现场总线第三章控制网络基础---副本PPT课件

现场总线技术第三章控制网络基础,.,2,一、控制网络的特点二、网络的拓扑结构与传输介质三、网络传输介质的访问控制方式四、网络互联及其通信参考模型五、网络互联设备六、一致性与互操作性测试技术,控制网络基础,.,3,控制网络基础,计算机网络是由多台互相连接、可共享数据资源的计算机构成的集合，是用传输线路将计算机连接起来的计算机群。计算机网络节点是各类型计算机及其外设。计算机网络按地域可分为广域网、城域网、局域网。广域网：几十到几百公里；为提高传输线路的利用率，多采用多路复用技术、或通信卫星、微波通信。,.,4,控制网络基础,局域网：10公里以内，某个单位或部门所有，用于连接单位内部计算机资源，如学校或办公楼。传输速率高，一般为10Mb/s、1000Mb/s等。传输介质有同轴电缆、光缆、双绞线、电话线。城域网：通常在一个城市的范围之内，规模介于局域网与广域网之间，可看作大型局域网，属于为多用户提供数据、语言、图像等传输服务的公用网。,.,5,控制网络基础,控制网络属于一种特殊类型的计算机网络。控制网络技术与计算机网络技术有着千丝万缕的联系，也受到计算机网络，特别是互联网、局域网技术发展的影响，有些局域网技术可直接用于控制网络。但由于控制网络大多工作在生产现场，从节点的设备类型、传输信息的种类、网络所执行的任务、网络所处的工作环境等方面，控制网络都有别于各式计算机所构成的信息网络。,.,6,控制网络基础,1.网络互联的概念和规范,.,7,控制网络基础,1.控制网络的节点除了普通PC或其他种类的计算机、工作站可以作为控制网络的节点外，控制网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量控制设备。,控制器,传感器,执行机构,输出设备,监控设备,操纵台,开关,PC,.,8,控制网络基础,2.控制网络的任务与工作环境,一、控制网络的任务控制网络以具有通信能力的传感器、执行器、测控仪表作为网络节点，以现场总线为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，完成测量控制任务的网络。控制网络要将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制室，在把生产现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室同时，又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备，起着现场级控制设备之间的数据联系与沟通的作用。,.,9,控制网络基础,2.控制网络的任务与工作环境,二、控制网络的工作环境控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械震动，面临严寒酷暑的野外工作环境，要求控制网络能适应这种恶劣的工作环境。控制网络肩负的特殊任务和工作环境，使其具有许多不同于计算机网络的特点：控制网络的数据传输量相对较少，传输速率相对较低，多为短帧传送。要求通信传输的实时性强，可靠性高。,.,10,控制网络基础,3.控制网络的实时性要求,控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足对控制的实时性要求。实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事先规定的先后顺序完成，这种对动作时间有严格要求的系统称为实时系统。实时系统又可分为硬实时和软实时两类。普通计算机网络：非确定性(nondeterministic)网络控制网络：确定性(deterministic)网络,.,11,控制网络基础,一、环形拓扑在环形拓扑中，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止。信号只能单向传输；一个设备故障可能导致网络瘫痪。,.,12,控制网络基础,二、星形拓扑在星形拓扑中，每个节点通过点对点连接到中央节点，任何两个节点之间通信都要通过中央节点进行。星形拓扑可实现数据通信量的综合，每个终端节点只承担较小的通信处理量。星形连接中，如果一条线路受损，不会影响其他线路正常工作。,3.3网络拓扑,.,13,控制网络基础,三、总线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相连的网络拓扑结构。总线拓扑是工业数据通信中应用最为广泛的一种网络拓扑形式。,3.3网络拓扑,.,14,控制网络基础,四、树形拓扑树形拓扑是星形拓扑的扩展形式。也有人认为树形拓扑是总线拓扑的扩展形式。树形拓扑可适用于很宽应用范围，如对网络设备的数量、传输速率和数据类型等，都没有太多限制，可到达很高的带宽。,3.3网络拓扑,.,15,控制网络基础,网络的传输介质,磁介质：高带宽、低费用、高延时（小时）例：80GB/1个移动磁盘，700盘，24h可送到任何地方。