智能制造技术与数字化工厂 课件 第三章 工业网络与数字化工厂

第3章工业网络与数字化工厂CONTENTS目录3.1计算机网络基础1.计算机网络模型及常用术语OSI是OpenSystemInterconnect的缩写，意为开放式系统互联。它是一个七层的、抽象的模型体，不仅包括一系列抽象的术语或概念，也包括具体的协议。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1）OSI参考模型7654321资源子网：实现数据共享和数据处理（实现资源共享设备的硬件和软件的集合）通信子网：实现数据通信（各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成）路由器交换机、网桥集线器、中继器应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层帧2）OSI数据传输图应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层A根据每层协议打包B根据每层协议拆包物理介质打包拆包7654321应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议比特报文应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述应用层：是模型最高层，为特定类型网络应用提供访问OSI环境的手段，可实现功能有文件传输、电子邮件、文件服务、虚拟终端等应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述表示层：处理两个通信系统中交换信息的表示方式；进行数据格式变换、代码转换；

如把二进制文件转换为.jpg的图片等数据加密、解密；数据压缩和恢复应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述会话层：允许不同主机的各个进程进行会话，也是建立同步；建立、管理、终止会话；使用校验点可使会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步；会话1会话2会话之间相互独立，互不影响应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述传输层：也称运输层，传输单位是报文段或用户数据报。提供端对端的接口，实现数据的分段、重组和流量控制。；传输层的代表协议包括TCP，UDP等应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述网络层：控制通信子网的操作,是通信子网与资源子网的接口，为数据包选择路由，流量、差错、拥塞控制等，网络层的代表协议包括IP、ICMP、RIP等应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述数据链路层：主要是把网络层传下来的数据报组装成帧，进行差错控制，实现设备间的数据链路连接；访问（接入）控制，控制对信道的访问；流量控制。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层3）OSI七层结构概述物理层：主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输，物理层传输单位是比特；以二进制数据形式在物理媒体上传输数据；定义接口特性、传输模式、速率；比特同步、编码。4）TCP/IP概述TCP/IP模型对于互联网的发展和普及起到了至关重要的作用，是现代计算机网络技术的基石。TCP/IP模型具有跨平台、灵活性和可扩展性等特点，支持多种不同的网络协议和应用。TCP/IP模型是互联网的基础协议模型，包括应用层、传输层、网络层和链路层。TCP/IP模型简介TCP/IP模型的特点TCP/IP模型的重要性5）TCP/IP模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层OSI参考模型TCP/IP参考模型提供网络服务接口，如HTTP、FTP、SMTP等协议。应用层01负责数据分段、传输控制、流量控制，主要协议有TCP和UDP。传输层02负责数据包的路由选择和转发，主要协议有IP、ICMP等。网络层0304负责物理地址寻址、数据帧的封装和解封装，如以太网协议。负责物理传输介质上的信号传输，如光纤、双绞线等。数据链路层6）以太网协议概述以太网协议是一种局域网通信协议，定义了数据在局域网内的传输方式。协议基本概念以太网协议具有简单、灵活、高速的特点，广泛应用于各种局域网环境。协议主要特点以太网协议主要由物理层和数据链路层组成，其中数据链路层又包括逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）两个子层。协议组成部分7）以太网协议的工作原理包含目的MAC地址和源MAC地址，用于标识数据的发送方和接收方。帧头用于校验数据在传输过程中是否发生错误，确保数据的完整性。帧校验序列标识上层协议类型或数据长度，用于数据包的正确解析。类型/长度字段包含实际传输的数据内容，长度可变。数据字段以太网协议的帧结构7）以太网协议的工作原理以太网协议的传输过程数据在发送前，按照以太网协议进行封装，添加以太网头部和尾部。数据封装接收端接收到数据帧后，进行解封装，提取出原始数据。数据接收封装好的数据帧通过物理层发送到网络中。数据发送通过校验和等方式检测数据在传输过程中是否发生错误。错误检测010203047）以太网协议的工作原理以太网协议的冲突检测与避免通过载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）协议，以太网能够在数据传输过程中检测并避免冲突。01CSMA/CD协议当冲突发生时，以太网使用二进制指数退避算法来减少冲突的可能性，确保网络稳定。02二进制指数退避算法通过划分冲突域，限制冲突的范围，提高网络的可靠性和性能。03冲突域限制8）数据封装概念数据封装包括物理层、数据链路层、网络层和传输层等多个层次，每个层次都负责不同的封装任务。数据封装的主要目的是保护数据的安全性和完整性，以及确保数据能够正确地传输到目的地。数据封装是将数据和信息按照特定的协议和规范，封装成数据包的过程。封装定义封装目的封装层次9）数据封装重要性数据封装可以保护数据在传输过程中不被非法访问和篡改，确保数据的安全性。保护数据安全通过数据封装，可以将多个数据整合成一个数据包，减少传输过程中的开销，提高传输效率。提高传输效率数据封装使得网络管理更加简单和方便，可以方便地追踪和管理网络中的数据流。简化网络管理10）MAC地址的定义MAC地址是网络设备在数据链路层上的唯一标识，由48位二进制数组成。MAC地址的概念MAC地址通常以十六进制数表示，格式为“XX:XX:XX:XX:XX:XX”。MAC地址的格式MAC地址用于在网络中标识和定位设备，确保数据准确传输到目标设备。MAC地址的作用11）MAC地址的作用01MAC地址用于在网络中唯一标识一个网络接口卡（NIC），确保网络通信的准确性。网络标识02MAC地址过滤功能可以用于限制网络访问，提高网络安全。安全控制03MAC地址可用于网络流量统计和分析，帮助网络管理员了解网络使用情况和优化网络性能。流量统计12）MAC地址与IP地址的区别01MAC地址是硬件地址，IP地址是逻辑地址。定义不同MAC地址长度固定为48位，IP地址长度可变。02长度不同03MAC地址在局域网中唯一标识一台设备，IP地址在广域网中唯一标识一台设备。作用范围不同13）网络传输方式单播是指一种向单个目标地址传送数据的方式，也就是单独的一对一通讯方式。单播组播是向一个组中发送数据包的方式。组播广播是一种将数据包从发送方发送到网络中的所有接收方的传输方式。广播任播将一个数据包发送到一个指定的设备集合（通常是距离发送端最近的设备），而不指定任何目的地地址。任播01020304小结本节介绍了OSI参考模型、TCP/IP参考模型、以太网协议、网络传输等网络术语，下一节介绍工业控制网络。谢谢收看！2.相关硬件设备交换机（Switch）交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机，交换机通常工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过ARP协议学习它的MAC地址，保存成一张ARP表。路由器（Router）路由器是一种计算机网络设备，提供了路由与转送两种重要机制，决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径（host到host之间的传输路径），这个过程称为路由；将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端(在路由器内部进行)，这称为转送。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。路由工作在OSI模型的第三层，即网络层，例如网际协议。网关（Gateway）网关，顾名思义就是连接两个网络的设备，又称网间连接器、协议转换器。区别于路由器经常在家庭中或者小型企业网络中使用，用于连接局域网和Internet。网关也经常指把一种协议转成另一种协议的设备，比如语音网关。14）IP地址分类网络号占一个字节，主机号占三个字节，第一个字节的最高位为0，用于大型网络A类IP地址01网络号占两个字节，主机号占两个字节，第