工业网络技术(第二章,PPT课件)

1、河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术第第2章章 数据通信及计算机网络体系结构数据通信及计算机网络体系结构河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.1 数据通信的基数据通信的基 2.6 计算机网络标准计算机网络标准 本概念本概念 化组织化组织2.2 常见传输介质常见传输介质 2.7 计算机网络体系计算机网络体系2.3 数据传输技术数据传输技术 结构结构2.4 数据交换方式数据交换方式 2.8 OSI参考模型参考模型2.5 差错检验和控制差错检验和控制 2.9

2、TCP/IP参考模型参考模型第第2章章 数据通信及计算机网络体系结构数据通信及计算机网络体系结构河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 本章主要内容2.1.1 2.1.1 信息、数据与信号信息、数据与信号 信息信息是人对现实世界事物存在方式或运动是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识状态的某种认识;数据数据是把事件的某些属性规范化后的表现是把事件的某些属性规范化后的表现形式形式;信号信号是数据的具体的物理表现。是数据的具体的物理表现。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化

3、实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术雪雪六角形六角形凉凉白色白色信息信息数据数据信号信号例子例子 2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术信息：人对雪花和马的认识信息：人对雪花和马的认识数据：二进制数，十进制数数据：二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度信号：电压，光，磁场强度2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术信

4、息信息( Information)：字母、数字、语音、图象的组合。：字母、数字、语音、图象的组合。数据数据(Data)：传递信息的实体，常是二进制代码序列。：传递信息的实体，常是二进制代码序列。信号信号(Signal)：数据在传输过程中的电信号表示形式。：数据在传输过程中的电信号表示形式。 -模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 数据通信即是指在计算机之间传送表示字母、数数据通信即是指在计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码序列的模拟或数字信号的过程。字、符号的二进制代码序列的模拟或数字信号的过程。信道信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。：传送信息的线路（或通路）。一条通

5、一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道，也可包信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道，也可包含许多个信道。含许多个信道。 2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校

6、罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术两种不同类型的量：两种不同类型的量：A.时间、温度、电波、声音时间、温度、电波、声音B.字符，二进制数，电脉冲字符，二进制数，电脉冲信号中没有断开或不连续的的地方；信号中没有断开或不连续的的地方；信号仅取一些有限数目的值；信号仅取一些有限数目的值；2.1.2 2.1.2 数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式 2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号

7、模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值tta) a) 模拟信号模拟信号b) b) 数字信号数字信号2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 串行通信串行通信串行通信是指用一条数据线传送比特流，一串行通信是指用一条数据线传送比特流，一次只传送一个比特。次只传送一个比特。 并行通信并行通信并行通信是指同时有多条数据通道，可同时并行通信是指同时有多条数据通道，可

8、同时传送多个比特。传送多个比特。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术通信方式通信方式按数据流动的方向按数据流动的方向 单工：

9、数据单向传输单工：数据单向传输（无线电广播）（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输输（对讲机）（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输全双工：数据可同时双向传输（电话）（电话） 两个方向的信号共享链路带宽：两个方向的信号共享链路带宽： 1 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输输2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学

10、校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术数据通信的操作方式数据通信的操作方式 2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术数据通信中的主要技术指标数据通信中的主要技术指标 1）数据传输速率）数据传输速率 指每秒能传送的二进制信息位数，也叫比特率。指每秒能传送的二进制信息位数，也叫比特率。 单位：位单位：位/每秒，记作每秒，记作bps或或bit/s。 2）信号传输速率）信号传输速率 单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫波特率。单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫波特率。

11、 单位：波特，记作单位：波特，记作Baud。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲码元码元(Code Cell)(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。：时间轴上的一个信号编码单元。同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始。同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗

12、克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术3）信道容量）信道容量 指指1个信道的最大数据传输速率。个信道的最大数据传输速率。 单位：位单位：位/每秒。每秒。 4）误码率）误码率 指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量信道传输指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量信道传输可靠性的指标。可靠性的指标。 在计算机网络中，一般要求误码率低于在计算机网络中，一般要求误码率低于106 。 P= 错误的位数错误的位数 / 传输的总位数。传输的总位数。2.1 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技

