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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 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 Network and CommunicationNetwork and Communication Technology of Computer Technology of Computer Control SystemControl System 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 计算机网络概述计算机网络概述 数据通信技术数据通信技术 工业控制计算机网络与通讯工业控制计算机网络与通讯 Date2计算机控制技术 3* 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 16.1 Unit 1 计算机网络概述计算机网络概述 Introduction of Computer Introduction of Computer NetworkNetwork 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定义 计算机网络的分类计算机网络的分类 计算机网络的协议层次模型计算机网络的协议层次模型 计算机局域网计算机局域网 计算机网络互联设备计算机网络互联设备 Date4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 .16.1 .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，以实现信息的设备和线路相互连接起来，以实现信息的 传输和资源共享的一种计算机系统。传输和资源共享的一种计算机系统。 网络中的各台计算机或设备（或称为节点网络中的各台计算机或设备（或称为节点 ）之间相互通信）之间相互通信 ，并能实现资源共享。，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资源包括硬件资源、软件资源和数据库资 源。源。 Date5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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（1 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 (Metropolitan 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。 1.1.按网络的跨度分类按网络的跨度分类 计算机控制系计算机控制系 统中一般采用统中一般采用 局域网或局域局域网或局域 网的互连。网的互连。 Date6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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（2 2） 2.2.按网络的拓朴结构分类按网络的拓朴结构分类 网络拓扑结构定义：网络拓扑结构定义： 在计算机通信网络中，网络的拓扑在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)(Topology) 结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互 连接的方式。连接的方式。 Date7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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（3 3） 按网络的拓朴结构分类：按网络的拓朴结构分类： 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。 总线型网总线型网: :所有入网机器共用一条传输线路，机器所有入网机器共用一条传输线路，机器 通过专用的分接头接入线路。由于线路对信号的衰通过专用的分接头接入线路。由于线路对信号的衰 减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建 局域网。局域网。 Date8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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（4 4） 按网络的拓朴结构分类：按网络的拓朴结构分类： 环形网环形网 : :入网机器通过中继器接入网络，每个中继入网机器通过中继器接入网络，每个中继 器仅与两个相邻的中继器有直接的物理线路，所有器仅与两个相邻的中继器有直接的物理线路，所有 的中继器及其物理线路构成了一个环状的网络系统的中继器及其物理线路构成了一个环状的网络系统 ，环形网也是局域网的一种主要形式。，环形网也是局域网的一种主要形式。 网状网络网状网络: :利用专门负责数据通信和传输的节点机利用专门负责数据通信和传输的节点机 构成的网络，入网机器直接接入节点机进行通信，构成的网络，入网机器直接接入节点机进行通信， 网状网络主要用于地理范围大、入网机器多的环境网状网络主要用于地理范围大、入网机器多的环境 ，例如构造广域网。，例如构造广域网。 Date9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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（5 5） 3.3.按管理性质分类按管理性质分类 专用网：专用网： 公用网：公用网： 由电信部门组建、管理和控制，网由电信部门组建、管理和控制，网 络内的传输和转换可供任何部门和个人使用络内的传输和转换可供任何部门和个人使用 ；公用网常用于远程网络的构建，支持用户；公用网常用于远程网络的构建，支持用户 的远程通信的远程通信 。 由用户部门组建经营的网络，不允由用户部门组建经营的网络，不允 许其它用户和部门使用；由于投资因素，专许其它用户和部门使用；由于投资因素，专 用网常为局域网或者是通过租借电信部门的用网常为局域网或者是通过租借电信部门的 线路而组建的广域网。线路而组建的广域网。 Date10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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（6 6） 4.4.按信息交换方式分类按信息交换方式分类 报文交换网：报文交换网： 分组交换网：分组交换网： 电路交换网：电路交换网： 类同报文交换技术，但规定了交换机类同报文交换技术，但规定了交换机 处理和传输数据的长度（称之为分组），不同用户处理和传输数据的长度（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物理链路上传的数据分组可以交织出现在网络中的物理链路上传 输。输。 类同电话方式，具有建立链路、数据类同电话方式，具有建立链路、数据 传输和释放链路三个阶段；通信过程中，自始至终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其信道资源。占用该链路。且不允许其它用户共享其信道资源。 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次传输。空闲时，再进行用户数据的一次传输。 Date11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 6.1.2 计算机网络的分类（计算机网络的分类（7 7） 5.5.按逻辑功能分类按逻辑功能分类 通信子网通信子网 网络中面向数据通信的资源集合，主要支持用户网络中面向数据通信的资源集合，主要支持用户 数据的传输；该子网包括传输线路、交换机和网数据的传输；该子网包括传输线路、交换机和网 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 网络中面向数据处理的资源集合，主要支持用户网络中面向数据处理的资源集合，主要支持用户 的应用；该子网由用户的主机资源组成，包括接的应用；该子网由用户的主机资源组成，包括接 入网络的用户主机，以及面向应用的外设（例如入网络的用户主机，以及面向应用的外设（例如 终端）、软件和可共享的数据（例如公共数据库终端）、软件和可共享的数据（例如公共数据库 ）等）等 。 Date12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 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 1） 计算机网络体系结构的实质计算机网络体系结构的实质 定义和描述一组用于计算机及其通讯设施之间互连定义和描述一组用于计算机及其通讯设施之间互连 的标准和规范的集合，遵循这组规范可以很方便的的标准和规范的集合，遵循这组规范可以很方便的 实现计算机设备之间的通讯。