第06章计算机控制中的网络与通信技术ppt课件

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1、第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术第第6章章 计算机控制系统中的网络与通计算机控制系统中的网络与通信技术信技术NetworkandCommunicationTechnologyofComputerControlSystem8/6/20241计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术本章主要内容本章主要内容计算机网络概述数据通信技术工业控制计算机网络与通讯8/6/20242计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1 Unit 1 计算机网络概

2、述 Introduction of Computer Network8/6/20243计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术本节主要内容本节主要内容计算机网络的定义计算机网络的分类计算机网络的协议层次模型计算机局域网计算机网络互联设备传统以太网快速以太网8/6/20244计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1 .1计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息传输和资源共享的一种计算机

3、系统。网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信 ，并能实现资源共享。资源包括硬件资源、软件资源和数据库资源。8/6/20245计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（1）局域网局域网LANLAN（Local Area Network)Local Area Network) 计算机硬件设备不大、通信线路不长、采用单一计算机硬件设备不大、通信线路不长、采用单一的传输介质、覆盖范围小。的传输介质、覆盖范围小。区域网区域网MAN (Metropolitan Area MAN (Metropo

4、litan Area NetWorkNetWork) ) 通常覆盖一个区域城市，又称城域网。通常覆盖一个区域城市，又称城域网。广域网广域网WANWAN（Wide Area Network)Wide Area Network) 不仅可以把多个局域网连在一起，也可以把世不仅可以把多个局域网连在一起，也可以把世界各地的局域网连在一起，传输装置和媒体由电界各地的局域网连在一起，传输装置和媒体由电信部门提供。信部门提供。1.按网络的跨度分类计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统中一般采用局域中一般采用局域中一般采用局域中一般采用局域网或局域网的互网或局域网的互网或局域网的互网或局域网的

5、互连。连。连。连。8/6/20246计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术采用局域网，传输采用局域网，传输速率较高，误码率速率较高，误码率较低。组网方便，较低。组网方便，技术简单。技术简单。传输距离远，传输传输距离远，传输速率较低，误码率速率较低，误码率较高。机制复杂。较高。机制复杂。局域网局域网 指几公里的地理范指几公里的地理范围内将计算机、外设和通围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络信设备互连在一起的网络系统。系统。广域网广域网 涉及的范围较涉及的范围较大，通常可以达到几十大，通常可以达到几十公里、几百公里，甚至公里、几百公里

6、，甚至更远。更远。8/6/20247计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（2）2.按网络的拓朴结构分类网络拓扑结构定义： 在在计计算算机机通通信信网网络络中中，网网络络的的拓拓扑扑(Topology)(Topology)结结构构是是指指网网络络中中的的各各台台计计算算机机、设设备备之之间间相相互互连接的方式。连接的方式。8/6/20248计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（3）按网络的拓

7、朴结构分类：星形网星形网 : : 以一台中心处理机为主而构成的网络，以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。服务。总总线线型型网网: : 所所有有入入网网机机器器共共用用一一条条传传输输线线路路，机机器器通通过过专专用用的的分分接接头头接接入入线线路路。由由于于线线路路对对信信号号的的衰衰减减作作用用，总总线线形形网网仅仅用用于于有有限限的的区区域域，常常用用于于组组建局域网。建局域网。8/6/20249计算机控制技术第

8、第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（4）按网络的拓朴结构分类：环环形形网网: : 入入网网机机器器通通过过中中继继器器接接入入网网络络，每每个个中中继继器器仅仅与与两两个个相相邻邻的的中中继继器器有有直直接接的的物物理理线线路路，所所有有的的中中继继器器及及其其物物理理线线路路构构成成了了一一个个环环状状的的网网络络系系统，环形网也是局域网的一种主要形式。统，环形网也是局域网的一种主要形式。网网状状网网络络: : 利利用用专专门门负负责责数数据据通通信信和和传传输输的的节节点点机机构构成成的的网网络络，入

9、入网网机机器器直直接接接接入入节节点点机机进进行行通通信信，网网状状网网络络主主要要用用于于地地理理范范围围大大、入入网网机机器器多多的的环环境境，例如构造广域网。例如构造广域网。计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统网络拓扑结构以网络拓扑结构以网络拓扑结构以网络拓扑结构以总线形式为多。总线形式为多。总线形式为多。总线形式为多。8/6/202410计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（5）3.按管理性质分类专用网：专用网：公用网：公用网： 由由电电信信部部门门组组建建、管管

10、理理和和控控制制，网网络络内内的的传传输输和和转转换换可可供供任任何何部部门门和和个个人人使使用用；公公用用网网常常用用于于远远程程网网络络的的构构建建，支支持持用用户户的的远程通信远程通信 。 由由用用户户部部门门组组建建经经营营的的网网络络，不不允允许许其其它它用用户户和和部部门门使使用用；由由于于投投资资因因素素，专专用用网网常常为为局局域域网网或或者者是是通通过过租租借借电电信信部部门门的的线路而组建的广域网。线路而组建的广域网。 8/6/202411计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的

11、分类（5）3.按管理性质分类过过程程计计算算机机控控制制系系统统中中的的网网络络常常为为专专用用网网，由由于于近近年年来来系系统统需需求求变变化化，特特别别是是对对于于远远程程监监控控需需求求的的增增加加，使使用用专专用用网网互互联联公公用用网网的的方方式式来来组组建建各各种种计计算算机机控控制网络也开始增多。制网络也开始增多。8/6/202412计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（6） 4.4.按信息交换方式分类按信息交换方式分类电路交换网：电路交换网：类同电话方式，具有建立链路、类同电

12、话方式，具有建立链路、数据传输和释放链路三个阶段；通信过程中，数据传输和释放链路三个阶段；通信过程中，自始至终占用该链路。且不允许其它用户共享自始至终占用该链路。且不允许其它用户共享其信道资源。其信道资源。 报文交换网：报文交换网：交换机采用具有交换机采用具有“存储存储转发转发”能力的计算机，用户数据可以暂时保存在交换能力的计算机，用户数据可以暂时保存在交换机内，等待线路空闲时，再进行用户数据的一机内，等待线路空闲时，再进行用户数据的一次传输。次传输。 分组交换网：分组交换网：类同报文交换技术，但规定了交类同报文交换技术，但规定了交换机处理和传输数据的长度（称之为分组），换机处理和传输数据的长

13、度（称之为分组），不同用户的数据分组可以交织出现在网络中的不同用户的数据分组可以交织出现在网络中的物理链路上传输。物理链路上传输。 8/6/202413计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202414计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（7）5.5.按功能分类按功能分类 通信子网通信子网 网网络络中中面面向向数数据据通通信信的的资资源源集集合合，主主要要支支持持用用户户数数据据的的传传输输；该该子子网网包包括括传传输输线线路路

14、、交交换换机机和和网网络控制中心等硬件设施。络控制中心等硬件设施。 资源子网资源子网 网网络络中中面面向向数数据据处处理理的的资资源源集集合合，主主要要支支持持用用户户的的应应用用；该该子子网网由由用用户户的的主主机机资资源源组组成成，包包括括接接入入网网络络的的用用户户主主机机，以以及及面面向向应应用用的的外外设设（例例如如终终端端）、软软件件和和可可共共享享的的数数据据（例例如如公公共共数数据据库库）等等。8/6/202415计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术DataDataData主机终端终端终端主机终端终端通信处理机主机终端通

15、信子网通信子网资源子网资源子网通信处理机8/6/202416计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（1）计算机网络体系结构的实质 定定义义和和描描述述一一组组用用于于计计算算机机及及其其通通讯讯设设施施之之间间互互连连的的标标准准和和规规范范的的集集合合，遵遵循循这这组组规规范范可可以以方方便便的的实实现计算机设备之间的通讯。现计算机设备之间的通讯。OSI模型 ISOISO组织提出组织提出 OSI/RMOSI/RM开放系统互连基本参考模式开放系统互连基本参考模式 描述了计算机之

16、间的通信应如何发生描述了计算机之间的通信应如何发生 划分了划分了7 7个层次个层次8/6/202417计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（2）应应用用层层表表示示层层会会话话层层传传输输层层网网络络层层物物理理层层数据链路层数据链路层逻辑链路控制层（逻辑链路控制层（LLC）介质存取控制层（介质存取控制层（MAC）OSI/RMOSI/RM七层模型示意图七层模型示意图七层模型示意图七层模型示意图8/6/202418计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计