13、术 传输介质的主要类型：传输介质的主要类型： 2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。中实际传送信息的载体。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大，这传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大，这些特性主要包括：些特性主要包括：l物理特性：传输介质物理结构的描述；物理特性：传输介质物理结构的描述；l传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传传

14、输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；输容量、传输的频率范围；l连通特性：允许点连通特性：允许点- -点或多点连接；点或多点连接；l地理范围：传输介质最大传输距离；地理范围：传输介质最大传输距离；l抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响能力；抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响能力；l相对价格：器件、安装与维护费用。相对价格：器件、安装与维护费用。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术（1 1）双绞线：最常用

15、的传输介质。）双绞线：最常用的传输介质。 非屏蔽双绞线（非屏蔽双绞线（UTPUTP，Unshielded Twisted-PairUnshielded Twisted-Pair） ：无屏蔽层，由护套和线对组成。：无屏蔽层，由护套和线对组成。 屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STPSTP，Shielded Twisted-PairShielded Twisted-Pair） ：有屏蔽层，抗噪性好。：有屏蔽层，抗噪性好。 用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。双绞线使用双绞线使用RJ-45RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器

16、等通信设备。接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 非屏蔽双绞线电缆非屏蔽双绞线电缆(UTP)(UTP)屏蔽双绞线电缆屏蔽双绞线电缆(STP)(STP)河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术双绞线可以分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。双绞线可以分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。n非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPUTP 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(Unshielded twisted pair(Unshielded twisted pair；UTP)UTP)由多对双绞线对由多

17、对双绞线对和一层塑料外皮构成，如上图所示。和一层塑料外皮构成，如上图所示。 现在最常用的现在最常用的UTPUTP是是5 5类线类线和和超超5 5类线类线。5 5类线：类线：支持支持100Mbit/s100Mbit/s的速率，广泛用于现代局域网中。的速率，广泛用于现代局域网中。超超5 5类线：类线：通常采用高质量的铜线，更高的缠绕，并使用先进的方法以减少串扰。超通常采用高质量的铜线，更高的缠绕，并使用先进的方法以减少串扰。超5 5类线能支类线能支持高达持高达200Mbit/s200Mbit/s的速率，时常规的速率，时常规5 5类线容量的类线容量的2 2倍。倍。 6 6类线：类线：包括包括4 4个

18、线对。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有线对的外面，同个线对。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有线对的外面，同时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外。箔绝缘体对串扰起了很好的抵抗作用，使得时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外。箔绝缘体对串扰起了很好的抵抗作用，使得6 6类线能支类线能支持的吞吐量是常规持的吞吐量是常规5 5类线的类线的6 6倍。倍。 非屏蔽双绞线相对便宜、灵活且易于安装，无屏蔽外套较细小，节省空间，非常非屏蔽双绞线相对便宜、灵活且易于安装，无屏蔽外套较细小，节省空间，非常适合于结构化布线，其连接的网络结构属于星型拓扑结构。适合于结构化布线，其连接的网络

19、结构属于星型拓扑结构。n 塑料外套绝缘层铜导线2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 塑料外套屏蔽层绝缘层铜导线 屏蔽双绞线屏蔽双绞线STPSTP 为了提高双绞线的外界抗干扰性，在双绞线为了提高双绞线的外界抗干扰性，在双绞线的外面再加上一个金属屏蔽层，就是屏蔽双绞线。如右图所示。的外面再加上一个金属屏蔽层，就是屏蔽双绞线。如右图所示。 屏蔽双绞线具有非屏蔽双绞线的所有优点和缺点。同时，屏蔽双绞线具有非屏蔽双绞线的所有优点和缺点。同时，它比它比UTPUTP电缆能更好的隔离外部的各种干扰，具有更高的传输速电缆能更好的隔离外部的各种干扰，具有更高的传输速率。通常，率。通常，STPSTP

20、电缆比电缆比UTPUTP电缆更贵一些。所以，屏蔽双绞线常电缆更贵一些。所以，屏蔽双绞线常用于一些特殊环境。用于一些特殊环境。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术物理特性物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两：双绞线由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信根或四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信线路，线路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小的电磁干扰最小。传输特性传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。在