总容量=80*700=56000Gbits，总时间=24*60*60=86400s传送速率=56000Gb/86400s648Mb/s金属导体：双绞线、同轴电缆(粗、细)光纤无线介质：无线电、短波、微波、卫星、光波,.,16,控制网络基础,网络的传输介质一、双绞线,-螺旋绞合的双导线，1mm-每根4对、25对、1800对-典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头-优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短,3.4网络的传输介质,.,17,控制网络基础,网络的传输介质一、双绞线,屏蔽双绞线(STP),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音,3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽,非屏蔽双绞线(UTP),3.4网络的传输介质,.,18,控制网络基础,网络的传输介质二、同轴电缆,基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，特征阻抗50，用于数字传输。宽带同轴电缆一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，特征阻抗75，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器。,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,3.4网络的传输介质,.,19,控制网络基础,网络的传输介质三、光缆,依靠光波承载信息速率高，通信容量大仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好，保密性好轻便,3.4网络的传输介质,.,20,控制网络基础,网络的传输介质三、光缆,光纤传输原理利用了光的反射,光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测器光源:850nm/1300nm/1500nm发光二极管/激光二极管介质:光纤光检测器:光电二极管PIN/雪崩光敏二极管APD单向传输，双向需两根光纤。,3.4网络的传输介质,.,21,控制网络基础,网络的传输介质,光电转换器,3.4网络的传输介质,.,22,控制网络基础,网络的传输介质,华为的智能光传输设备,3.4网络的传输介质,.,23,控制网络基础,网络的传输介质四、无线传输,使用电磁波或光波携带信息无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰,3.4网络的传输介质,.,24,控制网络基础,四、无线传输国际上通行把2.4GHz频带留给工业、科学和医疗作短距离通信，不需要许可证。蓝牙无线微微网IEEE802.11有3种物理层标准，有2种工作在2.4GHz无线射频的工业科学医学（ISM）频段，1种工作在红外光波段。红外线电磁波频段1011-1014Hz,属于方向性极强的直线传播，穿障能力差，一般用于室内的短距离通信。,网络的传输介质,3.4网络的传输介质,.,25,控制网络基础,网络的传输介质,地面微波接力,两个地面站之间传送距离：50-100km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,3.4网络的传输介质,.,26,控制网络基础,网络的传输介质,地球同步卫星,与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球传输延迟时间长,3.4网络的传输介质,.,27,控制网络基础,2.网络的传输介质,地球同步卫星,与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球传输延迟时间长,常用传输媒体的比较,.,28,控制网络基础,共享信道连接方法连接方法（1）集中器或复用器（2）公用信道法多点接入技术（1）随机接入（2）受控接入,集中器,公用信道法,.,29,控制网络基础,公用信道法现场总线采用的都是此法。即：通过一个公用信道将所有的用户都连接起来，这种技术常称为多点接入技术或多点访问技术。此类的又可分为：(a)多点线路(b)总线网(c)环形网,多点线路：主机对公用信道的共享进行集中控制；总线网和环形网：所有用户(含主机)地位平等，信道共享采用分散式控制。,.,30,控制网络基础,介质的访问控制方式公用信道法的关键问题：设法避免不同的用户同时使用公用信道，在任何时刻，信道只允许一个用户使用，否则就会互相干扰，无法通讯。因此，为保证各用户之间的正常通信，必须要有一个彼此都遵循的协议，这就是多点接入协议或多点访问协议，也叫介质的访问控制方式。它分为两大类：随机接入和受控接入。,.,31,控制网络基础,随机接入所有的用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息。总线网就属这种类型。在总线网中，当两个或更多的用户同时发送信息时，就产生了帧的冲突(collision)，冲突又称为碰撞，它导致冲突用户的发送都告失败。因此总线网的协议保证接入一定成功，因此它实际上就是争用接入，争用胜利者才可获得总线，因而获得信息的发送权。