17、算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（3）1.OSI(开放系统互连 )模型物理层（物理层（Physical LayerPhysical Layer）提供了建立网络的物理及电气连接特性，如双提供了建立网络的物理及电气连接特性，如双绞线电缆、光缆、同轴电缆、连接器等等。可绞线电缆、光缆、同轴电缆、连接器等等。可以认为这一层是一个硬件层，通常做成芯片，以认为这一层是一个硬件层，通常做成芯片，印刷电路板（网络适配器）和电缆等。印刷电路板（网络适配器）和电缆等。功能：在物理媒体上传输原始数据的比特流功能：在物理媒体上传输原始数据的比特流8/6/20

18、2419计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（4）数据链路层（数据链路层（Data Link LayerData Link Layer） 介质存取控制（介质存取控制（MACMAC）层：）层：MACMAC子层负责网络访问子层负责网络访问（无论是令牌传递还是带冲突的逻辑链路控制检测）（无论是令牌传递还是带冲突的逻辑链路控制检测）和网络控制。和网络控制。 逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLCLLC）层。）层。LLCLLC子层工作于子层工作于MACMAC子子层之上，主要负责发送和接收用

19、户的数据信息。层之上，主要负责发送和接收用户的数据信息。这一层的大部分或全部内容由网络适配器上的芯片实这一层的大部分或全部内容由网络适配器上的芯片实现，而再往上的各层则是由软件（网络驱动器）来实现，而再往上的各层则是由软件（网络驱动器）来实现的。现的。功能：差错校验、流量控制、链路管理功能：差错校验、流量控制、链路管理8/6/202420计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（5）网络层（Network Layer）这一层切换路由信息包，使之到达它们的目这一层切换路由信息包，使

20、之到达它们的目的地。的地。主要功能：主要功能：寻址及传送信息包、阻塞控制、寻址及传送信息包、阻塞控制、网际互连、虚电路网际互连、虚电路8/6/202421计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（5）传输层（Transport Layer） 当同一时刻有多个信息包在传送时，传输层将控制当同一时刻有多个信息包在传送时，传输层将控制信息报文组成部件的顺序并规范输入的信息流（分信息报文组成部件的顺序并规范输入的信息流（分段、合并等）。如果来了一个重复的信息包，传输段、合并等）。如果来了

21、一个重复的信息包，传输层将识别出它是重复的并将其丢弃。层将识别出它是重复的并将其丢弃。 功能：功能：流量控制、差错控制流量控制、差错控制 前三层（物理层、数据链路层、网络层）主要面向前三层（物理层、数据链路层、网络层）主要面向数据通讯数据通讯 传输层承上启下，是前后三层的桥梁传输层承上启下，是前后三层的桥梁 后三层（会话层、表示层、应用层）主要面向信息后三层（会话层、表示层、应用层）主要面向信息处理处理8/6/202422计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（6）会话层（Se

22、ssion Layer） 这一层的功能是使运行于两个工作站上的应用程序这一层的功能是使运行于两个工作站上的应用程序能够协调其间的通信使之成为一个独立的会话，可能够协调其间的通信使之成为一个独立的会话，可以把它当作是一个高度结构化的对话。以把它当作是一个高度结构化的对话。 会话层负责会话的建立，支持会话期间对信息包的会话层负责会话的建立，支持会话期间对信息包的发送与接收的管理及结束会话。发送与接收的管理及结束会话。8/6/202423计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（7）表

23、示层（表示层（Presentation LayerPresentation Layer） 当各种计算机打算彼此传送信息时，表示层可将数当各种计算机打算彼此传送信息时，表示层可将数据转换为机器内部的数字格式或者完成其逆过程。据转换为机器内部的数字格式或者完成其逆过程。应用层（应用层（Application LayerApplication Layer） OSIOSI模型中的这一层模型中的这一层可以被应用程序使用可以被应用程序使用。一条将。一条将要通过网络传输的信息报文在这一层进入要通过网络传输的信息报文在这一层进入OSIOSI模型模型向下一层传送，最后传输至物理层，并在打包后传向下一层传送，最后

24、传输至物理层，并在打包后传输至其它工作站。之后由目的工作站的物理层向上输至其它工作站。之后由目的工作站的物理层向上传送，经过那个工作站中的应用层直至到达需要这传送，经过那个工作站中的应用层直至到达需要这份信息报文的应用程序。份信息报文的应用程序。8/6/202424计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（8）2.层间协议 OSIOSI中的层间通信具有两种含义中的层间通信具有两种含义相邻层相邻层之间的通信之间的通信 发发生生在在相相邻邻的的上上下下层层之之间间，属属于于局局部部问

25、问题题。标标准准中中定定义义了了通通信信的的内内容容，未未规规定定这这些些内内容容的的具具体体表表现形式和层间通信实现的具体方法现形式和层间通信实现的具体方法对等层对等层之间的通信之间的通信 发发生生在在不不同同开开放放系系统统的的相相同同层层次次之之间间，属属于于对对等等层层实实体体之之间间的的信信息息交交换换，以以保保证证相相应应层层次次功功能能的的实实现现和和服服务务的的提提供供。标标准准中中利利用用定定义义协协议议来来规规定定对等层之间的交换信息格式和交换时序对等层之间的交换信息格式和交换时序8/6/202425计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系

26、统中的网络与通信技术6.1.3 计算机网络的协议层次模型（计算机网络的协议层次模型（9）在在OSIOSI环境中，对等层之间的通信是目的，相环境中，对等层之间的通信是目的，相邻层之间的通信是手段邻层之间的通信是手段NNN-1N-1物理层物理层物理层物理层OSI环境下的层间通信环境下的层间通信8/6/202426计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1）LANLAN的定义的定义 是是允允许许中中等等地地域域的的众众多多独独立立设设备备通通过过中中等等速速率率的的物物理理信信道直接互连可进行通信的数据

27、通信系统。道直接互连可进行通信的数据通信系统。 19801980年年2 2月月IEEEIEEE成成立立局局域域网网标标准准化化委委员员会会（802802委委员员会）会）描述和比较描述和比较LANLAN的因素的因素 传输媒体：即用于附接网络设备的电缆类型传输媒体：即用于附接网络设备的电缆类型 传输技术：使用传输媒体进行通信的技术传输技术：使用传输媒体进行通信的技术 网络拓补：指组网时的电缆铺设形式网络拓补：指组网时的电缆铺设形式 访问控制方法：网络设备访问传输媒体的控制方法访问控制方法：网络设备访问传输媒体的控制方法8/6/202427计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技

28、术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2）1.1.局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构星形结构星形结构 星星形形结结构构由由中中央央结结点点和和分分支支结结点点所所构构成成，各各个个分分支支结结点点均均与与中中央央结结点点具具有有点点到到点点的的物物理理连连接接，分分支支结结点点之之间没有直接的物理通路。间没有直接的物理通路。分支结点分支结点中央结点中央结点星形结构示意图星形结构示意图8/6/202428计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（3）星形结构 通信

29、方式：任何两个分支结点之间的通信都要通过通信方式：任何两个分支结点之间的通信都要通过主结点，该主结点集中来自各分支结点的信息，按主结点，该主结点集中来自各分支结点的信息，按照一种集中式的通信控制策略，把集中到主结点的照一种集中式的通信控制策略，把集中到主结点的信息转发给相应的分支结点信息转发给相应的分支结点 。主结点的信息存储容量大，通信处理量大，主结点的信息存储容量大，通信处理量大，硬、软件较复杂。硬、软件较复杂。各分支结点的通信处理负担却较小，只需具各分支结点的通信处理负担却较小，只需具备简单的点到点的通迅功能备简单的点到点的通迅功能 。8/6/202429计算机控制技术第第6 6章章 计

30、算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（4）星形结构典型的网络系统是基于电路交换的电话交换网。典型的网络系统是基于电路交换的电话交换网。优点：星形拓扑结构属于优点：星形拓扑结构属于集中型集中型网络，易于将信网络，易于将信息流汇集起来，从而提高全网络的信息处理效率，息流汇集起来，从而提高全网络的信息处理效率，适用于各站之间信息流量较大的场合。适用于各站之间信息流量较大的场合。缺点：缺点：可靠性较低可靠性较低，如果主结点发生故障，那么，如果主结点发生故障，那么将影响全网络的通信。将影响全网络的通信。8/6/202430计算机控制技术

31、第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（5）总线结构总线结构 采采用用无无源源传传输输媒媒体体作作为为广广播播总总线线，利利用用电电缆缆抽抽头头将将各各种种入入网网设设备备接接入入总总线线；为为了了防防止止传传输输信信号号的的反反射射，总总线两端使用终接器（也称终端适配器）。线两端使用终接器（也称终端适配器）。计算机计算机终接器终接器总线结构示意图总线结构示意图8/6/202431计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域