21、一条双绞线上使用频分多路复用模拟传输。在一条双绞线上使用频分多路复用（multiplexingmultiplexing）技术可以进行多个音频通道的）技术可以进行多个音频通道的多路复用。多路复用。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 双绞线的主要特性双绞线的主要特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术连通性连通性：双绞线可以用于点：双绞线可以用于点- -点连接，也可用于多点连接，也可用于多点连接。点连接。 地理范围地理范围：双绞线用作远程中继线时，最大距离：双绞线用作远程中继线时，最大距离可达可达15km15k

22、m；用于；用于10Mb/s10Mb/s局域网时，与集线器的距离局域网时，与集线器的距离最大为最大为100m100m（单网段）。（单网段）。抗干扰性抗干扰性：双绞线的抗干扰性取决于一束线中相：双绞线的抗干扰性取决于一束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。在低频传输时，邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴电缆。在其抗干扰能力相当于同轴电缆。在1010100 kHz100 kHz时，时，其抗干扰能力低于同轴电缆。其抗干扰能力低于同轴电缆。 价格价格：价格低，并且安装、维护方便。：价格低，并且安装、维护方便。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高

23、等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术双绞线的使用双绞线的使用 直连线直连线 直连线也叫直通线或平行线，如图所示。交叉线交叉线 网线两端的线序排列不同，呈交叉状态，如图所示。 2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术直通双绞线与交叉双绞线直通双绞线与交叉双绞线1. 双绞线双绞线1236通信规则通信规则在用双绞线做传输介质的以太在用双绞线做传输介质的以太网中，除了网中，除了100Base-T和和1000Base-T以外，

24、其余均只使用以外，其余均只使用四对绞线中的两对。当信号通过双四对绞线中的两对。当信号通过双绞线电缆传输时，在电缆内的四对绞线电缆传输时，在电缆内的四对(八根八根)铜线铜线(芯线芯线)中，实际起作用中，实际起作用的只有其中的两对，分别是的只有其中的两对，分别是1-2脚脚和和3-6脚。比如，对应网卡接口如脚。比如，对应网卡接口如表表2-1，1-2脚负责发送数据脚负责发送数据(TX+，TX-)，而，而3-6脚负责接收数据脚负责接收数据(RX+，RX-)。引脚网卡上RJ-45插座信号1TX+(发送)2TX-(发送)3RX+(接收)4未使用5未使用6RX-(接收)7未使用8未使用表2-1 网卡接口各引脚

25、定义2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2. 568A与与568B定义的定义的双绞线的连接规则双绞线的连接规则在在568A与与568B中所定义中所定义的的RJ-45连接头各脚与双绞连接头各脚与双绞线各芯线排列的对应方式，线各芯线排列的对应方式，如表如表2-2所示。所示。其中其中1-2脚和脚和3-6脚是对绞脚是对绞的两对芯线。对绞的电缆因的两对芯线。对绞的电缆因为其中传输的信号方向相反，为其中传输的信号方向相反，从而使彼此的电磁辐射相互从而使彼此的电磁辐射相互抵消，因此使收

26、、发数据之抵消，因此使收、发数据之间的干扰降到最小。间的干扰降到最小。引脚568A标准568B标准1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕表2-2 568A和568B标准定义的双绞线色线的排列规定2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术（2）同轴电缆：）同轴电缆： 抗干扰性较强，早期局域网常用的传输介质。抗干扰性较强，早期局域网常用的传输介质。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 规规 格格类类 型型阻阻 抗抗信信 号号描描 述述RG-

27、58/URG-58/U细缆细缆5050 基带基带固体实芯铜线固体实芯铜线RG-58/AURG-58/AU细缆细缆5050 基带基带绞合线绞合线RG-59RG-59CATVCATV7575 频带频带用于有线电视网用于有线电视网RG-11RG-11粗缆粗缆5050 基带基带一般用于网络主干一般用于网络主干RG-62RG-629090 基带基带用于用于ARCNETARCNET和和IBM3270IBM3270终端终端河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术同轴电缆连接器类型同轴电缆连接器类型2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质

28、及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术物理特性：同轴电缆由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网）物理特性：同轴电缆由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网）及外部保护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性参数由内、外导体及及外部保护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机械尺寸决定。绝缘层的电参数和机械尺寸决定。传输特性：基带同轴电缆一般仅用于数字数据信号传输。宽带同轴电传输特性：基带同轴电缆一般仅用于数字数据信号传输。宽带同轴电缆可以使用频分多路复用方法，支持多路传输。只用于一条通信信