实现计算机设备之间的通讯。 制定标准和协议的目的制定标准和协议的目的 能够支持异种计算机间的互连与通信能够支持异种计算机间的互连与通信 能够支持多种通信媒体能够支持多种通信媒体 能够支持多种处理业务能够支持多种处理业务 能够支持高级的人机接口能够支持高级的人机接口 具有可扩充能力具有可扩充能力 Date13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 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 2） 应 用 层 表 示 层 会 话 层 传 输 层 网 络 层 物 理 层 数据链路层 逻辑链路控制层（LLC） 介质存取控制层（MAC） 七层模型示意图七层模型示意图 Date14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 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 3） 1.OSI(1.OSI(开放系统互连开放系统互连 ) )模型模型 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、连接器等等双绞线电缆、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。可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）和电缆等芯片，印刷电路板（网络适配器）和电缆等 。 Date15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 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 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问（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。测）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 子层之上，主要负责发送和接收用户的数据信息。子层之上，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（网络芯片实现，而再往上的各层则是由软件（网络 驱动器）来实现的。驱动器）来实现的。 Date16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 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 5 ） 网络层网络层 （Network LayerNetwork 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，使之到达它们的目 的地。网络层负责寻址及传送信息包。的地。网络层负责寻址及传送信息包。 传输层传输层 （Transport LayerTransport Layer） 当同一时刻有多个信息包在传送时，传输层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将控制信息报文组成部件的顺序并规范输入 的信息流。如果来了一个重复的信息包，传的信息流。如果来了一个重复的信息包，传 输层将识别出它是重复的并将其丢弃。输层将识别出它是重复的并将其丢弃。 Date17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 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 6 ） 会话层（会话层（Session LayerSession Layer） 这一层的功能是使运行于两个工作站上的应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用程序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立的会话，可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，支持会话的对话。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期间对信息包的发送与接收的管理及结束会 话。话。 Date18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 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 7 ） 表示层（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模型中的这一层可以被应用程序使用。一条将模型中的这一层可以被应用程序使用。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。 Date19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 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 8） 2.2.层间协议层间协议 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 相邻层之间的通信相邻层之间的通信 发生在相邻的上下层之间，属于局部问题。标准发生在相邻的上下层之间，属于局部问题。标准 中定义了通信的内容，未规定这些内容的具体表中定义了通信的内容，未规定这些内容的具体表 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 对等层之间的通信对等层之间的通信 发生在不同开放系统的相同层次之间，属于对等发生在不同开放系统的相同层次之间，属于对等 层实体之间的信息交换，以保证相应层次功能的层实体之间的信息交换，以保证相应层次功能的 实现和服务的提供。标准中利用定义协议来规定实现和服务的提供。标准中利用定义协议来规定 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 Date20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 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 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 NN N-1N-1 物理层物理层 OSI环境下的层间通信 Date21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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1 1） LANLAN的定义的定义 是允许中等地域的众多独立设备通过中等速率的物理是允许中等地域的众多独立设备通过中等速率的物理 信道直接互连可进行通信的数据通信系统。信道直接互连可进行通信的数据通信系统。 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 Date22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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2 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 星形结构由中央结点和分支结点所构成，各个分支结星形结构由中央结点和分支结点所构成，各个分支结 点均与中央结点具有点到点的物理连接，分支结点之点均与中央结点具有点到点的物理连接，分支结点之 间没有直接的物理通路。间没有直接的物理通路。 分支结点 中央结点 星形结构示意图 Date23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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（3 3） 星形结构星形结构 通信方式：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 。 Date24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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（4 4） 星形结构星形结构 典型的网络系统是基于电路交换的电话交换典型的网络系统是基于电路交换的电话交换 网。网。 优点：星形拓扑结构属于集中型网络，易于优点：星形拓扑结构属于集中型网络，易于 将信息流汇集起来，从而提高全网络的信息将信息流汇集起来，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处理效率，适用于各站之间信息流量较大的 场合。场合。 