32、网络（6）总线结构总线结构 通信方式：各个结点将依据一定的规则分时地使用通信方式：各个结点将依据一定的规则分时地使用总线来传输数据，发送结点发送的数据帧沿着总线总线来传输数据，发送结点发送的数据帧沿着总线向两端传播，总线上的各个结点都能接收到这个数向两端传播，总线上的各个结点都能接收到这个数据帧，并判断是否发送给本结点，如果是，则该数据帧，并判断是否发送给本结点，如果是，则该数据帧保留下来，否则丢弃该数据帧。据帧保留下来，否则丢弃该数据帧。 总线形网络的总线形网络的“ “广播式广播式” ”传输是依赖于数据信号沿传输是依赖于数据信号沿总线向两端传播的特性来实现的。总线向两端传播的特性来实现的。

33、总线形结构属于总线形结构属于分散型网络分散型网络，其结构灵活，易于扩，其结构灵活，易于扩展。一个站发生故障不会影响其它站的工作，展。一个站发生故障不会影响其它站的工作，可靠可靠性高性高。但传送距离短。但传送距离短。8/6/202432计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（7）环形结构环形结构 环环接接口口设设备备通通过过传传输输媒媒体体串串接接形形成成闭闭合合环环路路，它它们们之之间间具具有有点点到到点点的的连连接接，入入网网设设备备通通过过环环接接口口设设备备接接入入环路环路闭合回路闭合回路计

34、算机计算机环形结构示意图环形结构示意图8/6/202433计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（8）环形结构环形结构 所有分散结点用通信线路连接成环形网，通过逐个所有分散结点用通信线路连接成环形网，通过逐个结点传递来达到线路共用，网上信息沿结点传递来达到线路共用，网上信息沿单方向单方向围绕围绕着线路进行循环着线路进行循环( (顺时针或逆时针顺时针或逆时针) )。 优点：环形拓扑结构属于优点：环形拓扑结构属于分散型网络分散型网络，环形网的信，环形网的信号经每个号经每个中继器中继器整形、放大后再传送

35、，不但传送距整形、放大后再传送，不但传送距离远。而且能保证信号的质量。离远。而且能保证信号的质量。 缺点：一旦有一个中继器出现故障，就会导致环路缺点：一旦有一个中继器出现故障，就会导致环路的断路，使全网限于瘫痪，另外因为它是共用通信的断路，使全网限于瘫痪，另外因为它是共用通信线路，所以不适用于信息流量大的场合。线路，所以不适用于信息流量大的场合。8/6/202434计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（9）混合形结构混合形结构 混混合合形形结结构构是是将将上上述述各各种种拓拓补补混混合合起起来来

36、的的结结构构，常常见见的有树形、环星形等。的有树形、环星形等。闭合回路闭合回路计算机计算机环星形结构示意图环星形结构示意图8/6/202435计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（9）混合形结构混合形结构 混混合合形形结结构构是是将将上上述述各各种种拓拓补补混混合合起起来来的的结结构构，常常见见的有树形、环星形等。的有树形、环星形等。闭合回路闭合回路计算机计算机环星形结构示意图环星形结构示意图8/6/202436计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络

37、与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（9）混合形结构混合形结构 混混合合形形结结构构是是将将上上述述各各种种拓拓补补混混合合起起来来的的结结构构，常常见见的有树形、环星形等。的有树形、环星形等。闭合回路闭合回路计算机计算机环星形结构示意图环星形结构示意图8/6/202437计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（10）选择拓补结构的考虑选择拓补结构的考虑费用费用 传播媒体费用、所需设备费用、安装费用等传播媒体费用、所需设备费用、安装费用等灵活性灵活性 设备的更新、移动和增删结点的方

38、便性设备的更新、移动和增删结点的方便性可靠性可靠性 主主要要包包括括媒媒体体接接触触以以及及个个别别结结点点故故障障对对整整个个网网络络的的影响，应使故障检测和故障隔离较为方便影响，应使故障检测和故障隔离较为方便8/6/202438计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（11）2.局域网网络协议 根根据据IEEE802IEEE802标标准准，LANLAN协协议议参参照照了了OSIOSI模模型型的的物物理理层层和和数据链路层，并没有涉及到第三层至第七层。数据链路层，并没有涉及到第三层至第七层。 从从

39、应应用用层层到到网网络络层层的的高高层层功功能能完完全全由由软软件件来来实实现现，它它提提供供了了两两个个站站之之间间的的端端端端服服务务。而而最最低低两两层层（物物理理层和链路层）功能上基本上由硬件来完成。层和链路层）功能上基本上由硬件来完成。 LANLAN协协议议把把链链路路层层又又分分成成逻逻辑辑链链路路控控制制层层LLCLLC和和介介质质访访问控制层问控制层MACMAC。8/6/202439计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术IEEE802标准标准网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制LLC媒体访问

40、控制媒体访问控制MAC 高层高层OSIIEEE802物理层物理层PHY由由NOS来实现来实现8/6/202440计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术IEEE 802.3的体系结构与功能实现物理层物理层电缆电缆电缆电缆连接器连接器连接器连接器收发器收发器收发器收发器AUIAUI电缆电缆电缆电缆网卡网卡网卡网卡站接口站接口数据封装数据封装/解封（解封（MAC帧）帧）链路管理（链路管理（CSMA/CD协议）协议）曼彻斯特编码曼彻斯特编码/译码译码发送发送/接收接收MACLLC8/6/202441计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的

41、网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（12）(1).(1).物物理理层层：在在发发送送和和接接收收时时，对对数数据据（信信息息）位位流流进进行行编编码码或或解解码码。根根据据IEEE802IEEE802标标准准，基基带带传传输输采采用用曼曼彻彻斯斯特特编编码码或或差差动动曼曼彻彻斯斯特特编编码码，传传输输介介质质为为双双绞绞线线或或同同轴轴电电缆缆，对对于于采采用用CSMA/CDCSMA/CD技技术术的的网网络络进进行行载载体体监监听和冲突检测。听和冲突检测。 (2)(2)逻辑链路控制层逻辑链路控制层 逻辑链路控制层逻辑链路控制层(LLC)(

42、LLC)采用采用IEEE802IEEE802标准。标准。LLCLLC为高层服为高层服务，向上提供高层接口。在发送时，把数据装配成带务，向上提供高层接口。在发送时，把数据装配成带有站地址段、控制段、信息段和有站地址段、控制段、信息段和CRCCRC段的段的帧帧。在接受时，。在接受时，拆卸帧，执行站地址识别，拆卸帧，执行站地址识别，CRCCRC校验，并把接收数据传校验，并把接收数据传送给上层。送给上层。LLCLLC向下提供介质访问控制层的接口。向下提供介质访问控制层的接口。 8/6/202442计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4

43、计算机局域网络（计算机局域网络（13）(3)介质访问控制层（MAC）功能：合理解决信道的分配。合理解决信道的分配。常用的介质访问控制方式有三种：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/CDCSMA/CD）令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）；）；令牌总线（令牌总线（Token BusToken Bus）。）。8/6/202443计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（14） 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(CMSA/CD)(CM

44、SA/CD)CSMA/CD又称随机访问技术或争用技术。主要用于总线形网络。 工作原理是：当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正发送信息，若没有则立即发送；否则，即网络中已有某结点发送信息（信道被占用），该结点就需要等待一段时间，直至信道空闲，开始发送。多个结点共同使用同一条线路，任何结点发送信息前都必须先检查网络的线路是否有信息传输。8/6/202444计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202445计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局

45、域网络（计算机局域网络（15） CSMA/CD技术中，需解决信道被占用 时 和 两个问题。确定等待时间的方法：确定等待时间的方法：当某结点检测到信道被占用后，继续检测下去，待发现信道空闲时，立即发送。当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测。重复这一过程，直到信道空闲，开始发送。等待占用的时间等待占用的时间信息冲突信息冲突8/6/202446计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（16）冲突检测的解决办法：当某结点开始占用网络信道发送信息时，该点再继续对网络检测一段时间，也就是说该点

46、一边发送一边接收，且把收到的信息和自己发送的信息进行比较，若比较结果相同，说明发送正常进行，可以继续发送；若比较结果不同，说明网络上还有其它结点发送信息，引起数据混乱，发生冲突，此时应立即停止发送，等待一个随机时间后，再重复以上过程。8/6/202447计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（17）CSMA/CD方式特点：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。不能提供优先级控制，所有结点都有平等竞争的能力，在网络负载不重的情况下，有较高的效率，但当网络负载增大时，发

