工业通信与网络技术XXXX3

工业通信与网络技术（2）哈工大网络与电气智能化研究所刘勇2015（春）第二章现场总线网络基础一、现场总线网络概观1.低层现场总线网络PROFIBUS-DP（IEC61158第4版，Type3）单主站网络HART（IEC61158第4版，Type20）网络ControlNet（IEC61158第4版，Type2）网络及其冗余方式FFHl（IEC61158第4版，Type9）网络2.多层现场总线网络PROFInet（IEC61158第4版，Type10）的网络结构图方式LonWorks（GB/Z20177-2006）本地与远程监控网络异构网段集成现场总线网络应用Web服务器的现场总线远程监控网络二、网络分类1.按网络的地理范围分类星际互联网络蓝牙（Bluetooth）PAN配置个域网（PAN）：允许设备围绕着一个人进行通信。也可用RFID（无线射频识别）局域网（LAN）：一种私私有网络，，一般在一一座建筑物物内或其附附近。无线和有线线LANAP，AccessPoint：访问点或或接入点。。WiFi：IEEE802.11，11Mbps到几百Mbps。VLAN，VirtualLAN：虚拟局城城网。城域网（MAN）：规模局局限在一座座城市的范范围内，10-100公里。基于有线电电视的城域域网adhoc自组织广域网（WAN）：能跨越越很大的地地理区域，，通常是一一个国家、、地区或者者一个大陆陆。连接澳大利利亚3个分支办事事处的WANVPN虚拟专用网网络互联网：一一组相互连连接的网络络称为互联联网（internet）或互联网网络（internetwork）。一般具有通通用意义因特网（Internet）：一种全全球范围内内的特殊网网络，将ISP（Internet服务提供商商）的网络络与各种各各样的企业业网络、家家庭网络及及其它网络络连接起来来。首字母母大写写由计算算机网网络中中提供供资源源的终终端（（称为为主机机）和和申请请资源源的终终端共共同组组成。。资源子子网由通信信节点点和通通信链链路组组成，，承担担计算算机网网络中中的数数据传传输、、交换换、加加工和和变换换等通通信处处理工工作。。通信子子网2.按网络络的拓拓扑结结构分分类※星形※环形※总线形※树形※不规则形※完整性3.按传输输介质质分类类※架空明线※双绞线※同轴电缆※光纤※无线（红外/微波/卫星）4.按通信信方式式分类类（1）点对对点传传输网网络每条物物理线线路连连接一一对计计算机机。假假如两两台计计算机机之间间没有有直接接的线线路，，那么么它们们之间间的分分组就就要通通过中中间节节点的的接收收、存存储、、转发发，直直到目目的节节点。。由于于连接接多台台计算算机之之间的的线路路结构构可能能是复复杂的的，因因此从从源节节点到到目的的节点点可能能存在在多条条路由由，决决定分分组从从通信信子网网的源源节点点到达达目的的节点点的路路由需需要有有路由由选择择算法法。又称单播（2）广播播式网网络传传输所有连连网计计算机机共享享一个个公共共通信信信道道。当当一台台计算算机利利用共共享通通信信信道发发送报报文分分组时时，所所有其其它的的计算算机都都会收收听到到这个个分组组。由由于发发送的的分组组中带带有目目的地地址和和源地地址，，接收收到该该分组组的计计算机机将检检查目目的地地址是是否与与本节节点地地址相相同。。若被被接收收的报报文分分组的的目的的地址址与本本节点点地址址相同同，则则接收收该分分组，，否则则丢弃弃该分分组。。可分出出多播或组播5.按网络络的使使用目目的分分类共享资资源网网：使使用者者可共共享网网络中中的各各种资资源，，如：：文件件、扫扫描仪仪、打打印机机以及及各种种服务务。Internet网是典典型的的共享享资源源网。。数据处处理网网：用用于数数据处处理的的网络络，如如：科科学计计算网网络、、企业业经营营管理理用网网络等等。数据传传输网网：用用来收收集、、交换换、传传输数数据的的网络络，如如：情情报检检索网网络等等。注：目目前网网络使使用的的目的的都不不是单单一的的。