缺点：可靠性较低，如果主结点发生故障，缺点：可靠性较低，如果主结点发生故障， 那么将影响全网络的通信。那么将影响全网络的通信。 Date25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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（5 5） 总线结构总线结构 采用无源传输媒体作为广播总线，利用电缆抽头将各采用无源传输媒体作为广播总线，利用电缆抽头将各 种入网设备接入总线；为了防止传输信号的反射，总种入网设备接入总线；为了防止传输信号的反射，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 终接器 总线结构示意图 Date26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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（6 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总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。线向两端传播的特性来实现的。 总线形结构属于分散型网络，其结构灵活，易于扩总线形结构属于分散型网络，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，可靠展。一个站发生故障不会影响其它站的工作，可靠 性高。性高。 但传送距离短。但传送距离短。 Date27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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（7 7） 环形结构环形结构 环接口设备通过传输媒体串接形成闭合环路，它们之环接口设备通过传输媒体串接形成闭合环路，它们之 间具有点到点的连接，入网设备通过环接口设备接入间具有点到点的连接，入网设备通过环接口设备接入 环路环路 闭合回路 计算机 环形结构示意图 Date28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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（8 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，网上信息沿单方向围绕结点传递来达到线路共用，网上信息沿单方向围绕 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：环形拓扑结构属于分散型网络，环形网的信优点：环形拓扑结构属于分散型网络，环形网的信 号经每个中继器整形、放大后再传送，不但传送距号经每个中继器整形、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。 Date29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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（9 9） 混合形结构混合形结构 混合形结构是将上述各种拓补混合起来的结构，常见混合形结构是将上述各种拓补混合起来的结构，常见 的有树形、环星形等。的有树形、环星形等。 闭合回路 计算机 环星形结构示意图 Date30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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1010） 选择拓补结构的考虑选择拓补结构的考虑 费用费用 除传播媒体和所需设备本身的费用之外，还应包括除传播媒体和所需设备本身的费用之外，还应包括 安装费用等安装费用等 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 主要包括媒体接触以及个别结点故障对整个网络的主要包括媒体接触以及个别结点故障对整个网络的 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 Date31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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1111） 2.2.局域网网络协议局域网网络协议 根据根据IEEE802IEEE802标准，标准，LANLAN协议参照了协议参照了OSIOSI模型模型 的物理层和数据链路层，并没有涉及到第三层的物理层和数据链路层，并没有涉及到第三层 至第七层。至第七层。 从应用层到网络层的高层功能完全由软件来实从应用层到网络层的高层功能完全由软件来实 现，它提供了两个站之间的端现，它提供了两个站之间的端端服务。而最端服务。而最 低两层（物理层和链路层）功能上基本上有硬低两层（物理层和链路层）功能上基本上有硬 件来完成。件来完成。 LANLAN协议把链路层又分成逻辑链路控制层协议把链路层又分成逻辑链路控制层LLCLLC 和介质访问控制层和介质访问控制层MACMAC。 Date32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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1212） (1).(1).物理层：物理层：在发送和接收时，对数据（信息）位流进在发送和接收时，对数据（信息）位流进 行编码或解码。根据行编码或解码。根据IEEE802IEEE802标准，基带传输采用曼标准，基带传输采用曼 彻斯特编码或差动曼彻斯特编码，传输介质为双绞线彻斯特编码或差动曼彻斯特编码，传输介质为双绞线 或同轴电缆，对于采用或同轴电缆，对于采用CSMA/CDCSMA/CD技术的网络进行载体技术的网络进行载体 监听和冲突检测。监听和冲突检测。 (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)(LLC)采用采用IEEE802IEEE802标准。标准。LLCLLC为高层为高层 服务，向上提供高层接口。在发送时，把数据装配成服务，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、信息段和带有站地址段、控制段、信息段和CRCCRC段的帧。在接段的帧。在接 受时，拆卸帧，执行站地址识别，受时，拆卸帧，执行站地址识别，CRCCRC校验，并把接校验，并把接 收数据传送给上层。收数据传送给上层。LLCLLC向下提供介质访问控制层的向下提供介质访问控制层的 接口。接口。 Date33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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1313） (3).(3).介介质访问控制层质访问控制层 功能：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：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）。）。 Date34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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1414） 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)(CMSA/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。 Date35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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1515） 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。 等待占用的时间信息冲突 Date36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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1616） 冲突检测的解决办法：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。 Date37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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1717） CMSA/CDCMSA/CD方式特点：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，发送信息 的等待时间加长，效率显著降低。 