47、送信息的等待时间加长，效率显著降低。CSMA/CD可归结为四句话：可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送，发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。边发边检测，冲突时退避。8/6/202448计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（18） 令牌环（Token Ring）令牌环（Token Ring）全称是令牌通行环（Token Passing Ring），仅适用于环形网络结构。在这种方式中，令牌是控制标志，网中只设一张令牌，只有获得令牌的结点才能发送信息，发送完后，令牌又传给相邻的另一个

48、结点。8/6/202449计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（19）令牌传递的方法：令牌依次沿每个结点传送，使每个结点都有平等发送信息的机会。令牌有“空”和“忙”两个状态。“空”表示令牌没有被占用，“忙”表示令牌正在携带信息发送。当“空”的令牌传送至正待发送信息的结点时，该结点立即发送信息并置令牌为“忙”状态。在一个结点占令牌期间；其它结点只能处于接收状态。当所发信息绕环一周，并由发送结点清除，“忙”令牌又被置为“空”状态，绕环传送令牌。当下一个结点要发送信息时，则下一个结点便得到这一令牌，并

49、可发送信息。 8/6/202450计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术Token Ring/802.5的操作举例AT=0T=0TAT=0T=0TAT=1T=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧帧循环一圈后循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌A将令牌修改将令牌修改为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据8/6/202451计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1

50、.4 计算机局域网络（计算机局域网络（20）令牌环的优缺点：优点：能提供可调整的访问控制方式，能提供优先权服务，有较强的实时性。缺点：需要对令牌进行维护，且空闲令牌的丢失将会降低环路的利用率；控制电路复杂。8/6/202452计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（21） 令牌总线（Token Bus）令牌总线方式主要用于总线形式中。工作原理：它把总线传输介质上的各个结点形成一个逻辑环，即人为地给各结点规定一个顺序(例如，可按各结点号的大小排列)。逻辑环中的控制方式类同于令牌环。8/6/20245

51、3计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（22） 令牌总线优缺点令牌总线优缺点 ： 优点：优点： 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； 控制功能不随电缆线长度的增加而减弱；控制功能不随电缆线长度的增加而减弱； 不需冲突检测，故信号电压可以有较大的动态范围；不需冲突检测，故信号电压可以有较大的动态范围； 具有一定的实时性。具有一定的实时性。 采用总线方式网络的连网距离较采用总线方式网络的连网距离较CSMA/CDCSMA/CD及及Token To

52、ken RingRing方式的网络远。方式的网络远。 缺点缺点: : 结结点点获获得得令令牌牌的的时时间间开开销销较较大大，一一般般一一个个结结点点都都需需要要等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。8/6/202454计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（23）（4）LAN网络适配器LAN网络适配器是实现LAN物理层和链路层的硬件接口板。只需选用几片LAN协议专用的集成电路芯片，再外加一部分辅助电路或存储器，就可以设计一块符合IEEE802标准的LAN网络接

53、口板。8/6/202455计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（24）3.传输媒体用用于于局局域域网网的的传传输输媒媒体体主主要要有有有有线线传传输输和和无无线线传传输两类输两类有线传输有线传输 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光导纤维（光纤）光导纤维（光纤）无线传输无线传输 微波、红外线和激光微波、红外线和激光8/6/202456计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术双绞线双绞线双绞线双绞线内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜

54、屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线， 1mm-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低密度高、节省空间密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般连接距离较短连接距离较短l双绞线8/6/202457计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术双绞线制作标准：双绞线制作标准：（1）EIA/TIA568A标准：白绿绿白橙蓝白标准：白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕

55、蓝橙白棕棕（从左起）（从左起）（2）EIA/TIA568B标准：白橙橙白绿蓝白标准：白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕蓝绿白棕棕（从左起）（从左起）连接方法有两种：连接方法有两种：（1）直通线：双绞线两边都按照直通线：双绞线两边都按照EIAT/TIA568B标标准连接。准连接。（2）交叉线：双绞线一边是按照交叉线：双绞线一边是按照EIAT/TIA568A标标准连接，另一边按照准连接，另一边按照EIT/TIA568B标准连接。标准连接。8/6/202458计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术制作双绞线 EIATIA 568B的标准(白橙-橙-白绿-

56、蓝-白蓝-绿-白棕-棕）测线仪测线仪压线钳压线钳RJ-45水晶头水晶头8/6/202459计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202460计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202461计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术l地面微波接力地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔微波传送塔微波传送塔两个地面站之间传送两个地面站之间传送

57、距离：距离：50-100km无线传输-微波8/6/202462计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术无线传输-微波l l地球同步卫星地球同步卫星地球同步卫星地球同步卫星与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置使用使用3个卫星覆盖全球个卫星覆盖全球传输延迟时间长传输延迟时间长22,30022,300公里公里公里公里地球地球地球地球8/6/202463计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术l（Global Positioning System）。一个由覆盖全球的24颗卫星 组成的卫星系统

58、。系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地lGPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。目的是为陆海空提供实时、 全天候和全球性导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。l GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分GPS星座;地

59、面控制部分地面监控系统; 用户设备部分GPS 信号接收机无线传输-GPS8/6/202464计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术无线传输-微波固定终端点（基站）和固定终端点（基站）和终端之间是无线链路终端之间是无线链路BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F3 3F F1 1F F2 2F F2 2F F3 3F F1 1F1, F2, F3 = 使用的频率8/6/202465计算机控制技术第第6

60、6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202466计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（25）4.传输技术基带传输基带传输 保保持持数数据据波波的的原原样样进进行行传传输输称称为为基基带带传传输输，此此时时的的数数据信号为电子或者光脉冲据信号为电子或者光脉冲 基基带带传传输输不不适适合合于于高高速速和和远远距距离离传传输输，除除非非传传输输媒媒体体的性能很好（如光纤）的性能很好（如光纤）宽带传输宽带传输 采采用用调调制制的的方方法法，以以连连续续不不断断

61、的的电电磁磁波波信信号号来来传传输输数数据信号的方法称为宽带传输据信号的方法称为宽带传输 宽带传输可以提供较高的传输速率和抗干扰能力宽带传输可以提供较高的传输速率和抗干扰能力8/6/202467计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术LAN互连的必要性：互连的必要性：地域限制、负载问题、互通问题、安全问题地域限制、负载问题、互通问题、安全问题LAN互连互连的困难的困难：帧格式不同、帧格式不同、传输速传输速率不同、最大帧长不同率不同、最大帧长不同LAN互连互连的实现：的实现：中继器中继器/HUB在物理层上实现互联在物理层上实现互联网桥网桥在数

62、据链路层上实现互联在数据链路层上实现互联路由器路由器在网络层上实现互联在网络层上实现互联6.1.5 计算机网络互联设备计算机网络互联设备8/6/202468计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.5 6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（1 1） 1.1.中继器中继器 负负责责两两个个结结点点的的物物理理层层按按位位传传递递信信息息，完完成成信信号号的的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。8/6/202469计算机控制技术第第6

63、 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.5 6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（1 1） 2.2.集线器集线器 一一种种特特殊殊的的中中继继器器，作作为为网网络络传传输输介介质质的的中中央央结结点点，它克服了介质单一通道的缺陷。它克服了介质单一通道的缺陷。 以以集集线线器器为为中中心心的的优优点点是是：当当网网络络系系统统中中的的某某条条线线路路或或节节点点出出现现问问题题时时，不不会会影影响响网网上上其其它它结结点点的的正正常工作。常工作。8/6/202470计算机控制技术第第6 6章章 计算机

64、控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（2） 3.3.网桥网桥 网网桥桥是是连连接接两两个个局局域域网网的的设设备备，工工作作在在数数据据链链路路层层，用用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。 网网桥桥是是为为各各种种局局域域网网存存储储转转发发数数据据而而设设计计的的，网网桥桥可可以以将不同的局域网连在一起，组成一个扩展的局域网。将不同的局域网连在一起，组成一个扩展的局域网。8/6/202471计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控

65、制系统中的网络与通信技术6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（3） 4.4.交换机交换机 交交换换机机是是一一种种具具有有使使用用简简单单、价价格格低低、性性能能高高等等特特点点的的交交换换产产品品，体体现现了了桥桥接接技技术术的的复复杂杂交交换换技技术术，和网桥一样也是工作在数据链路层。和网桥一样也是工作在数据链路层。 与与网网桥桥相相比比不不同同点点是是：交交换换机机存存储储转转发发延延迟迟小小，远远远超过了网桥互联网络之间的转发性能。远超过了网桥互联网络之间的转发性能。8/6/202472计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与

66、通信技术6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（4） 5.5.路由器路由器 路路由由器器是是一一种种典典型型的的网网络络层层设设备备，它它在在两两个个局局域域网网之之间间转转发发数数据据包包，完完成成网网络络层层的的中中继继任任务务，路路由由器器负负责责在在两两个个局局域域网网的网络层间按包传输数据。的网络层间按包传输数据。 路路由由器器的的主主要要工工作作是是为为经经过过路路由由器器的的每每个个数数据据包包寻寻找找一一条条最最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。8/6/202473计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统

