统因素的影响，作为控制网络节点的上述自控设备，其计算等能力方面一般节点的上述自控设备，其计算等能力方面一般比不上普通计算机比不上普通计算机 控制网络控制网络由具备通信能力的测量控制设备作为网络节点连接构成由具备通信能力的测量控制设备作为网络节点连接构成的能相互沟通信息，共同完成测控任务的网络系统的能相互沟通信息，共同完成测控任务的网络系统. .控制网络的任务 控控制制网网络络要要将将现现场场运运行行的的各各种种信信息息传传送送到到远远离离现现场场的的控控制制室室，在在把把生生产产现现场场设设备备的的运运行行参参数数、状状态态、以以及及故故障障与与报报警警信信息息等等送送往往

5、控控制制室室同同时时，又又将将各各种种控控制制、维维护护、组组态态命命令令，等送往位于现场的测量控制现场设备，等送往位于现场的测量控制现场设备，在现场级控制设备之间在现场级控制设备之间起着起着数据联系与信息沟通作用数据联系与信息沟通作用实现与实现与操作终端、操作终端、上层管理网络的数据连接上层管理网络的数据连接和信息共享和信息共享随随着着互互连连网网技技术术的的发发展展，已已经经开开始始对对现现场场设设备备提提出出参参数数的的网网络浏览和远程监控的要求络浏览和远程监控的要求。在在有有些些应应用用场场合合，需需要要借借助助网网络络传传输输介介质质为为现现场场设设备备提提供供工工作电源作电源。控制

6、网络的特点工作环境：控控制制网网络络要要面面临临工工业业生生产产的的强强电电磁磁干干扰扰，各各种种机机械械振振动动、噪噪声声、粉粉尘尘，严严寒寒酷酷暑暑的的野野外外工工作作环环境境。要要求求控控制制网网络络能能适适应应这这种种恶恶劣劣工工作作环境。环境。控控制制网网络络中中传传输输的的信信息息内内容容： 生生产产装装置置运运行行参参数数的的测测量量值值、控控制制量量、开开关关阀阀门门的的工工作作位位置置、报报警警状状态态、系系统统配配置置组组态态、参参数数修修改改、零零点点量量程程调调校校信息、设备资源与维护信息等信息、设备资源与维护信息等。控控制制网网络络的的数数据据传传输输量量相相对对较较

7、小小，传传输输速速率率相对较低，多为短帧传送。相对较低，多为短帧传送。要求通信传输的实时性强，可靠性高。要求通信传输的实时性强，可靠性高。影影响响控控制制网网络络性性能能的的因因素素：网网络络的的拓拓扑扑结结构构，传传输输介介质质的的种种类类与与特特性性，介介质质访访问问控控制制方方式式，信号传输方式信号传输方式，网络与系统管理网络与系统管理等。等。测测控控设设备备千千差差万万别别，通通信信协协议议不不统统一一，使使得得控制网络的互连与互操作往往十分困难控制网络的互连与互操作往往十分困难控制网络的实时性要求控制网络的实时性要求 控控制制网网络络应应该该满满足足对对控控制制的的实实时时性性要要求

8、求。如如准准确确定定时时刷刷新新变变量量数数据据；生生产产工工艺艺要要求求分分布布节节点点间间的的动动作作应应满满足足一一定定的的时时序序要要求求。如如由由PLCPLC控控制制的的一一个个生生产产装装置置不不同同部部件件的的动动作作时时序序与与时时限限。而而且且它它们们的的动动作作通常需要严格互锁。通常需要严格互锁。 对对执执行行读读写写等等操操作作有有严严格格实实时时要要求求的的系系统统称称为为实实时时系系统统。实实时时系系统统的的运运行行不不仅仅要要求求系系统统动动作作在在逻逻辑辑上上的正确性的正确性, ,同时要求满足时限性。同时要求满足时限性。确确定定性性（deterministicde

