数据通信基础与网络互联

第2章数据通信基础与网络互联2.1数据通信基础2.2现场控制网络2.3网络硬件2.4网络互连2.5网络互连设备2.6通信参考模型2.1数据通信基础1.总线的基本术语总线(bus)：是网络上各节点共享的传输媒体，是传输信号或信息的公共路径，遵循同一技术规范进行连接与操作。总线段(bussegment)

：一组设备通过总线连在一起称为总线段。总线主设备(busmaster)

：有能力在总线上发起通信的设备。总线从设备(busslaver)：不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上、对总线信号进行接收查询的设备。1.总线基本术语控制信号①控制连在总线的设备，让它进行所规定的操作②用于改变总线操作的方式③表明地址和数据的含义总线协议(busprotocol)：总线上的设备如何使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。2.1数据通信基础1.总线基本术语总线操作：总线上数据发送者与接收者之间的连接－数据传送－脱开这一操作序列，称为一次总线操作。连接（connection)：指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定（binding）。数据传送：连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程。脱开(disconnect)：完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接收者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。现场设备(fieldbusdevice)：作为网络节点连接在现场总线上的物理实体。现场设备具备测量控制功能，也具有数据通信的能力。2.1数据通信基础1.总线基本术语总线传送“读”数据操作是读来自响应者的数据“写”数据操作是向响应者写数据通信请求：由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。物理寻址：用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者。逻辑寻址：用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾及这些存储单元在设备中的物理分布。广播寻址：用于选择多个响应者。2.1数据通信基础1.总线基本术语总线仲裁（busarbitration）：总线通信过程中出现冲突。为解决冲突需要进行总线占有权的仲裁。

某一时刻只允许一个主设备占有总线，它完成操作后释放总线占有权，其他主设备才能使用总线；

访问等待时间(accesslatency):主设备获得总线占有权等待仲裁的时间；总线占有期(buslatency):设备占有总线的时间。总线仲裁有集中仲裁与分布仲裁。

集中仲裁：由一个仲裁单元完成。如果有两个以上主设备同时请求使用总线时，由特定的仲裁单元利用优先级方案进行仲裁；

分布仲裁：仲裁过程在各主设备中完成。当某一主设备在总线上置起它的优先级代码时，开始一个仲裁周期。仲裁周期结束后，只有最高优先级仍然置放在总线上。优先级方案有多种：高优先级无限期否决低优先级；不允许某一主设备长期霸占总线。2.1数据通信基础2.通信系统的组成

数据通信过程，是两个或多个节点之间借助传输媒体以二进制形式进行信息交换的过程。将数据准确、及时地传送到正确的目的地，是数据通信系统的基本任务。噪声信息源编码调制信道解调解码接收者2.1数据通信基础2.通信系统的组成

数据通信系统的基本构成硬件由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质组成。软件由数据信息形成的通信报文和通信协议组成。2.1数据通信基础2.通信系统的组成发送设备：具有通信信号发送电路的设备，也称为发送器(Transimitter)。接收设备：具有通信信号接收电路的设备，也称为接收器(Receiver)。既可以作为发送设备，又可以作为接收设备，称为收发器(Transceiver)。2.1数据通信基础

3.数据编码数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。

--模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。

--模拟信号与数字信号

--基带(Baseband)与宽带(Broadband)信号数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）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数据通信基础

3.数据编码2.1数据通信基础模拟信号与数字信号模拟信号：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。tta)模拟信号b)数字信号2.1数据通信基础

3.数据编码不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道

数据编码的目的：为了降低信号传输过程中的直流分量和改善噪声，减少对硬件带宽的要求，且能方便提取同步信号，必须对发送的数据进行编码后再发送。数据编码分：数字数据编码和模拟数据编码数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0，1状态的，称为数字数据编码。模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅值、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态的称为模拟数据编码。2.1数据通信基础

3.数据编码2.1数据通信基础一、单极性编码

信号电平是单极性的，如逻辑1用高电平，逻辑0用低电平。二、双极性编码

信号电平为正、负两种极性的，正电平用1，负电平用0。

3.数据编码三、归零码（RZ）

在每一位二进制信息传输之后均返回零电平。如逻辑1只在该码元时间中的某段维持高电平后就回复到低电平。四、非归零码（NRZ）在整个码元时间内都维持其逻辑状态的相应电平的编码。