29、道的缆可以使用频分多路复用方法，支持多路传输。只用于一条通信信道的高速数字通信，此时称之为单通道宽带。特征阻抗，高速数字通信，此时称之为单通道宽带。特征阻抗，5050，EthernetEthernet使使用，基带传输，用，基带传输，10Mb/s10Mb/s；7575，CATVCATV使用，模拟信号传输，使用，模拟信号传输，400 MHz400 MHz，使，使用频分多路复用用频分多路复用FDM(frequency-division multiplexing)FDM(frequency-division multiplexing)技术，也可以技术，也可以传输数字信号。传输数字信号。2.2 2.2

30、常见传输介质及特性常见传输介质及特性 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术连通性：支持点连通性：支持点- -点连接，也支持多点连接。宽带同轴电点连接，也支持多点连接。宽带同轴电缆可支持数千台设备的连接；基带同轴电缆可支持数百台设缆可支持数千台设备的连接；基带同轴电缆可支持数百台设备的连接。备的连接。 抗干扰性：它的结构使得它的抗干扰能力较强，远高于双抗干扰性：它的结构使得它的抗干扰能力较强，远高于双绞线，适于工业应用场合。绞线，适于工业应用场合。地理范围：基带同轴电缆最大距离限制在几公里范

31、围内，地理范围：基带同轴电缆最大距离限制在几公里范围内，而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里。而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里。价格：同轴电缆造价介于双绞线与光缆之间，维护方便。价格：同轴电缆造价介于双绞线与光缆之间，维护方便。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 同轴电缆总结同轴电缆总结河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业

32、网络技术（3）光纤：性能最好，应用前途最广泛的传输介质。光纤：性能最好，应用前途最广泛的传输介质。 利用折射定律和全反射规律，传播光信号。利用折射定律和全反射规律，传播光信号。 低损耗、高带宽、高数据传输速率、安全性好。低损耗、高带宽、高数据传输速率、安全性好。外护套加固材料塑料屏蔽层玻璃纤维和包层光缆结构图2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术光缆连接器类型光缆连接器类型 ST与与SC2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化

33、实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术物理特性：光纤是一种直径为物理特性：光纤是一种直径为5050100100m m的柔软、的柔软、能传导光波的介质，各种玻璃和塑料可以用来制造光能传导光波的介质，各种玻璃和塑料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得纤，其中用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外面用到最低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外面用折射率较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤通折射率较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。道，多条光纤组成一束就构成光纤

34、电缆。传输特性：光导纤维通过内部的全反射来传输一束传输特性：光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光纤传输速率可达几千经过编码的光信号。光纤传输速率可达几千Mb/sMb/s。单。单模光纤是指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角模光纤是指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光纤传输，而多模光纤的光信号与光纤轴成多度的单光纤传输，而多模光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。个可分辨角度的多光线传输。单模光纤性能优于多模单模光纤性能优于多模光纤。光纤。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 光纤的主要特性光纤的主要特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实

35、验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 光纤的主要特性光纤的主要特性 单模光纤使用的光源是激光二极管，所以，单模光纤的带单模光纤使用的光源是激光二极管，所以，单模光纤的带宽宽、衰减小、容量大，能以很高的速率进行长距离传输。宽宽、衰减小、容量大，能以很高的速率进行长距离传输。 多模光纤采用普通的发光二极管作光源，传输距离不如单多模光纤采用普通的发光二极管作光源，传输距离不如单模光纤长，容量也比单模光纤小。但是多模光纤成本低，常应模光纤长，容量也比单模光纤小。但是多模光纤成本低，常应

36、用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术连通性：普遍采用点连通性：普遍采用点- -点方式，在某些实验系统中也采用多点连接方式点方式，在某些实验系统中也采用多点连接方式 。 地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在6 68km8km距离内不使用中继器，距离内不使用中继器，实现高速率数据传输。实现高速率数据传输。抗干扰性：光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率抗干扰性：光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高