9、terministic）网网络络：按按准准确确时时间间安安排排实现网络操作实现网络操作非确定性（非确定性（nondeterministicnondeterministic）网络网络 控控制制网网络络一一般般为为分分布布式式实实时时系系统统。其其实实时时任任务务通通常常是是在在不不同同节节点点上上周周期期性性地地执执行行，执行结果应满足定时与时序要求。执行结果应满足定时与时序要求。 硬硬实实时时系系统统要要求求实实时时任任务务必必须须在在规规定定的的时时限完成限完成 , ,否则会产生严重的后果。否则会产生严重的后果。软软实实时时系系统统中中的的实实时时任任务务在在超超过过了了截截止止期期后的一定

10、时限内后的一定时限内 , ,系统仍可以执行处理系统仍可以执行处理部分参数传输有实时性要求，如控制信息；有部分参数传输有实时性要求，如控制信息；有的参数要求周期性刷新，如参数的测量值与开的参数要求周期性刷新，如参数的测量值与开关状态，关状态，系统组态、参数修改、趋势报告、调校信息等系统组态、参数修改、趋势报告、调校信息等则对时间没有严格要求。则对时间没有严格要求。根据应用需求分别采取措施，充分发挥现有网根据应用需求分别采取措施，充分发挥现有网络资源的作用，满足各方面的应用需求络资源的作用，满足各方面的应用需求。 全分布式网络化控制系统全分布式网络化控制系统网络拓扑网络拓扑网络的拓扑结构是指网络中

11、节点的互连形式网络的拓扑结构是指网络中节点的互连形式 环形、星形、总线形和树形环形、星形、总线形和树形 环形拓扑环形拓扑通过网络节点的点对点链路连接，构成一个封闭的环路。信号在环通过网络节点的点对点链路连接，构成一个封闭的环路。信号在环路上从一个设备到另一个设备单向传输，直到信号传输到目的地为路上从一个设备到另一个设备单向传输，直到信号传输到目的地为止。每个设备只与逻辑或空间上与它相连的设备链接止。每个设备只与逻辑或空间上与它相连的设备链接每个设备都集成有一个中继器。中继器接收前一个节点发来的数据，每个设备都集成有一个中继器。中继器接收前一个节点发来的数据，然后按原来速度一位一位地从另一条链路

12、发送出去然后按原来速度一位一位地从另一条链路发送出去 信号只能单向传输。一个设备的故障会导致整个网络瘫痪信号只能单向传输。一个设备的故障会导致整个网络瘫痪。 总线型拓扑总线型拓扑由一条主干电缆作为传输介质，各网络节点通过分支与总线由一条主干电缆作为传输介质，各网络节点通过分支与总线相连相连 总线上一个节点发送数据，所有其它节点都能接收。总线拓总线上一个节点发送数据，所有其它节点都能接收。总线拓扑可以发送广播报文扑可以发送广播报文由于所有节点共享一条传输链路，某一时刻只允许一个节点由于所有节点共享一条传输链路，某一时刻只允许一个节点发信息，因此需要有某种介质存取访问控制方式，来确定总发信息，因此

13、需要有某种介质存取访问控制方式，来确定总线的下一个占有者线的下一个占有者随传输距离的增加，信号会逐渐变弱；分支也会引起信号反随传输距离的增加，信号会逐渐变弱；分支也会引起信号反射而降低信号的传输质量，给定长度的电缆上连接的设备数射而降低信号的传输质量，给定长度的电缆上连接的设备数量，总线长度、分支个数、分支长度等都要受到限制量，总线长度、分支个数、分支长度等都要受到限制。 星形拓扑星形拓扑每每个个节节点点通通过过点点对对点点连连接接到到中中央央节节点点，任任何何两两节节点点之之间间通通信信都通过中央节点进行。采用集中式通信控制策略都通过中央节点进行。采用集中式通信控制策略一一个个节节点点要要传