3.数据编码2.1数据通信基础2.1数据通信基础

3.数据编码五、差分码

在各时钟周期的起点，采用信号电平的变化与否来代表数据“1”和“0”的状态。例如规定用时钟周期起点的信号电平变化代表“1”，不变化代表“0”，按此规定形成的编码称为差分码。2.1数据通信基础

3.数据编码六、曼彻斯特编码(ManchesterEncoding)也称自同步编码或相位编码特点：这是一种常用的基带信号编码，它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。方法：在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段所传送的是比特值本身。2.1数据通信基础

3.数据编码

模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0，1状态。幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数，可通过改变这三个参数，实现模拟数据编码。模拟数据编码的三种形式：

一、幅度键控ASK（amplitude-sheftkeying）

二、频移键控FSK（frequency-sheftkeying）

三、相移键控PSK（phase-sheftkeying）这三种形式是模拟数据编码的三种编码方法。2.1数据通信基础

3.数据编码幅度键控ASK中，载波信号的频率、相位不变，幅度随调制信号变化。如：一个二进制数字信号，调制后波形的时域表达式为：原始信号键控调幅后的信号2.1数据通信基础

3.数据编码频移键控FSK：载波信号的频率随着调制信号的变化而变化，而载波信号的幅度、相位不变。如：定义信号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。（HART协议采用该种通信方式，1200Hz为1，2200Hz为0）。相移键控PSK：载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、频率不变。用相位0°和180°分别代表1和0。2.1数据通信基础

3.数据编码11110000000FSK调频ASK调幅PSK调相4.通信系统的性能指标实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减：信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟：信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声

热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。

串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线。

脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标

一.有效性指标数据位传输速率

位（bit）/秒其中：T为数据信号周期，n为一个信号所表示的有效状态。例：在二进制中，信号的有无就表示这个码元状态的“0”或“1”。所以n=2。2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标可度量通信系统每秒传送的信息量。二进制信号的信息速率用每秒比特（bit/s,bps,b/s）作单位。如比特率为9600bps意味着每秒可传输9600个二进制脉冲。当信道一定时，信息速率越高，有效性越好。

一.有效性指标比特率

位（bit）/秒2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标波特（Baud)是指信号的一个变换波形。把每秒传输的信号波的个数称为波特率。单位为波特，记作Baud或B。比特率和波特率的区别每个信号可以包含1个、也可以包含2个二进制数据位。1个

比特率=波特率

2个

比特率=波特率×2在讨论信道特性，特别是传输频带宽度时，通常采用波特率；涉及实际的数据传送能力时，则使用比特率。

一.有效性指标波特率

2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标吞吐量（throughput)单位时间内通信系统接收发送的比特数、字节数或帧数来表示。表示通信系统的数据交互能力。频带利用率是指单位频带内的传输速度。单位为bps/Hz，即每赫兹带宽所能实现的比特率。协议效率是指传输数据包中，有效数据位与整个数据包长度的比值，一般用百分比表示。

一.有效性指标2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标传输延迟指数是指数据从链路或网段的发送端传送到接收端所需要的时间，也被称为传输时间。传输延迟指数=发送时间+传播时间+排队转发时间通信效率是指数据帧的传输时间与用于发送报文的所有时间之比。除传输时间外，还包括竞用总线或等待令牌的排队时间、用于发送维护信息等的时间总和。通信效率=1，所有时间都有效地用于传输数据帧；通信效率=0，总线被报文的碰撞、冲突所充斥。

一.有效性指标2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标二.可靠性指标

误码率

误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数；实际中经常采用的是平均误码率；误码率并非越低越好，误码率越小，则系统越复杂，造价越高；计算机通信中一般要求其平均误码率低于10-9；通信系统的有效性与可靠性两者之间是相互联系、相互制约的。2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标三.通信信道的频率特性

频率特性分为幅频特性和相频特性

幅频特性是指不同频率的信号在通过信道后，其输出信号幅值与输入信号的幅值之比，它表示了信号在通过信道的过程中受到的不同衰减。相频特性是指不同频率的信号在通过信道后，其输出信号相位与输入信号的相位之差。信道的频率特性取决于传输介质的物理特性和中间通信设备的电气特性。2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标四.信道带宽与介质带宽信号带宽：信号频谱所占有的频率宽度。

信号的有效带宽2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标四.信道带宽与介质带宽信道带宽：是指信道容许通过的物理信号的频率范围，即容许通过的信号的最高与最低频率之差。介质带宽：是指该传输介质能通过的物理信号的频率范围。介质带宽与信号的畸变2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标四.信道带宽与介质带宽信道容量：是指信道在单位时间内可能传送的最大比特数。