,.,32,控制网络基础,受控接入各个用户不能任意接入信道而必须服从一定的控制。在多点线路中采用集中式控制，即主机依照一定的顺序逐个询问用户有无信息发送。如有，则被询问的用户就立即将信息发给主机;如无，则再询问下一站。这种控制方法叫做轮询(poling)。可分为：轮叫轮询和传递轮询。环形网采用的是分散式控制。这种方法是在环形网中产生一个特殊的帧，叫做令牌(token)。令牌沿环路从一个站传递到下一个站。协议规定只有持有令牌的站才有权发送信息，当信息发送完毕后，即将令牌传递给下一个站。这样，在协议的控制下，连接到公用信道上的许多站点就可以有条不紊地工作。,.,33,控制网络基础,1.随机访问方式随机访问方式：CSMA/CDCSMA(CarrierSenseMulti-Access):网路上任何节点都没有预定的发起通信的时间，节点随机向网络发起通信。当遇到多个节点同时发起通信时，信号会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为产生“冲突”。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个节点在发送信息之前，都要侦听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波侦听”。,.,34,控制网络基础,1.随机访问方式随机访问方式：CSMA/CDCD(CollisionDetection)由于传输线上不可避免地存在传输延迟，有可能多个站同时侦听到线上空闲并开始发送，从而导致冲突。故每个节点在开始发送信息之后，还要继续侦听线路，判定是否有其他节点正与本节点同时向传输介质发送，一旦发现，便中止当前发送，这就是“冲突检测”。,.,35,控制网络基础,1.随机访问方式CSMA/CD发送数据流程(1)当某个节点要发送数据，先侦听媒体，判断是否有信号在传输；(2)如果有信号传输，转(1)，继续侦听；(3)如果媒体上无信号传输，发送数据，同时对媒体继续监听；(4)如果发出信息与监听信息一致，则认为无冲突，数据正确发送，完成发送任务；(5)如果发送数据与监听信息不一致，则认为发生冲突，立即中止发送过程，并向媒体发送“冲突强化”信号，使其他节点感知冲突，本节点计算发送失败的次数；(6)如果发送失败的次数小于某个阀值，按二进制指数退避算法生成等待时间值，等待一定时间，转(1)，重新发送；(7)如果发送失败的次数大于某个阀值，停止发送尝试，通知用户，产生网络错误。,.,36,控制网络基础,1.随机访问方式CSMA/CD接收数据流程网络上每个节点都监听媒体，若有信号传输，则收集信息并组成帧；然后，节点分析和判断帧中的接收地址；如果接收地址是本地地址，复制接收该帧；否则，丢弃该帧。,CSMA/CD控制方式的数据发送具有广播的特点，网络上所有节点可以接收同一信息。对于指定地址的数据帧，只有一个节点可以复制和接收该帧。,CSMA/CD可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。,.,37,控制网络基础,1.随机访问方式CSMA的类型一、不坚持CSMA假如监听的结果表明介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，则等待一段随机时间，再重新监听。二、1坚持CSMA假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。假如冲突发生，则等待一段随机时间，继续监听。三、P坚持CSMA假如介质是空闲的，则以一定的概率P坚持发送，或以（1-P）的概率延迟一个时间单位后再听。这个时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙的，继续监听直到介质空闲，再以一定的概率P坚持发送。,.,38,控制网络基础,2.受控访问方式轮叫轮询和传递轮询一、轮叫轮询(roll-callpolling)由主机预先确定的顺序轮流向各站发送查询或其他信息，并接收各站发来的信息。轮叫轮询采用多点线路。二、传递轮询(hubpolling)它将控制权按顺序从一个站到另一个站。这一方法实际上就是令牌传递环所采用的方法，不过这里采用的是主机集中控制。轮叫轮询采用多点线路或具有控制站的环形拓扑结构。,.,39,控制网络基础,2.受控访问方式轮叫轮询的工作原理“轮叫轮询”即表示主机轮流查询各站，问有无数据要发送。当然主机也可以主动将数据发给各站。由于在主机向各站发送数据时，其数据帧均带有各站的地址，所以不会出现混乱现象(每个站只能接收主机发给自己的数据)。,.,40,控制网络基础,2.受控访问方式,传递轮询的工作原理主机先向站N发出轮询帧。站N发送数据完毕或在告诉主机没有数据发送时，即将其相邻站(站N-1)的地址附上。当站N向主机发送时，站1至站N-1都可以检测到线路上有数据在传送。由于这些数据的地址是指向主机，所以站1至站N-1都不接收数据。最后，站N-1检测到自己的地址，知道站N把发送权转移到本站了，于是站N-1开始向主机发送数据。以后情况类似。当站1发完数据时，就将主机的地址附上。当发送权重新回到主机手中时，一个循环就结束了。如此，周而复始。图中虚线表示轮询信息的流动路线。,.,41,控制网络基础,2.