14、传送送数数据据，首首先先向向中中央央节节点点发发出出请请求求，要要求求与与目目的的站站建建立立连连接接。连连接接建建立立后后，该该节节点点才才向向目目的的节节点点发发送送数据数据中中央央节节点点必必须须建建立立和和维维持持许许多多并并行行数数据据通通路路，因因此此中中央央节节点的任务繁重，点的任务繁重，而每个节点的通信处理而每个节点的通信处理负担很小负担很小一条线路受损，不会影一条线路受损，不会影响其它线路的正常工作响其它线路的正常工作 几台计算机通过几台计算机通过HUBHUB相相互连接的方式就是典型互连接的方式就是典型的星形拓扑结构的星形拓扑结构 树形拓扑树形拓扑：其传输介质是不封闭的分支电

15、缆。其传输介质是不封闭的分支电缆。可以认为是星形拓扑或总线拓扑的扩展形式；用可以认为是星形拓扑或总线拓扑的扩展形式；用多接点并联连接的接线盒取代图中下面集线器的多接点并联连接的接线盒取代图中下面集线器的位置位置 一个站发送数据，其它站都能接收。因此，树形一个站发送数据，其它站都能接收。因此，树形拓扑也可完成多点广播式通信。拓扑也可完成多点广播式通信。混合型拓扑混合型拓扑 网络传输介质的访问控制方式网络传输介质的访问控制方式 传输介质的访问控制：用以仲裁协调各设备访问传输介质的访问控制：用以仲裁协调各设备访问传输介质的时间与顺序传输介质的时间与顺序当设备共享传输线路时，为解决同一时间几个设备同当

16、设备共享传输线路时，为解决同一时间几个设备同时发起通信而出现的争用传输介质的问题而采取的某时发起通信而出现的争用传输介质的问题而采取的某种避免冲突、或解决介质争用冲突的方法种避免冲突、或解决介质争用冲突的方法传输介质的利用率与介质的访问控制方式密切相传输介质的利用率与介质的访问控制方式密切相关关 传输介质的访问方式：传输介质的访问方式：对介质的对介质的随机访问随机访问：网络各节点可在任何时刻随意地：网络各节点可在任何时刻随意地访问传输介质。发生争用时需要某种冲突仲裁方法，访问传输介质。发生争用时需要某种冲突仲裁方法，如载波监听多路访问冲突检测如载波监听多路访问冲突检测 对介质的对介质的受控访问

17、受控访问：采用一定的算法调整各节点访问：采用一定的算法调整各节点访问介质的顺序和时间，避免发生冲突。主介质的顺序和时间，避免发生冲突。主/ /从式，令牌方从式，令牌方式，时间分片方法式，时间分片方法 载波监听多路访问冲突检测载波监听多路访问冲突检测（CSMACD） 网网络络上上的的任任何何节节点点都都没没有有预预定定的的通通信信时时间间，随随机机向向网网络络发发起起通信。通信。多多个个节节点点同同时时发发起起通通信信，使使信信号号在在传传输输线线上上相相互互混混淆淆而而遭遭破破坏，称为坏，称为“冲突冲突”。为为避避免免冲冲突突，每每个个节节点点在在发发送送信信息息之之前前，都都要要侦侦听听传传

18、输输线线上上是否有信息在发送，这就是是否有信息在发送，这就是“载波监听载波监听”。CSMACSMA的的控控制制方方案案：先先听听再再讲讲。节节点点发发送送前前先先监监听听总总线线，如如果果介质空闲则发送。如果介质忙则要等待一定时间间隔后重试。介质空闲则发送。如果介质忙则要等待一定时间间隔后重试。CSMACSMA坚持退避算法：不坚持坚持退避算法：不坚持CSMA CSMA ；1 1坚持；坚持；P P坚持坚持 检检测测到到冲冲突突，就就立立即即停停止止发发送送，并并向向总总线线上上发发一一串串JamJam信信号号，通知总线上各站冲突已发生通知总线上各站冲突已发生 令牌方式令牌方式 按一定顺序在各站点