M最大数据率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2Wlog2MW=带宽M=信号电平级数若码元的电平级数为4(即1个码元携带2bit的信息量)

话音级线路的信道容量计算(3000Hz)Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。Nyquist公式：用于理想低通信道2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标五.信噪比对信道容量的影响信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值。一般用10lgS/N来表示，单位分贝（dB)。Shannel计算公式：高斯噪声干扰信道的信道容量C表示信道容量，W表示信道带宽。从上式可以看到，提高信噪比或增加信道带宽均可增加信道容量。C=Wlog2(1+SN)b/s2.1数据通信基础4.通信系统的性能指标五.信噪比对信道容量的影响例：信道带宽W=3KHz，信噪比为10dB（S/N=10)，则C=3000*log2(1+10)≈10380bps如果信噪比提高为20dB（S/N=100)，则C=3000*log2(1+100)≈19980bps1.增加带宽也可以提高信道容量。但噪声功率N=Wn0(n0为噪声的单边功率谱密度）。随着W增大，N增大，会导致信噪比降低。2.在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较高的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。2.1数据通信基础4通信系统的性能指标五.信噪比对信道容量的影响Nyquist公式和Shannel公式的比较C=2Wlog2M

此公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)

无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。2.1数据通信基础5.信号的传输模式基带传输基带（baseband）（BAB）：是数字数据转换为传输信号时其数据变化本身所具有的频带。例如：数字信号的基本频带：0～若干MHz。由传输速率而定。基带传输：基带传输是指在基本不改变数字信号频率的情况下，直接按基带信号进行的传输。它不包含任何调制（频率变换），按数据波的原样进行传输。2.1数据通信基础5.信号的传输模式基带传输的特点：

（1）信号按位流形式传输，整个系统不用调制解调器，使得系统价格低廉。（2）与宽带网相比，基带网的传输介质比较便宜，可以达到较高的数据传输速率(一般为lMbps~10Mbps）但其传输距离一般不超过25km，传输距离越长，传输质量越低。大部分微机局域网，控制局域网都是采用基带传输方式的基带网。2.1数据通信基础5.信号的传输模式载波传输载波信号：发送设备要产生某个频率的信号作为基波来承载数据信号，这个基波被称为载波信号。载波传输：按幅值键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等不同方式，依照要承载的数据改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号，载波信号承载数据后的信号传输过程称为载波传输。2.1数据通信基础5.信号的传输模式载波传输的特点：（1）克服了目前长途电话线路不能直接传输基带信号的特点;（2）可实现多路复用，提高了通信线路的利用率;（3）在接收端和发送端都要设置调制解调器。2.1数据通信基础5.信号的传输模式宽带传输在同一介质上可以传输多个频带的信号。宽带传输的特点：可进行全部广播，还可以高速数据传输。可见宽带传输系统是模拟信号传输系统，可以在同一信道上进行数字和模拟信息服务。宽带传输与基带传输的主要区别：（1）数据传输速率不同。基带网几十到几百Mbps,宽带网可达Gb/s。（2）宽带网可划分多条基本通信信道。能提供多条良好的通信路径。异步转移模式ATMATM（AsynchronousTransferMode）是一种新的传输与交换数字信息的技术，也是实现高速网络的主要技术，被规定为宽带综合业务数字网（B-ISDN）的传输模式。2.1数据通信基础6.局域网及其拓扑结构（1）计算机网络和网络拓扑计算机网络按地域范围可分为远程网和局域网。远程网的跨越范围可从几十Km到几万Km，其传输造价较高；局域网的距离只限于几十m到25Km，一般为10Km以内。网络拓扑结构、信号方式、访问控制方式、传输介质是影响网络性能的主要因素。网络的拓扑结构是指网络中节点的互联形式。2.1数据通信基础2.1数据通信基础6.局域网及其拓扑结构（2）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。2.1数据通信基础6.局域网及其拓扑结构（3）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。6.局域网及其拓扑结构2.1数据通信基础（4）总线形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。2.1数据通信基础6.局域网及其拓扑结构（5）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。2.1数据通信基础7.网络的传输介质

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。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/86400s≈648Mb/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2.1数据通信基础7.网络的传输介质

（1）双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套--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屏蔽双绞线(STP)2.1数据通信基础7.网络的传输介质

（1）双绞线以铝箔屏蔽以减少干扰和串音非屏蔽双绞线(UTP)3类、5类、6类（16M、155M、1200M）双绞线外没有任何附加屏蔽2.1数据通信基础（2）同轴电缆7.网络的传输介质