6.按服务务方式式分类类客户机机／服服务器器网络络：客客户机机向服服务器器发出出请求求并获获得服服务的的一种种网络络形式式。多多台客客户机机可以以共享享服务务器提提供的的各种种资源源。对等网网：每每台计计算机机都可可以与与其它它每台台计算算机对对话，，共享享彼此此的信信息资资源和和硬件件资源源，组组网的的计算算机一一般类类型相相同。。7.按传输输速率率划分分低速网网络：：<10kbps中速网网络：：10kbps——100Mbps高速网网络：：100Mbps—10Gbps8.按交换换方式式划分分（1）电路路交换换网：：如电电话系系统；；（2）报文文交换换网：：如电电报系系统；；（3）分组组交换换网：：如因因特网网，ATM网（交交换的的是信信元））。9.按适用用范围围划分分（1）公用用网：：如：：CHINAPAC（中国国分组组交换换网））；（2）专用用网：：如：：微软软公司司内部部网三、计计算机机网络络硬件件网络硬硬件主主要由由可独独立工工作的的计算算机、、网络络设备备和传传输介介质组组成。。1.计算机机是计算算机网网络的的核心心，用用户主主要的的网络络资源源。服务器器：向向网络络用户户提供供服务务，并并负责责对网网络资资源进进行管管理。。可分分为文文件服服务器器、通通信服服务器器、备备份服服务器器、打打印服服务器器等。。一般般由功功能强强大的的计算算机担担任，，如：：小型型机、、专用用PC服务器器、高高档PC。网络络工工作作站站：：是是一一台台供供用用户户使使用用网网络络的的本本地地计计算算机机，，为为用用户户服服务务，，同同时时被被授授予予一一定定权权限限访访问问服服务务器器，，或或与与其其它它工工作作站站通通信信及及共共享享网网络络资资源源。。2.网络络设设备备网卡卡：：又又称称网网络络接接口口适适配配器器（（NIC），，是是计计算算机机与与传传输输介介质质的的接接口口，，负负责责网网络络上上数数据据包包的的接接收收和和发发送送。。调制制解解调调器器：：用用来来实实现现通通信信信信道道上上数数字字信信号号与与模模拟拟信信号号的的相相互互转转换换。。中继继器器：：物物理理层层互互连连设设备备，，通通过过放放大大和和再再生生信信号号扩扩大大介介质质的的传传输输距距离离。。应应用用目目的的是是为为了了解解决决电电缆缆长长度度问问题题。。集线线器器：：物物理理层层互互连连设设备备，，作作为为网网络络传传输输介介质质的的中中央央节节点点，，可可以以看看成成是是一一种种特特殊殊的的中中继继器器，，除除了了具具有有信信号号再再生生功功能能外外，，有有的的还还具具有有在在共共享享信信道道上上分分配配带带宽宽的的功功能能。。一一般般不不能能识识别别MAC地址址，，以以广广播播方方式式转转发发数数据据包包。。交换换机机：：数数据据链链路路层层互互连连设设备备，，是是一一种种基基于于MAC地址址识识别别，，完完成成封封装装、、转转发发数数据据包包功功能能的的网网络络设设备备。。网桥桥：：数数据据链链路路层层互互连连设设备备，，用用于于连连接接使使用用相相同同通通信信协协议议，，但但传传输输介介质质可可以以不不相相同同的的两两个个网网络络。。路由由器器：：网网络络层层互互连连设设备备，，作作用用是是连连接接局局域域网网和和广广域域网网，，有有判判断断网网络络地地址址和和选选择择路路径径的的功功能能。。其其主主要要作作用用是是为为经经由由路路由由器器的的报报文文寻寻找找一一条条最最佳佳路路径径，，并并将将数数据据传传送送到到目目的的站站点点。。它它不不关关心心各各子子网网使使用用的的硬硬件件设设备备，，但但要要求求运运行行与与网网络络层层协协议议相相一一致致的的软软件件。。网关关：：应应用用层层互互连连设设备备，，实实现现不不同同网网络络协协议议之之间间的的转转换换，，并并具具有有路路由由功功能能，，将将数数据据重重新新分分组组后后传传送送。。3.传输输介介质质架空空明明线线、、双双绞绞线线、、同同轴轴电电缆缆、、光光纤纤、、无无线线（（红红外外、、微微波波、、卫卫星星通通信信））等等。。