19、间传递令牌，得到令牌的节点才按一定顺序在各站点间传递令牌，得到令牌的节点才有发起通信的权力，而其它站点仅允许接收报文。有发起通信的权力，而其它站点仅允许接收报文。一个节点在发送完毕后，便将令牌交给下一个站点，一个节点在发送完毕后，便将令牌交给下一个站点， 如果该站点没有报文需要发送，便把令牌顺次传给下如果该站点没有报文需要发送，便把令牌顺次传给下一个站点。一个站点。环路上每个节点都可获得发送报文的机会，而任何时环路上每个节点都可获得发送报文的机会，而任何时刻只会有一个节点利用环路传送报文，因而不会发生刻只会有一个节点利用环路传送报文，因而不会发生访问冲突。访问冲突。令牌环、令牌总线令牌环、令牌

20、总线 令牌环令牌环站要发送数据给站站要发送数据给站站把目的地址和要发送的数据交给本站的通信处理器组织成帧。站把目的地址和要发送的数据交给本站的通信处理器组织成帧。待得到令牌后发出该帧。待得到令牌后发出该帧。B B站从其入口收到此帧后，查看目的地址与本站地址不符，便将站从其入口收到此帧后，查看目的地址与本站地址不符，便将原帧依次转发给原帧依次转发给C C站站 。C C站查看目的地址，得知是给本站的报文站查看目的地址，得知是给本站的报文经校验无错，接收，并修改状态位表示已正确接收经校验无错，接收，并修改状态位表示已正确接收C C站再把修改了状态位的原帧沿站再把修改了状态位的原帧沿D D、E E站送

21、回站送回A A站。站。A A站从返回的帧站从返回的帧状态位得知发送成功状态位得知发送成功 起始标志目的地址源地址数据信息校验和状态结束标志令牌总线令牌总线各节点按预定顺序形成一个逻辑环各节点按预定顺序形成一个逻辑环 对总线广播带有目的地址的令牌帧，与帧中目对总线广播带有目的地址的令牌帧，与帧中目的地址一致的站点识别出该帧与自己的地址符的地址一致的站点识别出该帧与自己的地址符合，即接收令牌合，即接收令牌令牌传递过程是顺序依次进行的，因此对所有令牌传递过程是顺序依次进行的，因此对所有站点都有公平的访问权。站点都有公平的访问权。 控制网络中对访问的等待时间是一个重要参数控制网络中对访问的等待时间是一

22、个重要参数要使站点取得令牌的等待时间是确定的，就需要限要使站点取得令牌的等待时间是确定的，就需要限定每个站发送帧的最大长度定每个站发送帧的最大长度如果所有站都有报文要发送，最大等待时间为全部如果所有站都有报文要发送，最大等待时间为全部令牌传送时间和报文发送时间的总和。令牌传送时间和报文发送时间的总和。如果只有一个站点有报文要发送，则最小等待时间如果只有一个站点有报文要发送，则最小等待时间只是全部令牌传递时间的总和。实际等待时间应在只是全部令牌传递时间的总和。实际等待时间应在这个区间范围内。这个区间范围内。选定站点数及最大的报文长度，以保证在限定的时选定站点数及最大的报文长度，以保证在限定的时间

23、内取得令牌间内取得令牌令牌总线的访问控制还可提供不同的优先级令牌总线的访问控制还可提供不同的优先级 令牌总线介质访问控制应具备的功能令牌总线介质访问控制应具备的功能 令牌传递算法令牌传递算法 逻辑环的初始化逻辑环的初始化 站点插入算法：站点插入算法：周期性地使新站点有机会插周期性地使新站点有机会插入环中入环中 站点退出环路站点退出环路 差错恢复差错恢复网络应能发现差错，丢失令牌应能恢复，在网络应能发现差错，丢失令牌应能恢复，在多重令牌情况下应能识别处理多重令牌情况下应能识别处理 实令牌与虚令牌实令牌与虚令牌实令牌：实令牌：网络传递的数据帧中有一种专门作网络传递的数据帧中有一种专门作为令牌的令牌