受控访问方式轮叫轮询和传递轮询的比较(1)传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫轮询的时延。(2)站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮叫轮询的越好。(3)站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处就不太明显。由于传递轮询系统实现起来技术上比较复杂，代价较高。所以，目前实用轮询系统中，主要还是轮叫轮询系统。,.,42,控制网络基础,2.受控访问方式轮叫轮询和传递轮询的比较(1)传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫轮询的时延。(2)站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮叫轮询的越好。(3)站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处就不太明显。由于传递轮询系统实现起来技术上比较复杂，代价较高。所以，目前实用轮询系统中，主要还是轮叫轮询系统。,受控访问方式：令牌访问控制方式,完成功能：令牌传递算法逻辑环的初始化（启动、超时）站插入算法退出环路出错恢复,A,D,E,F,C,B,令牌环,令牌总线,.,43,控制网络基础,2.受控访问方式令牌环（IEEE802.5）拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环。,A,B,D,C,站点,干线耦合器TCU,单向环,发送缓冲区,接收缓冲区,接收,发送,线路驱动,线路接收,控制器,DTE,环路输入,环路输出,干线耦合器的结构,TCU（TrunkCouplingUnit）,高层软件,.,44,控制网络基础,干线耦合器（TCU）,工作状态：发送方式（站点发送数据时）收听/转发方式（其他时候）收听方式下，TCU与DTE断开TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个TCU的输入端。,DTE,TCU,收听方式,K,K,DTE,TCU,发送方式,K,K,.,45,IEEE802.5的帧结构,起始、结束标志访问控制字段包括：,起始,访问控制,结束,1,1,1字节,令牌帧,数据帧（信息帧/控制帧）,起始,访问控制,帧控制,目的地址,源地址,数据,FCS,结束,帧状态,优先级位与预约位。令牌位：帧类型标识。0-令牌；1-信息/控制帧监督位：防止无效帧在环路中无限循环。,位,.,46,控制网络基础,令牌环（IEEE802.5）的发送和接收数据过程一、谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。二、拿到令牌的站将令牌的访问控制字节修改，访问控制字段中的T令牌位由0变为1，后面加挂上自己的数据进行发送。三、数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将修改了状态位的原帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。四、数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，从返回的帧状态位可以得知发送成功，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。,.,47,TokenRing/802.5的操作举例,A,T=0,T,A,T=0,T,A,T=1,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,T,Data,C,Data,（a）,（b）,（c）,帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌,A有数据要发送到C，它抓住空令牌,A将令牌修改为数据帧，并加挂数据,B,C,D,B,B,C,C,D,D,OK,OK,C收到数据后，修改状态位后，继续将该帧发送到D。,.,48,控制网络基础,令牌总线（IEEE802.4）特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网。物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合：物理传输采用广播方式；介质访问控制采用令牌方式。,A,B,C,C,2.受控访问方式,.,49,令牌总线概述：访问媒体的控制方式采用令牌，通过网络节点之间有序地传递令牌，来分配各节点对总线的访问权限，形成闭合逻辑环路。原则：获得令牌的节点可以发送数据；其它节点只能接收数据，或在拥有令牌的节点要求下发送数据。逻辑环路的形成和令牌传递逻辑顺序：每个节点动态维护一个连接表，表中记录本节点在环路中的前继，后继和本节点地址。每个节点根据后继地址确定下一个占有令牌的节点。,A,B,C,C,CAB,BCA,ABC,.,50,控制网络基础,令牌总线（IEEE802.4）发送和接收数据流程1.