37、速率传输中保持低误码率。双绞线典型的误码率在传输中保持低误码率。双绞线典型的误码率在1010-5-51010-6-6之间，基带同轴之间，基带同轴电缆为电缆为1010-7-7，宽带同轴电缆为，宽带同轴电缆为1010-9-9，而光纤误码率可以低于，而光纤误码率可以低于1010-10-10。光纤传光纤传输的安全性与保密性极好。输的安全性与保密性极好。价格：目前光纤价格高于同轴电缆与双绞线。由于光纤具有低损耗、宽价格：目前光纤价格高于同轴电缆与双绞线。由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好等特点，因此，它是一频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好等特点，因此，它是一种

38、最有前途的传输介质。种最有前途的传输介质。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 光纤的主要特性光纤的主要特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 光纤总结光纤总结河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 光纤相对同轴电缆的特性光纤相对同轴电缆的特性河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工

39、业网络技术传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。 双绞线的显著特点是双绞线的显著特点是价格便宜价格便宜，但与同轴电缆相比，其带宽受到，但与同轴电缆相比，其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可能是最好的。能是最好的。 同轴电缆的价格要比双绞线贵一些，对于大多数局域网来说，需同轴电缆的价格要比双绞线贵一些，对于大多数局域网来说，需要连接较多设备

40、而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。 光纤作为传输介质，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：光纤作为传输介质，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：频带宽、频带宽、速率高速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，已广泛用于高速数据通信网。随着光通信技术的发展和成本降低，光纤已广泛用于高速数据通信网。随着光通信技术的发展和成本降低，光纤作为网络的传输介质也得到了普遍采用。作为网络的传输介质也得到了普遍采用。目前，便携式计算机已经有了很大的发展和普及，由于可随身携带，目前，便携式

41、计算机已经有了很大的发展和普及，由于可随身携带，对于可移动的无线网的需求将日益增加，无线数字网络类似蜂窝电话网，对于可移动的无线网的需求将日益增加，无线数字网络类似蜂窝电话网，人们可以随时随地将计算机接入网络，发送和接收数据。人们可以随时随地将计算机接入网络，发送和接收数据。 传输介质的选择传输介质的选择2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术（4 4）无线通信介质：）无线通信介质： 常用的有微波、红外线和可见光。常用的有微波、红外线和可见光。 无线通信系统有：微波通信、蜂窝

42、移动通信和卫星通信。无线通信系统有：微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。 微波通信微波通信工作频率为工作频率为10109 910101010HzHz，局域网络可直接利用，局域网络可直接利用微波收发机进行通信，或作中继接力，扩大传输距微波收发机进行通信，或作中继接力，扩大传输距离。微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点离。微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点方式通信。方式通信。 红外线红外线工作频率为工作频率为1010111110101414HzHz，通过发送或接收信号调，通过发送或接收信号调制的非相干红外线，即可形成一条通信链路。在发制的非相干红外线，即可形成一条通信链路。在发送端设有红外

43、线发送器，接收端有红外线接收器。送端设有红外线发送器，接收端有红外线接收器。只要收发机处在视线内，就可以准确地进行通信，只要收发机处在视线内，就可以准确地进行通信，方向性很强，几乎不受干扰，中间不允许有障碍物方向性很强，几乎不受干扰，中间不允许有障碍物。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 激光激光工作频率为工作频率为1010141410101515HzHz，用调制解调的相干激光，用调制解调的相干激光，实现激光通信。激光通信必须配置一对激光收、发器，而且要安实现激光通信。

44、激光通信必须配置一对激光收、发器，而且要安装在视线范围内。装在视线范围内。 （与红外线一样不能传输模拟信号。）（与红外线一样不能传输模拟信号。） 卫星通信卫星通信以一种频率段以一种频率段(5.925(5.9256.425GHz)6.425GHz)接收从地面发接收从地面发来的信号，再用另一频率段来的信号，再用另一频率段(3.7(3.74.2GHz)4.2GHz)向地面发回信号，频带的宽度是向地面发回信号，频带的宽度是500MHz500MHz，每一路卫星信道的容量相当于每一路卫星信道的容量相当于100 000100 000条条音频线路。卫星通信覆盖面积大，通信音频线路。卫星通信覆盖面积大，通信距离