24、帧为令牌的令牌帧虚令牌是指将令牌隐含在普通数据帧中，没虚令牌是指将令牌隐含在普通数据帧中，没有专门的令牌帧存在。有专门的令牌帧存在。网络管理者网络管理者给每个节点分配一个唯一的地址给每个节点分配一个唯一的地址每个站点监视收到的每个报文帧的源地址每个站点监视收到的每个报文帧的源地址, ,并为接并为接收的源地址设置一个隐性令牌寄存器收的源地址设置一个隐性令牌寄存器, , 让隐性令让隐性令牌寄存器的值为收到的源地址加牌寄存器的值为收到的源地址加1 1，所有站点的隐性令牌寄存器在任一时刻的值都相所有站点的隐性令牌寄存器在任一时刻的值都相同同如果隐性令牌寄存器的值与某个站点自己的如果隐性令牌寄存器的值与

25、某个站点自己的地址相等地址相等, ,该站点就可立即发送数据该站点就可立即发送数据。 时分复用时分复用 时分复用时分复用( () )对每个节点预先分配好对每个节点预先分配好特定的一段时间特定的一段时间, ,让每个节点在这段时间让每个节点在这段时间内占有总线。多个节点按划分的时间顺序内占有总线。多个节点按划分的时间顺序占用总线的工作方式称为时分多路复用占用总线的工作方式称为时分多路复用 如让节点如让节点A A、B B、C C、D D分别按分别按1 1、2 2、3 3、4 4的顺的顺序占用总线。序占用总线。事先可以预计好每个节点占用总线的时间事先可以预计好每个节点占用总线的时间（需要的通信时间、要传

26、送的字节数）（需要的通信时间、要传送的字节数）可准确估算出每个节点两次占用总线的之间可准确估算出每个节点两次占用总线的之间的循环周期的循环周期。同步时分复用：为每个节点分配相等的时间，而不管每同步时分复用：为每个节点分配相等的时间，而不管每个设备要通信的数据量的大小。个设备要通信的数据量的大小。每当分配给某个节点的时间片到来时，该节点就可以发送数据，每当分配给某个节点的时间片到来时，该节点就可以发送数据，如果此时该节点没有数据发送，传输介质在该段时间片内就是如果此时该节点没有数据发送，传输介质在该段时间片内就是空的。空的。同步时分复用的平均分配策略有可能造成通信资源的浪费，不同步时分复用的平均

27、分配策略有可能造成通信资源的浪费，不能有效利用链路的全部容量能有效利用链路的全部容量异步时分复用（统计复用）。异步时分复用（统计复用）。异步指对每个节点的时间分配是不相同的、有弹性的异步指对每个节点的时间分配是不相同的、有弹性的根据给定时刻可能进行发送的节点数目的统计结果决定时间片根据给定时刻可能进行发送的节点数目的统计结果决定时间片的分配。的分配。动态分配时间片的能力可以大大减少信道资源的浪费动态分配时间片的能力可以大大减少信道资源的浪费异步时分复用还可采用变长异步时分复用还可采用变长时间片的方法来实现。可以按动态时间片的方法来实现。可以按动态方式管理变长域方式管理变长域 网络互连网络互连