67、中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.5 计算机网络互联设备（计算机网络互联设备（5）6.6.网关网关 网关是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用网关是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备。它可以将具有不同体系结构的计算机网络的设备。它可以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起，网关属于最高层（应用层）的设备。连接在一起，网关属于最高层（应用层）的设备。 有些网关可以通过软件来实现协议的转换，并起到有些网关可以通过软件来实现协议的转换，并起到与硬件类似的作用，但这是以消耗机器的资源为代与硬件类似的作用，但这是以消耗机器的资源为代价来实现的。价来实现的。8/6/2

68、02474计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.6 传统以太网 70707070年代中期由年代中期由年代中期由年代中期由Xerox Palo Alto Research CenterXerox Palo Alto Research CenterXerox Palo Alto Research CenterXerox Palo Alto Research Center提出，提出，提出，提出， 将他们建立的局域网称为将他们建立的局域网称为将他们建立的局域网称为将他们建立的局域网称为EthernetEthernetEthernetEth

69、ernet（以太网）。以太网）。以太网）。以太网）。 1980198019801980年年年年, , , ,经经经经DECDECDECDEC、IntelIntelIntelIntel和和和和XeroxXeroxXeroxXerox公司改进为公司改进为公司改进为公司改进为DIXDIXDIXDIX版以太网版以太网版以太网版以太网1.01.01.01.0规范规范规范规范 IEEE 802.3IEEE 802.3IEEE 802.3IEEE 802.3分委员会促进了以太网标准，最初以分委员会促进了以太网标准，最初以分委员会促进了以太网标准，最初以分委员会促进了以太网标准，最初以IEEE IEEE IE

70、EE IEEE 10Base-5 10Base-5 10Base-5 10Base-5出现，接着出现出现，接着出现出现，接着出现出现，接着出现10Base-210Base-210Base-210Base-2。 10Base-T10Base-T10Base-T10Base-T的出现大大促进了以太网的发展。的出现大大促进了以太网的发展。的出现大大促进了以太网的发展。的出现大大促进了以太网的发展。 EthernetEthernetEthernetEthernet是指基带总线是指基带总线是指基带总线是指基带总线LANLANLANLAN。 今天的以太网和今天的以太网和今天的以太网和今天的以太网和IEEE

71、802.3IEEE802.3IEEE802.3IEEE802.3可以认为是同义词。可以认为是同义词。可以认为是同义词。可以认为是同义词。1以太网的产生和发展以太网的产生和发展8/6/202475计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术2IEEE802.3规范规范传统以太网传统以太网传统以太网传统以太网 802.3802.3同同同同轴电缆轴电缆轴电缆轴电缆EthernetEthernet802.3a802.3a细缆细缆细缆细缆EthernetEthernet802.3i802.3i双绞线双绞线双绞线双绞线 802.3j802.3j光纤光纤光纤

72、光纤快速以太网快速以太网快速以太网快速以太网FEFE802.3u802.3u双绞线双绞线双绞线双绞线，光纤光纤光纤光纤千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网GEGEIEEE802.3zIEEE802.3z屏屏屏屏蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3abIEEE802.3ab双绞线双绞线双绞线双绞线8/6/202476计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术3. 802.3布线介质标准10Base5粗同轴粗同轴10Base2细同轴细同轴10BaseT双绞线双绞线100BaseT双绞线双绞线10

73、0BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线双绞线数据率（数据率（数据率（数据率（MbpsMbps）基带或宽带基带或宽带基带或宽带基带或宽带BaseBase，BroadBroad段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或介质类型（介质类型（介质类型（介质类型（T T，F F，X X）10Base58/6/202477计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术10Base5 粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗

74、同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器收发器收发器收发器 :发送发送发送发送/ /接收接收接收接收, ,冲突检测冲突检测冲突检测冲突检测, ,电气隔离电气隔离电气隔离电气隔离 AUI:AUI:连接件单元接口连接件单元接口连接件单元接口连接件单元接口 总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑 用于网络骨干连接用于网络骨干连接用于网络骨干连接用于网络骨干连接最大段长度最大段长度最大段长度最大段长度 500500米米米米每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数 100100两站点间最小距离两站点间最小距离两站点间最小距离两站点间最小距离 2.52.

75、5米米米米 粗缆粗缆粗缆粗缆Vampire tapVampire tapBNCBNC端子端子端子端子收发器收发器收发器收发器AUI AUI 电缆电缆电缆电缆NICNIC网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度 2.52.5公里公里公里公里 8/6/202478计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术10Base2 细细细细同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差同轴电缆，可靠性稍差 BNCTBNCT型接头连接型接头连接型接头连接型接头连接 总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑总线型拓扑 用于办公室用于办公室用于办公室用

76、于办公室LANLAN细缆细缆细缆细缆BNC BNC 接头接头接头接头NICNIC每段最大长度每段最大长度每段最大长度每段最大长度 185m185m每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数每段最多站点数 3030两站点间最短距离两站点间最短距离两站点间最短距离两站点间最短距离 0.5 m0.5 m网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度网络最大跨度 925 m 925 m 网络最多网络最多网络最多网络最多5 5个段个段个段个段 8/6/202479计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术10BaseT 双绞线介质（双绞线介质（双绞线介质（双绞线

77、介质（UTPUTP） 以以以以HubHub（集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。集线器）为中心节点。HubHub多端口转发器。多端口转发器。多端口转发器。多端口转发器。 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器转发器转发器转发器/ /中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。除信号传输的失真和衰减。除信号传输的失

78、真和衰减。除信号传输的失真和衰减。 转发器转发器转发器转发器/ /中继器中继器中继器中继器/HUB/HUB物理层设备物理层设备物理层设备物理层设备( (工作在物理层工作在物理层工作在物理层工作在物理层) )。 用于小型用于小型用于小型用于小型LANLAN。 NICNICHUBHUB段最大长度段最大长度段最大长度段最大长度 100m100m8/6/202480计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.1.7 快速以太网1.100Mbps快速以太网快速以太网又又称称快快速速以以太太网网(FastEthernet，FE)，包包括括100Base

79、-TX和和100Base-FX。与与10Mbps网络的比较：网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快传输率快10倍；倍；帧结构和介质访问控制方式沿用帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。 3种不同的物理层标准：种不同的物理层标准：MAC子层子层100BaseFX100BaseTX2对对5类类UTP光纤光纤4对对3、4、5类类UTP100BaseT48/6/202481计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术2.千兆以太网千兆以太网(GigabitEthernet，GE)两种标准：

80、两种标准：802.3z和和802.3ab802.3z1000BaseX屏蔽短双绞线屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab1000BaseT无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(5类，类，6类类)连接距离较短：连接距离较短：1000BaseX:双绞线双绞线-25米；米；MMF-550米；米；SMF-3km1000BaseT:5类双绞线类双绞线100米米拓扑结构和媒体布线方法同拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同；相同；传输速率比传输速率比100BaseT快快10倍；倍；帧结构和介质访问控制方式仍沿用帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容

81、性。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。8/6/202482计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术以网络交换机为主干的以太网以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形结构拓扑仍为星形结构总线网络或基于集线器的网络：总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps；基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制，的限制， 网络总带宽网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，

82、每个连接的带每个连接的带宽为宽为10Mbps ；3. 交换式以太网交换式以太网8/6/202483计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术使用交换机后，可建立多个并发使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：的通信。例如：8个端口可建立个端口可建立4个并发通信，个并发通信，总带宽总带宽=(8/2)*10Mbps=40Mbps在访问服务器的流量非常大的网在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置络中，可在交换机上设置1-2个高个高速端口速端口(100Mbps/1Gbps)，把服把服务器与该高速端口相连，便可大务器与该高速端口相连，便可

83、大大提高服务器访问的速度。这种大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为连接服务器的方法又称为Big-Pipe。10Mbps网络交换机网络交换机8/6/202484计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术交换机的两种用法交换机的两种用法(以以10Mbps网络交换机为例网络交换机为例)：(1)端口下接站点：站点独占端口下接站点：站点独占10Mbps带宽带宽(2)端口下接网段：网段中所有站点共享端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽带宽共享共享10M独享独享10M共享共享10M独享独享10M网络交换机网络交换机SwitchHU