每个节点均监听媒体；如果媒体上有信息传输，收取该帧，并判断目的地址和控制字段；2.令牌帧(1)如果收到目的地址是本节点地址的令牌，则拥有发送信息的权利；(2)可以发送信息，或要求其他节点发送信息，进行环路维护；(3)然后，将令牌传递给连接表中指定的后继的节点地址；3.信息帧如果收到是信息帧，并且信息帧的目的地址是本节点地址，复制该帧并接收；否则，丢弃该帧；,.,51,控制网络基础,令牌总线中令牌丢失的处理1.每个节点都设有“环不工作计时器”，规定时间未监听到媒体上有信息，“环不工作计时器”超时，表示令牌丢失，或环路处于初始工作状态；2.所有节点采用竞争总线方式，争夺生成令牌的权利；(1)各节点根据本节点地址，形成不同长度的“要求令牌命令帧”，发往媒体并监听媒体；(2)不同地址形成不同长度帧，发往媒体，必然产生冲突，所有节点忽略这种冲突。(3)发送较短的帧的节点发送帧后，仍会听到其他节点在发送信息；发送最长帧的节点发送帧后，会听不到其他节点在发送信息，最终获得产生令牌的权利。,2.受控访问方式,.,52,控制网络基础,2.受控访问方式令牌总线中令牌重复的处理令牌重复的处理由获得令牌的节点进行处理；当获得令牌的节点感知媒体上有信号传输，表示有其他节点也掌握令牌，该节点简单的丢弃令牌，回到接收状态；有时，减少令牌的结果会导致令牌的丢失，于是进入令牌丢失处理过程。,.,53,控制网络基础,2.受控访问方式多路复用技术,复用多个信息源共享一个公共信道,.,54,控制网络基础,2.受控访问方式,复用类型,WDM(波分复用),TDM(时分复用),FDM(频分复用),.,55,控制网络基础,频分复用（FrequencyDivisionMultiplexing）,适用于模拟信号传输,原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。,.,56,控制网络基础,波分复用WaveDivisionMultiplexing,原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。,.,57,控制网络基础,时分复用TimeDivisionMultiplexing,原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。,.,58,控制网络基础,时分复用TimeDivisionMultiplexing,原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。,同步TDM与统计(异步)STDM,TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。,.,59,控制网络基础,一、网络互联的基本概念网络互联是要将分布在不同地理位置的网络、网络设备连接起来，构成更大规模的网络系统，以实现网络的数据资源共享。相互连接的网络可以是同种类型网络，也可以是运行不同协议的异构系统。网络互联要求不改变原有的子网内的网络协议、通信速率、硬软件配置等，通过网络互联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，并要求网络互连对原有子网的影响减至最小。,1.网络互联的概念和规范,.,60,控制网络基础,二、网络互联的规范IEEE802.1A为综述和体系结构，802.1B为寻址、网际互联和网络管理。IEEE802.2为逻辑链路控制；IEEE802.3为CSMA/CD接入方法和物理层规范；IEEE802.4为Tokenbus令牌总线接入方法和物理层规范；IEEE802.5为Tokenring令牌环接入方法和物理层规范；IEEE802.6为MAN城域网接入方法和物理层规范；从上述内容可以看到，服务于网络互连的IEEE802系列标准只涉及物理层与数据链路层中与网络连接直接相关的内容。要为用户提供应用服务，还需要高层次协议提供相应支持。,1.网络互联的概念和规范,.,61,控制网络基础,国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)七层通信协议,2.开放系统互联参考模型,.,62,控制网络基础,一、物理层（第1层）,3.OSI参考模型的功能划分,提供与传输介质的接口、与物理介质相连所涉及到的机械的、电气的功能和规程方面的特性，最终达到物理的连接。它提供了位(bit)传送的物理通路。该类协议有RS-232C接口协议等。,.,63,控制网络基础,二、数据链路层（第2层）,3.OSI参考模型的功能划分,数据链路层用于链路连接的建立、维持和拆除，实现无差错传输。在点到点或一点到多点的链路上，保证报文的可靠传递。该层实现访问仲裁、数据成帧、同步控制、寻址、差错控制等功能。这类协议典型的例子是：ISO推荐的高级链路控制规程(HDLC)。,.,64,HDLC（HighLevelDatalinkControl）高级数据链路控制规程格式：,8位,8位,8位,16位,8位,0位,标志场：SDLC/HDLC规定所有信息传输必须以一个标志字节开始，且以同一个字节结束，这个字节为01111110，二个标志字节之间构成一个完整的信息单位，称为一帧（frame）“0”位插入/删除技术方法：除标志字节外，遇到连续5个“1”就自动插入一个“0”。