28、网络互连要求不改变原有的子网内的网络协网络互连要求不改变原有的子网内的网络协议、通信速率、议、通信速率、 硬硬 、软件配置等，通过网、软件配置等，通过网络互连技术使原先不能相互通信和共享资源络互连技术使原先不能相互通信和共享资源的网络间有条件实现相互通信和信息共享。的网络间有条件实现相互通信和信息共享。并要求连接对原有网络的影响减至最小。并要求连接对原有网络的影响减至最小。 网络互连技术能实现更大规模、更大范围的网络互连技术能实现更大规模、更大范围的网络连接，使网络、网络设备、网络资源、网络连接，使网络、网络设备、网络资源、网络服务成为一个共享资源的整体网络服务成为一个共享资源的整体。控制网络

29、互连控制网络互连控制网络通过网络互连实现不同网段之间的网络连接控制网络通过网络互连实现不同网段之间的网络连接与数据交换，包括在不同传输介质、不同速率、不同与数据交换，包括在不同传输介质、不同速率、不同通信协议的网络之间实现互连。通信协议的网络之间实现互连。网网段段延延长长采采用用中中继继器器，相相同同通通信信协协议议的的高高速速网网段段与与低低速速网网段段之之间间采采用用网网桥桥连连接接，不不同同通通信信协协议议网网段段间间采采用用网关。网关。基基金金会会现现场场总总线线FFFF的的低低速速网网络络称称为为H1H1，传传输输速速度度为为31.25Kbps31.25Kbps高高速速网网络络称称为

30、为HSEHSE（High High Speed Speed EthernetEthernet），传传输输速速度可达度可达100Mbps100Mbps。H1H1与与HSEHSE之之间间可可采采用用网网关关（Link Link DeviceDevice）互互连连，使使网网桥一侧的桥一侧的H1H1网段与网桥另一侧的网段与网桥另一侧的HSEHSE网段交换信息网段交换信息。 生产现场的网络系统生产现场的网络系统网络互连的通信参考模型 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型 : :( Open System ( Open System Interconnection )Interconnection )

31、参考模型参考模型 , ,这是由国际标准化组这是由国际标准化组织为实现开放系统互连所建立的分层模型，织为实现开放系统互连所建立的分层模型，为开放系统互连提供了概念性、功能性结构为开放系统互连提供了概念性、功能性结构按通信功能划分为七个层次。划分原则是将相似功按通信功能划分为七个层次。划分原则是将相似功能集中在同一层内，各层的协议细节由各层独立进能集中在同一层内，各层的协议细节由各层独立进行。功能差别较大时则分层处理，每层只对相邻的行。功能差别较大时则分层处理，每层只对相邻的上、下层定义接口。上、下层定义接口。一旦引入新技术或提出新的业务要求时，可以把因一旦引入新技术或提出新的业务要求时，可以把因

32、功能扩充、变更所带来的影响限制在直接有关的层功能扩充、变更所带来的影响限制在直接有关的层内，而不必改动全部协议内，而不必改动全部协议。具体划分为：从邻接物理媒体的层次开始，分具体划分为：从邻接物理媒体的层次开始，分别赋于、别赋于、层的顺序编号，相应、层的顺序编号，相应地称之为物理层、数据链路层、网络层、传输地称之为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。层、会话层、表示层和应用层。第层功能称为低层功能（），即第层功能称为低层功能（），即通信传送功能；第层功能称为高层功能通信传送功能；第层功能称为高层功能（），即通信处理功能（），即通信处理功能每一层的功能是独立的，它利用其下

33、一层提供每一层的功能是独立的，它利用其下一层提供的服务并为其上一层提供服务，而与其它层的的服务并为其上一层提供服务，而与其它层的具体实况无关具体实况无关。 ISO / OSI模型 节点A 节点B 传输介质应用层 7应用层 表达层 6表达层 会话层 5会话层 传输层 4传输层 网络层 3网络层 数据链路层 2数据链路层物理层1物理层物理层（第物理层（第1 1层）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，它它提提供供用用于于建建立立、保保持持和和断断开开物物理理连连接接的的机机械械、电电气气、功功能能和和规规程程条条件件。简简而而言言之之，物物理理层层提提供供有有关关同同步步和和数数据