84、BHUB8/6/202485计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术4. 万兆以太网随着网络应用的快速发展，高分辨率图象、视频随着网络应用的快速发展，高分辨率图象、视频和其他大数据量的数据类型都需要在网上传输，和其他大数据量的数据类型都需要在网上传输，促使对带宽的要求日益增长，并对计算机、服务促使对带宽的要求日益增长，并对计算机、服务器、集线器、交换机造成越来越大的压力。器、集线器、交换机造成越来越大的压力。10G10G以太网由此诞生，以太网由此诞生，10G10G以太网标准定名为以太网标准定名为IEEE802.3aeIEEE802.3ae。

85、有以下三类网络：有以下三类网络：局域网中的局域网中的10G10G以太网、以太网、 城域网中的城域网中的10G10G以太网、以太网、广域网中的广域网中的10G10G以太网。以太网。8/6/202486计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 Unit 2 数据通信技术 Data Communication Technology8/6/202487计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术本节主要内容本节主要内容数据通讯的基础知识 数据通信中的检错与纠错 8/6/202488计算机控制技

86、术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术8/6/202489计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (1)1.数据通信概述计计算算机机与与计计算算机机之之间间、计计算算机机与与仪仪器器设设备备之之间的数据交换称为数据通信。间的数据交换称为数据通信。需需要要一一个个通通信信网网络络( (如如电电话话交交换换网网、用用户户电电报报网网及及专专用用通通信信网网络络) )来来传传输输数数据据信信号号，并并且且与与数据处理相关。数据处理相关。 8/6/2024

87、90计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (2)(1)通信系统模型任何一个通信系统都可以借助如图所示的通信系统模型来抽象地进行描述。 噪声噪声N ( t )输输出出数数据据d或或信信号号d ( t )信息源信息源发信机发信机传输媒介传输媒介噪声源噪声源收信机收信机受信者受信者通信系统模型示意框图通信系统模型示意框图输输入入数数据据d或或信号信号d(t)发送信号发送信号s(t)接收信号接收信号r(t)8/6/202491计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制

88、系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (3)(2)模拟通信、数字通信和数据通信 通信传输的信息通信传输的信息 语音、图像、文字、数据等语音、图像、文字、数据等信息的类别信息的类别 连续信息：信息的状态随时间而连续变化连续信息：信息的状态随时间而连续变化 离散信息：信息的状态是可列的或是离散的离散信息：信息的状态是可列的或是离散的通信中的两种基本传输信号通信中的两种基本传输信号 模拟信号：信号波形可表示成时间的连续函数模拟信号：信号波形可表示成时间的连续函数 数字信号：信号幅度是不连续的离散值数字信号：信号幅度是不连续的离散值8/6/202492计算机控制技术第

89、第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (4)模拟通信模拟通信 以模拟信号作为载体来以模拟信号作为载体来传输信息传输信息数字通信数字通信 以数字信号作为载体来以数字信号作为载体来传输信息称为数字通信传输信息称为数字通信数据通信数据通信 若信息源产生的是数据，若信息源产生的是数据，则整个通信过程称为数据通信则整个通信过程称为数据通信。（a）模拟信号模拟信号tu01001（b）数字信号数字信号tu传输信号示意图传输信号示意图8/6/202493计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机

90、控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (5) (3)(3)数据编码或调制数据编码或调制 数据编码数据编码 在在通通信信系系统统中中，为为实实现现正正常常通通信信，要要对对二二进进制制码码和和字字符符的对应关系作一个统一的规定，这种规定即称为的对应关系作一个统一的规定，这种规定即称为编码编码。 除除传传输输信信息息内内容容以以外外，还还要要传传输输控控制制信信息息，以以控控制制设设备备的协调及识别报文格式的协调及识别报文格式 目目前前广广泛泛使使用用美美美美国国国国信信信信息息息息交交交交换换换换标标标标准准准准码码码码ASCIIASCII码码码码，每每个个

91、字字符符用用7 7位位2 2进制数表示，可表示进制数表示，可表示128128个不同字符个不同字符 扩展扩展ASCIIASCII码码8/6/202494计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (6)调制调制将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号将数据信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号振幅调制振幅调制ASK(AmplitudeASK(Amplitude Shift Keying Shift Keying） 用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化用原始脉冲信号去控制载波的振幅变化频率调制频率

92、调制FSK(FrequencyFSK(Frequency Shift Keying) Shift Keying) 用原始脉冲信号去控制载波的频率变化用原始脉冲信号去控制载波的频率变化相位调制相位调制PSK(PhasePSK(Phase Shift Keying Shift Keying） 用原始脉冲信号去控制载波的相位变化用原始脉冲信号去控制载波的相位变化8/6/202495计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (7)三种调制信号示意图三种调制信号示意图11110000原始信号原始信号（a

93、）调幅调幅（b）调频调频（c）调频调频（d）调相调相（e）调相调相相位连续相位连续相位不连续相位不连续绝对相位绝对相位相对相位相对相位8/6/202496计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (8) 2.2.数据传输方式数据传输方式 (1)(1)基带传输与频带传输基带传输与频带传输 基基带带是是指指电电信信号号所所固固有有的的频频带带，直直接接将将这这些些电电脉脉冲冲信信号进行传输，就称为基带传输，它不适合远距离传输号进行传输，就称为基带传输，它不适合远距离传输 先进行调制使其频率变窄，再

94、传输，则称为频带传输先进行调制使其频率变窄，再传输，则称为频带传输 (2)(2)串行传输与并行传输串行传输与并行传输 数据在一个信道上按位依次传输的方式称为串行传输数据在一个信道上按位依次传输的方式称为串行传输 数据在多个信道上同时传输的方式称为并行传输数据在多个信道上同时传输的方式称为并行传输8/6/202497计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2.1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (9)(3)(3)同步技术同步技术同同步步是是指指接接收收端端要要按按照照发发送送端端所所发发送送的的每每个个码码元元的的起起止止时时间间来来

95、接接收收数数据据，也也就就是是接接收收端端和发送端要在时间上取得一致。和发送端要在时间上取得一致。常用的同步方式有两种：常用的同步方式有两种： 起起停停同同步步技技术术，与与其其相相对对应应的的传传输输方方式式称称异异步步通通信方式信方式 自自同同步步方方式式，与与其其相相对对应应的的传传输输方方式式称称为为同同步步通通信方式。信方式。 8/6/202498计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (10) 异步通信方式异步通信方式 异步通信方式异步通信方式ASYNCASYNC（Asynchr

96、onous DataAsynchronous Data CommunicationCommunication）每每次次传传送送一一个个字字符符的的数数据据。用用一一个个起起始始位位表表示示传传输输字字符符的的开开始始，用用1 1至至2 2个个停停止止位位表表示示字字符的结束，一个字符构成一帧信息，如图所示。符的结束，一个字符构成一帧信息，如图所示。 发送端发送时，从低位到高位逐位顺序发送。发送端发送时，从低位到高位逐位顺序发送。8/6/202499计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (1

97、1)异步通信信息帧格式异步通信信息帧格式图6.10 异步通信信息帧格式8/6/2024100计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (12)发送时钟和接收时钟发送时钟和接收时钟图 6.11发送、接收时钟和信息位8/6/2024101计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (13)接收端同步接收信息的方法接收端同步接收信息的方法图6 .12接收端同步采样(n=16)8/6/2024102计算

98、机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (14)异步通信存在的问题异步通信存在的问题 在异步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为在异步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，因而数据传送效率低。字符开始和结束的标志，因而数据传送效率低。 为了保证收、发同步，克服为了保证收、发同步，克服RcRc与与TcTc之间的微小偏差，之间的微小偏差，信息位宽度信息位宽度Td=Td=nTcnTc，一般取，一般取n n为为1616、3232、6464等，这等，这样降低了信息传送速率。样降低了

99、信息传送速率。8/6/2024103计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (15) 同步通信方式同步通信方式 同步通信同步通信SYNCSYNC（Synchronous DataSynchronous Data CommunicationCommunication）每每次次传传送送n n个个字字符符的的数数据据块块。用用一一个个或或两两个个同同步步字字符符表表示示传传送送数数据据块块的的开开始始，接接着着就就是是n n个个字字符符的的数数据据块块，字字符符之之间间不不允允许许有有空空隙隙，当

100、当没没有有字符可发送时，则连续发送同步字符，如图所示。字符可发送时，则连续发送同步字符，如图所示。8/6/2024104计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (16)同步字符同步字符 单同步单同步 选择一个特殊的选择一个特殊的8 8位二进制码（如位二进制码（如0111111001111110）作）作为同步字符，称单同步字符为同步字符，称单同步字符 双同步双同步 选择两个连续的选择两个连续的8 8位二进制码作为同步字符，称位二进制码作为同步字符，称双同步字符双同步字符 为了保证收、发同步，收