如：原始插入后删除后01111110011111010011111101111111111111011111111111,.,65,控制网络基础,三、网络层（第3层）,3.OSI参考模型的功能划分,它是用来处理路径选择和分组交换技术，提供报文分组从源节点至目的节点间可靠的逻辑通路，且担负着连接的建立、维持和拆除。网络层还用于在包头部加入源地址信息，实现逻辑寻址，并将逻辑寻址转换成对应的物理地址。,IP地址,MAC地址,.,66,控制网络基础,四、传输层（第4层）,3.OSI参考模型的功能划分,传输层完成收发之间的数据传送控制，在源节点到目的节点提供端到端的可靠传输服务，保证整个信息无差错、按顺序地到达目的地。用于主机同主机间的连接，为主机间提供透明的数据传输链路，传输单位为报文。UDP：用户数据报协议TCP:传输控制协议,.,67,控制网络基础,五、会话层（第5层）,3.OSI参考模型的功能划分,也称会晤层，主要功能是在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接,并对会话进行管理和控制,保证会话数据可靠传送。如果不考虑第六层，那么该层就是用户至网络的接口，有时第四、五、六层合在一起。最重要的核心功能：会话连接、正常数据传送、有序释放、用户放弃和提供者放弃。,.,68,控制网络基础,六、表示层（第6层）,3.OSI参考模型的功能划分,表示层可实现用户或应用程序之间交换数据的格式转换。提供一套格式化服务，如代码变换、报文压缩、保密码的加密及解密、文件传输协议。表示层仅对应用层的信息内容进行形式变换，而不改变其内容本身。,本地表示1,本地表示2,公共表示,公共表示,表示层,传输层,.,69,控制网络基础,七、应用层（第7层）,3.OSI参考模型的功能划分,该层为ISO参考模型中的最高层，其功能是实现各种应用进程之间的信息交换，为用户提供网络访问接口，提供如文件传输访问与管理、邮件服务、虚拟终端等服务功能。与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等,.,70,控制网络基础,国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)七层通信协议,2.开放系统互联参考模型,.,71,.,72,.,73,.,74,.,75,.,76,.,77,.,78,.,79,.,80,.,81,.,82,.,83,.,84,.,85,.,86,.,87,控制网络基础,层次结构方法的优点：(1)把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护；(2)定义并提供了具有兼容性的标准接口；(3)使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块；(4)独立性强上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务；(5)适应性强只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变；(6)一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造。,3.OSI参考模型的功能划分,.,88,控制网络基础,现场总线是应用于工业控制系统中的底层控制网络，由大量的传感器、变送器和执行器组成。特点：单个节点面向控制的信息量不大，信息传输任务相对单，实时性要求高。OSI七层系统的层间操作和转换的复杂性，网络接口的造价与时间开销大。因此，现场总线进行了不同程度的简化。,4.现场总线通信模型,.,89,控制网络基础,4.现场总线通信模型,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7654321,OSI参考模型,现场总线,PROFI-DP,用户接口,物理层,隐去3-7层,应用层信息规范低层接口,物理层,数据链路层,数据链路层,隐去3-6层,应用层接口,PROFI-FMS,.,90,控制网络基础,4.现场总线通信模型,7654321,OSI参考模型,用户层（程序）,现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS,物理层,数据链路层,用户层,通讯栈,物理层,FF总线模型,.,91,控制网络基础,4.现场总线通信模型,7654321,OSI参考模型,用户层（程序）,现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS,物理层,数据链路层,用户层,通讯栈,物理层,FF总线模型,LonWorks通信模型采用了OSI模型全部七层协议，被誉为通用控制网络。,7654321,OSI参考模型,LonWorks模型,网络应用程序,数据表示,电气连接,数据访问与成帧,报文传递,远程传送控制,端端传输可靠性,网络变量类型；组态性能；文件传送；网络服务,变量类型；外部帧传送,媒体细节；收发种类；物理连接,成帧；数据编码；CRC校验冲突回避/仲裁；优先级,单/多路寻址，,请求/响应；确认,单/多路应答服务；重复信息服务