34、据流流在在物物理理媒媒体体上上的传输手段，其典型的协议有的传输手段，其典型的协议有EIA-232EIA-232、485485等。等。 数据链路层（第层）数据链路层（第层）数数据据链链路路层层用用于于建建立立、维维持持和和拆拆除除链链路路连连接接，实实现现无无差差错错传传输输的的功功能能。该该层层对对连连接接通通路路进进行行差差错错控控制制、数数据成帧、同步等控制据成帧、同步等控制 网络层（第层）网络层（第层）网网络络层层规规定定网网络络连连接接的的建建立立、维维持持和和拆拆除除的的协协议议。它它的的主主要要功功能能是是利利用用数数据据链链路路层层所所提提供供功功能能，通通过过路路由由选选择择，

35、实实现现两两个个系系统统之之间间的的连连接接。在在计计算算机机网网络络系系统统中，网络层还具有多路复用的功能中，网络层还具有多路复用的功能 传输层（第层）传输层（第层）传传输输层层完完成成数数据据传传送送控控制制，在在系系统统之之间间实实现现数数据据的的收收发发确确认认，对对经经过过下三层之后仍然存在的传输差错进行恢复。提高吞吐量和服务质量。下三层之后仍然存在的传输差错进行恢复。提高吞吐量和服务质量。会话层（第层）会话层（第层）会会话话层层按按照照应应用用进进程程之之间间的的约约定定和和正正确确的的顺顺序序收收、发发数数据据，进进行行各各种种形形式式的的对对话话。给给数数据据打打上上标标记记。

36、如如果果出出现现通通信信意意外外，可可以以由由打打标标记记处处重发。如将长文件分页标记，逐页发送重发。如将长文件分页标记，逐页发送 表示层（第层）表示层（第层）表表示示层层的的主主要要功功能能是是把把应应用用层层提提供供的的信信息息内内容容变变换换为为能能够够共共同同理理解解的的形形式式，提提供供字字符符代代码码、数数据据格格式式、控控制制信信息息格格式式、加加密密等等的的统统一一表表示示。表表示示层层仅仅对对应应用用层层的的信信息息内内容容进进行行形形式式变变换换，而而不不改改变变其其内内容容本本身身。应用层（第层）应用层（第层）应用层（第应用层（第7 7层）层）应应用用层层实实现现各各种种

37、应应用用进进程程之之间间的的信信息息交交换换，同同时时还还具具有有一一系系列列业业务务处处理所需要的服务功能。理所需要的服务功能。 几种典型控制网络的通信模型几种典型控制网络的通信模型 控制网络中通信的特点控制网络中通信的特点单个节点的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单单个节点的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单实时性、快速性的要求较高。实时性、快速性的要求较高。模型简化模型简化现现场场总总线线系系统统采采用用的的通通信信参参考考模模型型大大都都在在ISOISO模模型型的的基基础础上上进进行行了不同程度的简化了不同程度的简化简简化化的的目目的的一一是是为为满满足足实实时时性性要要求求，

38、二二是是为为实实现现工工业业网网络络的的低低成成本本OSI7OSI7层层参参考考模模型型的的层层间间操操作作与与转转换换较较为为复复杂杂性性，网网络络接接口口的的开开销销与造价较高与造价较高控制网络的通信参考模型仍然以控制网络的通信参考模型仍然以OSIOSI模型为基础模型为基础一些控制网络在一些控制网络在OSIOSI模型的基础上增加了用户层模型的基础上增加了用户层用户层规定如何处理与控制应用相关的用户层规定如何处理与控制应用相关的 网络互连设备网络互连设备 中中继继器器，网网桥桥，路路由由器器和和网网关关是是不不同同层层次次的的网网络络互互连设备连设备在在物物理理层层使使用用中中继继器器（Re