101、、发双方必须使用相同的为了保证收、发同步，收、发双方必须使用相同的同步字符。同步字符。8/6/2024105计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (17)工作过程工作过程同步通信的编码、解码示意图发送时钟原始数据编码数据解码时钟解码数据8/6/2024106计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (18)与异步通信相比：与异步通信相比： 同步通信的信息帧包括同步字符和数据块，而同步同步通

102、信的信息帧包括同步字符和数据块，而同步字符只有字符只有8 8位或位或1616位，数据块可以任意字节长，所位，数据块可以任意字节长，所以数据传送效率高于异步通信。以数据传送效率高于异步通信。 发送时钟周期发送时钟周期TcTc等于传送数据位的宽度等于传送数据位的宽度( (相当于异相当于异步通信的步通信的n=1)n=1)，故信息传送速率也高于异步通信。，故信息传送速率也高于异步通信。 传送的编码数据中自带时钟信息，保证了收、发双传送的编码数据中自带时钟信息，保证了收、发双方的绝对同步方的绝对同步 造成了同步通信的硬件比异步通信复杂。造成了同步通信的硬件比异步通信复杂。8/6/2024107计算机控制

103、技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (19)（4 4）通信线路的通信方式）通信线路的通信方式 全双工全双工 由两根不同的传输线传送，通信双方都能在同一由两根不同的传输线传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作时刻进行发送和接收操作 半双工半双工 用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可在两个方向上传送，但通信双方不能同时发送和在两个方向上传送，但通信双方不能同时发送和接收接收。 单工单工 数据只能从一方发送的另一方，数据流向固定数据只能从一方发送的

104、另一方，数据流向固定8/6/2024108计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (20)（5 5）传输速率）传输速率在并行通信中，传输速率是以每秒多少字节在并行通信中，传输速率是以每秒多少字节(B/s)(B/s)来表示的。来表示的。在串行通信中，传输速率是用波特率来表示在串行通信中，传输速率是用波特率来表示的。的。波特率波特率是指单位时间内传送二进制数据是指单位时间内传送二进制数据的位数，其单位是位的位数，其单位是位/ /秒秒( (b/sb/s) )。8/6/2024109计算机控制技术第

105、第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .1数据通信的基础知识数据通信的基础知识 (21)多路复用技术多路复用技术把多路信号用一条信道进行传输，以提高效率把多路信号用一条信道进行传输，以提高效率频分多路复用频分多路复用 把把信信道道的的频频谱谱分分割割成成若若干干个个互互不不重重叠叠的的小小频频段段，每条小频段都可以看作是一条子信道每条小频段都可以看作是一条子信道时分多路复用时分多路复用 信道的传输时间分割成许多时间段，信道的传输时间分割成许多时间段， 这种方法接收端与发送端的时序必须严格同步这种方法接收端与发送端的时序必须严格同步8/6/2024

106、110计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (1)差错检测技术的原理 发送方发送方在发送数据的基础上，生成某些校验编码，在发送数据的基础上，生成某些校验编码，然后将该校验编码附加在数据后面一起发送然后将该校验编码附加在数据后面一起发送 接收方接收方收到数据和校验码后，用校验码对收到的数收到数据和校验码后，用校验码对收到的数据进行检验，以确立本次传输是否正确据进行检验，以确立本次传输是否正确差错检测技术的核心是校验编码校验编码8/6/2024111计算机控制技术第第6 6章章 计算机

107、控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (2)1检验编码方法奇奇/ /偶校验编码偶校验编码循环冗余校验编码循环冗余校验编码恒比校验编码恒比校验编码8/6/2024112计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (3)（1 1）. .奇奇/ /偶校验偶校验奇校验奇校验 报文加上校验位后应保证报文加上校验位后应保证“ “1”1”码元个数为奇数码元个数为奇数偶校验偶校验 报文加上校验位后应保证报文加上校验位后应保证“

108、 “1”1”码元个数为偶数码元个数为偶数奇偶校验方法奇偶校验方法 只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效，当只有在出错码元个数是奇数的情况下才有效，当出错码元个数成偶数时，此法无能为力出错码元个数成偶数时，此法无能为力8/6/2024113计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2.2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (4)(2)(2)循环冗余校验循环冗余校验 CRC(CyclicCRC(Cyclic Redundancy Check) Redundancy Check) CRC校验示意图8/6/2024114计算机控制技术

109、第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (5)循环冗余校验的检验能力与生成多项式有关。循环冗余校验的检验能力与生成多项式有关。目前人们已经设计了许多生成多项式，下面三目前人们已经设计了许多生成多项式，下面三个多项式已成为国际标准：个多项式已成为国际标准：CRC-12CRC-12：G(xG(x)=x12+x11+x3+x2+x+1)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16CRC-16：G(xG(x)=x16+x15+x2+1)=x16+x15+x2+1CRC-CITTCRC-CITT：G(x

110、G(x)=x16+x12+x5+1)=x16+x12+x5+18/6/2024115计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (6)（3 3）恒比码）恒比码恒比码恒比码 通通讯讯时时不不是是原原码码传传送送，而而是是对对待待发发送送的的数数据据进进行行编编码码，使使编编码码后后的的每每一一个个字字节节（或或每每一一码码组组）中中，“ “1”1”和和“ “0”0”的个数之比保持恒定的个数之比保持恒定检测能力检测能力 当当码码组组中中任任何何位位置置上上出出现现奇奇数数个个差差错错时时，因

111、因为为破破坏坏了了1 1和和0 0的恒比关系，所以能被检测出来的恒比关系，所以能被检测出来 比一般的奇偶校验有较强的检错能力比一般的奇偶校验有较强的检错能力8/6/2024116计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (7)2纠错方式重发纠错方式重发纠错方式发送端发送能够检错的信息码（如奇偶校发送端发送能够检错的信息码（如奇偶校验码），接收端根据该码的编码规则，判验码），接收端根据该码的编码规则，判断传输中有无错误，并把判断结果反馈给断传输中有无错误，并把判断结果反馈给发送端。如果传

112、输错，则再次发送，直到发送端。如果传输错，则再次发送，直到接收端认为正确为止。接收端认为正确为止。8/6/2024117计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (8)自动纠错方式自动纠错方式 发送端发送能够纠错的信息码，而不仅仅是检错发送端发送能够纠错的信息码，而不仅仅是检错的信息码。的信息码。 接收端收到该码后，通过译码不仅能发现错误，接收端收到该码后，通过译码不仅能发现错误，而且能自动地纠正传输中的错误。而且能自动地纠正传输中的错误。 但是，纠错位数有限，如果为了纠正比较多的错但

113、是，纠错位数有限，如果为了纠正比较多的错误，则要求附加的冗余码比基本信息码多，因而误，则要求附加的冗余码比基本信息码多，因而传输效率低，译码设备也比较复杂。传输效率低，译码设备也比较复杂。8/6/2024118计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.2 .2数据通信中的检错与纠错数据通信中的检错与纠错 (9)混合纠错方式混合纠错方式 发送端发送的信息码不仅能发现错误，而且还具发送端发送的信息码不仅能发现错误，而且还具有一定的纠错能力。有一定的纠错能力。 接收端收到该码后，如果错误位数在纠错能力以接收端收到该码后，如果错误位数在纠错能力以

114、内，则自动地进行纠错；如果错误多，超出了纠内，则自动地进行纠错；如果错误多，超出了纠错能力，则接收端要求发送端重发，直到正确为错能力，则接收端要求发送端重发，直到正确为止。止。8/6/2024119计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3 Unit 3 工业控制计算机网络与通信 Computer Network and Data Communication of Industry Control8/6/2024120计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术本节主要内容本节主要内容现

115、场总线技术 工业以太网 工业控制网络现状8/6/2024121计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3 工业控制网络与通信工业控制网络与通信在功能上，工业网络的结构可分为：在功能上，工业网络的结构可分为： 信息网信息网 位于工业网的上层，是企业数据共享和传输的载体位于工业网的上层，是企业数据共享和传输的载体 主要采用以太网技术；主要采用以太网技术； 控制网控制网 位于工业网的下层，与信息网紧密地集成在一起，位于工业网的下层，与信息网紧密地集成在一起，具有独立性和完整性具有独立性和完整性 主要采用现场总线。主要采用现场总线。8/6/20

116、24122计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.1 现场总线（现场总线（1）现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场，在在微微机机测测量量控控制制设设备备间间实实现现双双向向多多节节点点的的数数字字通通讯讯系系统统，又又称称为为开开放放式式、数数字字化化、多多点点通通讯讯的的低低层层控控制制网网络络，被被誉誉为自动化领域的计算机局域网。为自动化领域的计算机局域网。它它把把各各个个分分散散的的测测量量控控制制设设备备转转换换为为网网络络节节点点，以以现现场场总总线线为为纽纽带带，连连接接成成为为可可以以互互相相通通信信、沟沟