45、远，通信费用和距离无关，有传输距离远，通信费用和距离无关，有传输延迟。延迟。 2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 （4 4）无线通信介质：）无线通信介质：河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之之内）的无线电技术。能在包括移动电话、内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是蓝牙

46、的标准是IEEE802.15，工作在，工作在2.4GHz 频带，带宽为频带，带宽为1Mb/s。采用时分双工传输方案实现全双工传输。采用时分双工传输方案实现全双工传输。 蓝牙蓝牙”（Bluetooth）原是一位在）原是一位在10世纪统一丹麦的国世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。意思。2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 （4 4）无线通信介质：）无线通信介质：河南机电高等专科学校罗克韦尔

47、自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.2 2.2 常见传输介质及特性常见传输介质及特性 Wi-FiWi-Fi (wireless fidelity)Wi-Fi (wireless fidelity)是一种可以将个人电脑、手持设备（如是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDAPDA、手机）等终端以无线方式互联的技术。通过无线电波来联网。、手机）等终端以无线方式互联的技术。通过无线电波来联网。常见的联网方式就是一个无线路由器，常见的联网方式就是一个无线路由器，在这个无线路由器电波覆盖的在这个无线路由器电波覆盖的有效范围都可以采用有效范围都可以采用Wi-Fi

48、 Wi-Fi 连接方式进行联网。连接方式进行联网。办公室和家庭中使用的短距离无线技术，是一种现实流行的无线网络办公室和家庭中使用的短距离无线技术，是一种现实流行的无线网络技术，使用技术，使用2.4GHz2.4GHz附近的频段。多个用户通过一个接入点接入时，附近的频段。多个用户通过一个接入点接入时，带带宽被多个用户分享。连接速度一般只有几百宽被多个用户分享。连接速度一般只有几百kb/skb/s，信号不受墙壁阻隔，信号不受墙壁阻隔，在建筑屋内的有效传输距离小于户外。在建筑屋内的有效传输距离小于户外。突出优势：突出优势： 半径可达半径可达100m100m左右；左右； 传输速度快，可以达到传输速度快，

49、可以达到54Mb/s54Mb/s，符合个人和社会信息化的需求。，符合个人和社会信息化的需求。 厂商进入该领域的厂商进入该领域的门槛低门槛低。（4 4）无线通信介质：）无线通信介质：河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 通信和数据通信通信和数据通信l通过各种传输介质将通过各种传输介质将信息信息从一个地点、一个人或一台从一个地点、一个人或一台设备传送到另一个地点、另一个人或设备的过程叫做通设备传送到另一个地点、另一个人或设备的过程叫做通信。信。l通信的目的是交换信息。通信的目的是交换信息。l计算机网络系统的通信任务是传送数据或数

50、据化的信计算机网络系统的通信任务是传送数据或数据化的信息。息。l数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质以数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质以二进二进制代码制代码形式进行信息交换的过程。将数据准确、及时地形式进行信息交换的过程。将数据准确、及时地传送到正确地目的地是数据通信系统地基本任务。传送到正确地目的地是数据通信系统地基本任务。数据通信技术主要涉及通信协议、信号编码、同步等问数据通信技术主要涉及通信协议、信号编码、同步等问题。题。2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.3

51、2.3 数据编码技术数据编码技术 数据编码数据编码l码元所传输数据的基本单位。l数据编码通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。l模拟数据编码：用模拟信号的不同幅度、频率、模拟数据编码：用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表达数据的相位来表达数据的0 0、1 1状态。状态。l数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的达数据的0 0、1 1状态。状态。将二进制数字数据使用两个电平来表示，形成矩形脉冲信号。分为不归零码、归零码、差分码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室

52、 工业网络技术工业网络技术数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码三种常用的调制技术：三种常用的调制技术： 1 1） 振幅键控振幅键控ASK(Amplitude Shift Keying)ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅调幅 2 2） 移频键控移频键控FSK(Frequency Shift Keying)FSK(Frequency Shift Keying)，调频调频 3 3） 移相键控移相键控PSK(Phase Shift Keying) PSK(Phase Shift Keying) ，调相调相基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。基本原理：用数字信

53、号对载波的不同参量进行调制。 载波载波 u(t) = A sin (u(t) = A sin ( t+t+ ) ) u(t)u(t)的参量包括：的参量包括： 振幅振幅A A、频率频率 、相位相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化。调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化。2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术ASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0和和1FSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0和和1PSK：用前后两个信号的