39、peaterRepeater）, ,通通过过复复制制位位信信号延伸网段长度；号延伸网段长度；在在数数据据链链路路层层使使用用网网桥桥 (Bridge) (Bridge) , ,在在局局域域网网之之间间存储或转发数据帧；存储或转发数据帧；在在网网络络层层使使用用路路由由器器 (Router) (Router) , , 在在不不同同网网络络间间存存储转发分组信号；储转发分组信号；在在传传送送层层及及传传送送层层以以上上，使使用用网网关关(Gateway) (Gateway) 进进行行协议转换，提供更高层次的接口协议转换，提供更高层次的接口。中继器中继器中继器使得网络可以跨越一个较大的距离。在中中继

40、器使得网络可以跨越一个较大的距离。在中继器的两端，其数据速率、协议（数据链路层）继器的两端，其数据速率、协议（数据链路层）和地址空间都相同，主要作用在于延长电缆和光和地址空间都相同，主要作用在于延长电缆和光缆的传输距离缆的传输距离 中继器是一个再生器而不是一个放大器中继器是一个再生器而不是一个放大器 ，当接，当接收到一个微弱或损坏的信号时，它将按照信号的收到一个微弱或损坏的信号时，它将按照信号的原始长度一位一位地复制信号，整形放大、重新原始长度一位一位地复制信号，整形放大、重新复制复制 ，新生成的信号将具有的良好波形，新生成的信号将具有的良好波形，中继器一般用于方波信号的传输中继器一般用于方波

41、信号的传输 中继器必须放置在噪声使信号中任一位信号的含中继器必须放置在噪声使信号中任一位信号的含义受到影响之前义受到影响之前 。 网桥网桥 (Bridge(Bridge)网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。网桥网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。网桥同时作用在物理层和数据链路层同时作用在物理层和数据链路层 网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输速网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。它需要两个互连网络在数据链率、不同传输介质的网络。它需要两个互连网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。路层以上采用相同或兼容的协议。 网桥可以访

42、问所有连接节点的物理地址。有选择性地过滤网桥可以访问所有连接节点的物理地址。有选择性地过滤通过它报文。通过它报文。当在一个网段中生成的报文要传到另外一个网段中时，网桥开始苏当在一个网段中生成的报文要传到另外一个网段中时，网桥开始苏醒，转发信号。而当一个报文在本身的网段中传输时，网桥处于睡醒，转发信号。而当一个报文在本身的网段中传输时，网桥处于睡眠状态眠状态 简单网桥简单网桥 ；学习网桥；学习网桥 ；多点网桥；多点网桥 路由器路由器 (Router) (Router) 在路由器所包含的网络地址之间，可能存在的若在路由器所包含的网络地址之间，可能存在的若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条干

43、路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径。最好的路径。路由器工作在物理层，数据链路层和网络层路由器工作在物理层，数据链路层和网络层 路由器在具有独立地址空间、数据速率和媒体的路由器在具有独立地址空间、数据速率和媒体的网段间存储转发信号的设备。路由器连接的所有网段间存储转发信号的设备。路由器连接的所有网段，其协议是保持一致的网段，其协议是保持一致的 路由器为来自某个网络的数据包确定路线，发送路由器为来自某个网络的数据包确定路线，发送到互连网络中任何可能的目的网络中到互连网络中任何可能的目的网络中 网关网关(Gateway) (Gateway) 网关又被称为网间协议变换器，用以在不同通信协网关又被称为网间协议变换器，用以在不同通信协议的网络之间实现网络互连。议的网络之间实现网络互连。在报文从一个网段到另一个异构网段的传送中，网在报文从一个网段到另一个异构网段的传送中，网关提供了一种方式把报文重新封装形成新的报文组。关提供了一种方式把报文重新封装形成新的报文组。网关需要完成报文的接收，翻译与发送。网关需要完成报文的接收，翻译与发送。网关一般使用两个微处理器和两套各自独立的通信网关一般使用两个微处理器和两套各自独立的通信控制芯片组。控制芯片组。