117、通信息、共同完成自控任务的网络化控制系统通信息、共同完成自控任务的网络化控制系统 。8/6/2024123计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.1 现场总线（现场总线（2）现场总线的特征：现场总线的特征： 现场设备已成为以现场设备已成为以微处理器微处理器为核心的数字化设备，为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连总线拓扑相连 。 网络数据通信采用网络数据通信采用基带传输基带传输（即数字信号传输），（即数字信号传输），数据传输速率高（为数据传输速率高（为

118、 Mbit/sMbit/s 或或 10Mbit/s 10Mbit/s 级），实级），实时性好，抗干扰能力强；时性好，抗干扰能力强； 废弃了集散控制系统（废弃了集散控制系统（DCSDCS）中的）中的 I/O I/O 控制站，将控制站，将这一级功能分配给通信网络完成这一级功能分配给通信网络完成 。8/6/2024124计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.1 现场总线（现场总线（3）现场总线的特征：现场总线的特征： 分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性可靠性。 开放式互连开

119、放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连。络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连。 互操作性互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络 。8/6/2024125计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.1 现场总线（现场总线（4） 现行的现场总线标准现行的现场总线标准(IEC(IEC认定认定) )： 基金会现场总线基金会现

120、场总线FF(FoundationFF(Foundation FieldbusFieldbus) )； Control NetControl Net； ProfibusProfibus； P-NetP-Net； FF(FoundationFF(Foundation FieldbusFieldbus) )高速以太网高速以太网HSEHSE； SwiftNetSwiftNet； WorldFIPWorldFIP； InterbusInterbus-S-S。8/6/2024126计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.2 工业以太网（工业以太

121、网（1）1.1.以太网的优势：以太网的优势：以太网以太网( Ethernet) ( Ethernet) 由于其应用的广泛性和技由于其应用的广泛性和技术的先进性，已逐渐垄断了商用计算机的通术的先进性，已逐渐垄断了商用计算机的通讯领域和过程控制领域中上层的信息管理与讯领域和过程控制领域中上层的信息管理与通信，并且有进一步直接应用到工业现场的通信，并且有进一步直接应用到工业现场的趋势。趋势。8/6/2024127计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.2 工业以太网（工业以太网（2）与现场总线相比，以太网具有以下优点:应用广泛应用广泛 成

122、本低廉成本低廉 通信速率高通信速率高 软硬件资源丰富软硬件资源丰富 可持续发展潜力大可持续发展潜力大 8/6/2024128计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.2 工业以太网（工业以太网（3）2.工业以太网关键技术通信实时性通信实时性 以太网采用以太网采用CSMA/CDCSMA/CD方式解决通信介质层竞争，方式解决通信介质层竞争，导致了非确定性的产生。因为在一系列碰撞后，报导致了非确定性的产生。因为在一系列碰撞后，报文可能会丢失，节点与节点间通信无法得到保障，文可能会丢失，节点与节点间通信无法得到保障，从而使控制系统通信确定性和

123、实时性难以保证从而使控制系统通信确定性和实时性难以保证 采用星型网络结构、以太网交换技术，可以大大减采用星型网络结构、以太网交换技术，可以大大减少少( (半双工方式半双工方式) )或完全避免碰撞或完全避免碰撞( (全双工方式全双工方式) )，从，从而使以太网的通信确定性大大增强，并为以太网技而使以太网的通信确定性大大增强，并为以太网技术应用于工业现场控制清除了主要障碍。术应用于工业现场控制清除了主要障碍。8/6/2024129计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.2 工业以太网（工业以太网（3）2.2.工业以太网关键技术（续）工业

124、以太网关键技术（续） 总线供电总线供电 总线供电是指连接到现场设备的线缆不仅传送数据信总线供电是指连接到现场设备的线缆不仅传送数据信号，还能给现场设备提供工作电源号，还能给现场设备提供工作电源 方法一：在目前以太网标准基础上适当地修改物理层方法一：在目前以太网标准基础上适当地修改物理层的技术规范，将以太网的曼彻斯特信号的技术规范，将以太网的曼彻斯特信号调制调制到一个直到一个直流或低频交流电源上，在现场设备端再将这两路信号流或低频交流电源上，在现场设备端再将这两路信号分离出来。分离出来。 方法二：不改变目前以太网的物理层结构，即应用于方法二：不改变目前以太网的物理层结构，即应用于工业现场的以太网

125、仍然使用目前的物理层协议，而通工业现场的以太网仍然使用目前的物理层协议，而通过连接电缆中的过连接电缆中的空闲线缆空闲线缆为现场设备提供工作电源为现场设备提供工作电源8/6/2024130计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.2 工业以太网（工业以太网（3）2.工业以太网关键技术（续）互操作性互操作性 网络生存性网络生存性 网络安全性网络安全性 本质安全与安全防爆技术本质安全与安全防爆技术 远距离传输远距离传输 8/6/2024131计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3

126、.3 工业控制网络现状（工业控制网络现状（1）现场总线实时性好、稳定性高、可靠性高、技现场总线实时性好、稳定性高、可靠性高、技术成熟，但有也存在着总线标准多，不同总线术成熟，但有也存在着总线标准多，不同总线标准的设备之间标准的设备之间互连互连互连互连困难，现场总线的数据传困难，现场总线的数据传送送速度速度速度速度比以太网慢等不足之处。比以太网慢等不足之处。 工业以太网传送速度快、不存在现场总线的多工业以太网传送速度快、不存在现场总线的多种标准的问题，但在种标准的问题，但在实时性、可靠性、安全性实时性、可靠性、安全性实时性、可靠性、安全性实时性、可靠性、安全性等方面还没有得到很好的解决，很多技术

127、还有等方面还没有得到很好的解决，很多技术还有待成熟。目前，工业以太网用于现场设备控制待成熟。目前，工业以太网用于现场设备控制还没有得到广泛的应用，但是一种发展趋势。还没有得到广泛的应用，但是一种发展趋势。8/6/2024132计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.3 工业控制网络现状（工业控制网络现状（2）目前，一般采用以太网和现场总线相结合来构成目前，一般采用以太网和现场总线相结合来构成一个企业的信息化网络。一个企业的信息化网络。 可分为三个层次，从下到上依可分为三个层次，从下到上依次为现场设备层、过程监控层和信息管理层。次为现

128、场设备层、过程监控层和信息管理层。信息管理层信息管理层 企企业业信信息息管管理理网网络络位位于于最最上上层层，它它主主要要用用于于企企业业的的生生产产调调度度、计计划划、销销售售、库库存存、财财务务、人人事事以以及及企企业的经营管理等方面信息的传输。业的经营管理等方面信息的传输。 主要由快速以太网主要由快速以太网(100M(100M、1000M1000M、10G10G等等) ) 组成。组成。 企业信息化网络企业信息化网络企业信息化网络企业信息化网络8/6/2024133计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中的网络与通信技术6.3.3 工业控制网络现状（工

129、业控制网络现状（3）企业信息化网络企业信息化网络过程监控层过程监控层 过程监控网络位于中间，主要用于将采集到的现过程监控网络位于中间，主要用于将采集到的现场信息置入实时数据库，进行先进控制与优化计场信息置入实时数据库，进行先进控制与优化计算、集中显示、过程数据的动态趋势与历史数据算、集中显示、过程数据的动态趋势与历史数据查询、报表打印。查询、报表打印。 这部分网络主要由传输速率较高的网段这部分网络主要由传输速率较高的网段( (如如10M10M、100M100M以太网等以太网等) ) 组成。组成。8/6/2024134计算机控制技术第第6 6章章 计算机控制系统中的网络与通信技术计算机控制系统中

130、的网络与通信技术6.3.3 工业控制网络现状（工业控制网络现状（4）企业信息化网络企业信息化网络现场设备控制层现场设备控制层 现场设备层网络位于最底层，主要用于控制系统现场设备层网络位于最底层，主要用于控制系统中大量现场设备之间测量与控制信息以及其他信中大量现场设备之间测量与控制信息以及其他信息息( (如变送器的零点漂移、执行机构的阀门开度状如变送器的零点漂移、执行机构的阀门开度状态、故障诊断信息等态、故障诊断信息等) ) 的传输。的传输。 现场设备网络主要有现场总线如现场设备网络主要有现场总线如FFFF、ProfibusProfibus、WorldFIPWorldFIP、De2viceNet De2viceNet 、P2NET P2NET 等低速网段组等低速网段组成。成。 8/6/2024135计算机控制技术