Date38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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1818） 令牌环（令牌环（Token RingToken Ring） 令牌环（令牌环（Token Token RingRing）全称是令牌通行）全称是令牌通行 环（环（Token Token Passing Passing RingRing），仅适用于环），仅适用于环 形网络结构。形网络结构。 在这种方式中，令牌是控制标志，网中在这种方式中，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，令牌又传给相能发送信息，发送完后，令牌又传给相 邻的另一个结点。邻的另一个结点。 Date39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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（1919） 令牌传递的方法：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，并可发送信息。 Date40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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2020） 令牌环的优缺点：令牌环的优缺点： 优点：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：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。 Date41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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2121） 令牌总线（令牌总线（Token BusToken Bus） 令牌总线方式主要用于总线形式中。令牌总线方式主要用于总线形式中。 工作原理：工作原理：它把总线传输介质上的各个它把总线传输介质上的各个 结点形成一个逻辑环，即人为地给各结结点形成一个逻辑环，即人为地给各结 点规定一个顺序点规定一个顺序( (例如，可按各结点号的例如，可按各结点号的 大小排列大小排列) )。逻辑环中的控制方式类同于。逻辑环中的控制方式类同于 令牌环。令牌环。 Date42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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2222） 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吞吐能力大，吞吐量随数据传输速率的提高而增 加；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不需冲突检测，故信号电压可以有较大的动态范 围；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 RingToken Ring方式的网络远。方式的网络远。 缺点缺点: : 结点获得令牌的时间开销较大，一般一个结点都结点获得令牌的时间开销较大，一般一个结点都 需要等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。需要等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。 Date43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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2323） （4 4）LANLAN网络适配器网络适配器 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网络接口板。 Date44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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2424） 3.3.传输媒体传输媒体 用于局域网的传输媒体主要有有线传输和无线传用于局域网的传输媒体主要有有线传输和无线传 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 Date45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 6.1.4 计算机局域网络（计算机局域网络（2525） 4.4.传输技术传输技术 基带传输基带传输 保持数据波的原样进行传输称为基带传输，此时的数保持数据波的原样进行传输称为基带传输，此时的数 据信号为电子或者光脉冲据信号为电子或者光脉冲 基带传输不适合于高速和远距离传输，除非传输媒体基带传输不适合于高速和远距离传输，除非传输媒体 的性能很好（如光纤）的性能很好（如光纤） 宽带传输宽带传输 采用调制的方法，以连续不断的电磁波信号来传输数采用调制的方法，以连续不断的电磁波信号来传输数 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 Date46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（1 1） 1.1.中继器中继器 负责两个结点的物理层按位传递信息，完成信号的负责两个结点的物理层按位传递信息，完成信号的 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。 2.2.集线器集线器 一种特殊的中继器，作为网络传输介质的中央结点一种特殊的中继器，作为网络传输介质的中央结点 ，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。 以集线器为中心的优点是：当网络系统中的某条线以集线器为中心的优点是：当网络系统中的某条线 路或节点出现问题时，不会影响网上其它结点的正路或节点出现问题时，不会影响网上其它结点的正 常工作。常工作。 Date47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（2 2 ） 3.3.网桥网桥 网桥是连接两个局域网的设备，工作在数据网桥是连接两个局域网的设备，工作在数据 链路层，用它可以完成具有相同或相似体系链路层，用它可以完成具有相同或相似体系 结构网络系统的连接。结构网络系统的连接。 网桥是为各种局域网存储转发数据而设计的网桥是为各种局域网存储转发数据而设计的 ，网桥可以将不同的局域网连在一起，组成，网桥可以将不同的局域网连在一起，组成 一个扩展的局域网。一个扩展的局域网。 Date48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（3 3 ） 4.4.交换机交换机 交换机是一种具有使用简单、价格低、性能交换机是一种具有使用简单、价格低、性能 高等特点的交换产品，体现了桥接技术的复高等特点的交换产品，体现了桥接技术的复 杂交换技术，和网桥一样也是工作在数据链杂交换技术，和网桥一样也是工作在数据链 路层。路层。 与网桥相比不同点是：交换机存储转发延迟与网桥相比不同点是：交换机存储转发延迟 小，远远超过了网桥互联网络之间的转发性小，远远超过了网桥互联网络之间的转发性 能。能。 Date49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（4 4 ） 5. 5.路由器路由器 路由器是一种典型的网络层设备，它在两个路由器是一种典型的网络层设备，它在两个 局域网之间转发数据包，完成网络层的中继局域网之间转发数据包，完成网络层的中继 任务，路由器负责在两个局域网的网络层间任务，路由器负责在两个局域网的网络层间 按包传输数据。按包传输数据。 路由器的主要工作是为经过路由器的每个数路由器的主要工作是为经过路由器的每个数 据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包 有效地传送到目的站点。有效地传送到目的站点。 Date50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（5 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时使用的设备。它可以将具有不同体系结构 的计算机网络连接在一起，网关属于最高层的计算机网络连接在一起，网关属于最高层 （应用层）的设备。（应用层）的设备。 有些网关可以通过软件来实现协议的转换，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，但这是以消耗机并起到与硬件类似的作用，但这是以消耗机 器的资源为代价来实现的。器的资源为代价来实现的。 Date