54、相位的绝对值表示数字：用前后两个信号的相位的绝对值表示数字0和和1（绝对调相）（绝对调相） 用前后两个信号的相位的相对偏移值表示用前后两个信号的相位的相对偏移值表示0和和1（相对调相）（相对调相）2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术相移键控（相移键控（PSK ,Phase Shift KeyingPSK ,Phase Shift Keying） PSKPSK是通过改变载波信号的相位值（是通过改变载波信号的相位值（）来表示数字信）来表示数字信号号“1”1”、“0”0”的，而载波信号的的

55、，而载波信号的A A和和 不变。不变。PSKPSK包括绝对包括绝对调相和相对调相两种类型：调相和相对调相两种类型： （1 1）绝对调相）绝对调相 绝对调相使用相位的绝对值，绝对调相使用相位的绝对值，为为0 0表示数字信号表示数字信号“1”1”，为为表示数字信号表示数字信号“0”0”。 （2 2）相对调相）相对调相 相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为0 0时，相位时，相位不变化，而数字数据为不变化，而数字数据为1 1时，相位要偏移时，相位要偏移。2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔

56、自动化实验室 工业网络技术工业网络技术 下图中，显示了对数字数据下图中，显示了对数字数据“010110”010110”进行不同调制方法的波形。进行不同调制方法的波形。0 01 10 01 11 10 0数字数据数字数据幅移键控幅移键控 ASK ASK频移键控频移键控 FSK FSK绝对相移键控绝对相移键控 PSK PSK相对相移键控相对相移键控 PSK PSK相位相位= = = =0 0= = =0 0= =0 0= =相位相位偏移偏移不变不变偏移偏移偏移偏移不变不变= =0 0= = = =0 0= = =2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南

57、机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 l单极性码：信号电平是单极性的。单极性码：信号电平是单极性的。 l双极性编码：信号电平为正、负两种极性的。双极性编码：信号电平为正、负两种极性的。l归零码（归零码（RZRZ）：归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编）：归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。码。可以很方便地确定每个码元的界限和信号电平。可以很方便地确定每个码元的界限和信号电平。l非归零码（非归零码（NRZNRZ）：非归零码在整个码元时间内维持有效电平。如果两个

58、）：非归零码在整个码元时间内维持有效电平。如果两个码元数据相同（例如都是码元数据相同（例如都是1 1），则电平保持不变。），则电平保持不变。而这种情况下要求区分每而这种情况下要求区分每个码元的电平就必须对每个码元的占用时间做精确确定。否则，就会带来个码元的电平就必须对每个码元的占用时间做精确确定。否则，就会带来不同步的问题。不同步的问题。 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码l全宽单极性码：全宽单极性码： 全宽单极码以高电平（或者有电流）表

59、示数据全宽单极码以高电平（或者有电流）表示数据“1”1”，以，以低电平（或者没有电流）表示数据低电平（或者没有电流）表示数据“0”0”。因为这种方法不使。因为这种方法不使用负电平，所以称为单极码，在一个码元的全部时间内都有信用负电平，所以称为单极码，在一个码元的全部时间内都有信号电平，所以称为号电平，所以称为“全宽全宽”。 优点：便于逐位仲裁。优点：便于逐位仲裁。 缺点：（缺点：（1 1）积累直流分量；）积累直流分量； （2 2）各位之间的界限不易确定。）各位之间的界限不易确定。 CANCAN总线和总线和DeviceNetDeviceNet采用这种方式。采用这种方式。河南机电高等专科学校罗克韦

60、尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术2.3 2.3 数据编码技术数据编码技术 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码l全宽双极性码：全宽双极性码： 全宽双极码以正电平（或者正向电流）表示数据全宽双极码以正电平（或者正向电流）表示数据“1”1”，以负电平（或者反向电流）表示数据以负电平（或者反向电流）表示数据“0”0”。 优点：不积累直流分量。直流分量大大减少，这对数据优点：不积累直流分量。直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。传输是很有利的。 缺点：各位之间的界限不易确定。缺点：各位之间的界限不易确定。 RS232RS232和和RS485R