四、、网网络络拓拓扑扑结结构构1.星形形拓拓扑扑各个个节节点点直直接接连连接接到到中中心心节节点点。。中心心节节点点控控制制整整个个网网络络的的通通信信，，任任何何两两个个非非中中心心节节点点之之间间的的通通信信都都要要通通过过中中心心节节点点。。拓扑扑结结构构简简单单，，易易于于实实现现，，便便于于管管理理。。网络络的的中中心心节节点点是是整整个个网网络络性性能能与与可可靠靠性性的的瓶瓶颈颈，，中中心心节节点点的的故故障障可可能能造造成成整整个个网网络络的的瘫瘫痪痪。。2.环形拓拓扑相邻站站点通通过点点-点链路路连接接成闭闭合环环路。。环中数数据沿沿一个个方向向逐站站传送送。拓扑结结构简简单，，传输输延时时确定定。环中每每个站站点与与相邻邻站点点之间间的通通信线线路都都会成成为网网络可可靠性性的瓶瓶颈。。环中中任何何一个个站点点或线线路出出现故故障，，都有有可能能造成成网络络瘫痪痪。为了方方便站站点的的加入入和撤撤出环环，控控制站站点的的数据据传输输顺序序，保保证环环的正正常工工作，，需设设计复复杂的的环维维护协协议。。3.总线形形拓扑扑所有节节点连连接到到一条条作为为公共共传输输介质质的总总线，，以广广播方方式发发送和和接收收数据据。当一个个节点点利用用总线线发送送数据据时，，其他他节点点只能能接收收数据据。若有两两个或或两个个以上上的节节点同同时发发送数数据时时，就就可能能会出出现冲冲突，，造成成传输输失败败。优点是是结构构简单单，缺缺点是是必须须解决决多节节点访访问总总线的的介质质访问问控制制问题题。4.树形拓拓扑节点按按层次次进行行连接接，数数据交交换主主要在在上、、下节节点之之间进进行；；同层层节点点之间间通常常不进进行数数据交交换，，或数数据交交换量量比较较小。。树形拓拓扑可可以看看成是是星形形拓扑扑的一一种扩扩展。。树形形拓扑扑网络络适用用于汇汇集信信息。。5.网形拓拓扑节点之之间的的连接接是任任意的的，没没有规规律。。网形形拓扑扑的优优点是是系统统可靠靠性高高。网形拓拓扑结结构复复杂，，必须须采用用路由由选择择算法法、流流量控控制与与拥塞塞控制制方法法。五、介介质访访问控控制方方式1.介质访访问控控制方方式分分类随机的的：CSMA/CD，争用用总线线受控的的：令令牌环环、令令牌总总线2.CSMA/CD-载波侦侦听多多路访访问/冲突检检测（1）原理理先听后后发；；若空闲闲即发发送，，否则则等一一段时时间后后重试试；边讲边边听；；若有冲冲突，，即发发出阻阻塞信信号。。（2）CSMA/CD所使用用的坚坚持退退避算算法0-坚持：：空闲即即发送送，否否则等等待随随机时时间重重试发发送；；1-坚持：：空闲即即发送送，否否则一一直等等到空空闲即即发送送，若若此时时有冲冲突发发生，，则等等待一一个随随机时时间重重试发发送；；P-坚持：：空闲即即以P概率发发送，，或者者以（（1-P）的概概率延延迟一一个大大于最最大传传输延延迟的的时间间单位位重复复处理理。如如果忙忙，继继续监监听，，直到到空闲闲，从从头重重复。。对比：：0-坚持缺缺点：：即使使有几几个站站要发发送，，介质质也有有可能能空闲闲；1-坚持缺缺点：：假如如有2个或2个以上上站点点要发发送数数据，，则冲冲突不不可避避免；；P-坚持：：是一一种折折衷方方案。。有N个站有有数据据等待待发送送，在在当前前发送送完成成时，，则有有N×P个站企企图发发送，，若N×P>1，则冲冲突不不可避避免。。所以以设计计时应应使N×P<1。P也不能能太小小，否否则浪浪费带带宽。。3.令牌方方式是一种种有控控制的的发送送方式式。令令牌按按一定定顺序序在各各站点点传递递，谁谁得到到令牌牌，谁谁才有有权发发送报报文。。（1）分类类令牌环环网：：用于于环形形网络络；令牌总总线：：用于于总线线形网网络。。各个个工作作站按按一定定顺序序形成成一个个逻辑辑环，，使用用令牌牌控制制机制制，构构成令令牌总总线。。谁得得到令令牌，，谁才才有权权发送送报文文。（2）令牌牌方式式与CSMA/C