基带同轴电缆

一条电缆只用于一个信道，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，75，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器。铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套2.1数据通信基础7.网络的传输介质

细同轴

--50，D=1.02cm--185m；4中继、5段（925m）--优缺点：价格低，安装方便（T型连接器、BNC接头、Terminator），抗干扰能力强，距离短，可靠性差。粗同轴--50，D=2.54cm--500m；4中继、5段（2500m）--优缺点：价格稍高，安装方便（收发器、收发器电缆、Terminator），抗干扰能力强，距离中等，可靠性好。

（2）同轴电缆2.1数据通信基础7.网络的传输介质

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）光缆

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2.1数据通信基础7.网络的传输介质

（3）光缆2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式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2.1数据通信基础（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”。8.介质的访问控制方式2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式（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”。2.1数据通信基础（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。8.介质的访问控制方式2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式（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。2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式（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。2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式（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。2.1数据通信基础8.介质的访问控制方式受控访问方式：令牌访问控制方式ADFEBC令牌环BAFEDC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令牌总线令牌环（IEEE802.5）拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环。2.1数据通信基础9.CRC校验循环冗余校验循环冗余校验（cyclicredundancycheck,CRC)对传输序列进行一次规定的除法操作，将除法操作的余数附加在传输信息的后边。在接收端，也对收到的数据做相同的除法。如果接收端除法得到的结果其余数不是零，就表明发生了错误。基于除法的循环冗余检验，其计算量大于奇偶校验与求和校验，它能够检测出大约99.95%的错误。2.5传输差错及其检测与校正数据通信基础2.循环冗余校验的工作原理循环冗余校验原理图发送方接收方发送的数据f(x)实际发送数据字段校验字段接收的数据f′(x)生成多项式G(x)如果接收正确如果接收出错f(x)：比特序列作为多相式的系数G(x)：生成多项式k：为生成多项式的最高次幂CRC生成多项式G(x)：由协议规定．国际标准中有：CRC-12:G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16:G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT:G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32:G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+12.1数据通信基础9.CRC校验2.5传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测CRC生成多项式G(x)：由协议规定．国际标准中有：CRC-12:G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16:G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT:G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32:G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1解：待校验数据为110011（6比特）生成多相式为比特序列为：1101（4比特，k=3）将待校验数据比特序列乘以23，则产生的乘积为110011000将乘积用生成多项式比特序列去除，按模二算法应得到余数为：001将余数比特序列加到乘积中:001+110011000=110011001

如果在数据传输中没有错误,那么接收端收到的带有CRC校验码的接收数据比特序列一定能被相同的多项式整除,如不能被整除则表明有错误。例：待校验数据为110011。CRC多项式为，写

出循环冗余码的计算和校验过程。模二算法与算数算法类似，但减法不借位，加法不进位，相当于异或。思考题：1、画出通信系统的组成，并对系统各个组成部分功能进行简单介绍。2、可靠性指标的概念？介质带宽、信道容量和信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？3、信号的传输模式有哪三种？他们各自的定义和特点是什么？4、待校验数据为101011。CRC多项式为G(x)=x3+x2+1;写出循环冗余码的计算和校验过程。2.1数据通信基础2.2现场控制网络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。

2.2现场控制网络1.现场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PC操纵台输出设备监控设备执行机构开关传感器2.2现场控制网络2、现场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。

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。2.2现场控制网络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3.控制网络的实时性要求

1.网络传输技术广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。点到点网络：由一对一机器之间的多条连接构成。2.局域网按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网。局域网的技术特点覆盖有限的地理范围，适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；提供高数据传输速率（10Mb/s～10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；2.3网络硬件3.城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；城域网在技术上与局域网相似。4.广域网的技术特点广域网也称为远程网；覆盖的地理范围从几十公里到几千公里；覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络；主要使用分组交换技术；它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。5.无线网6.互联网2.3网络硬件基本概念网络互连是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的网络，也可以是运行不同网络协议的异型系统。在相互连接的网络中，每个子网成为网络的一个组成部分，每个子网的网络资源都应该成为整个网络的共享资源，可以为网上任何一个节点所享用。同时，又应该屏蔽各子网在网络协议、服务类型、网络管理等方面的差异。网络互连技术能实现更大规模、更大范围的网络连接，使网络、网络设备、网络资源、网络服务成为一个整体。

2.4网络互联2.网络互连规范IEEE802.1—通用网络概念及网络体系结构描述等。IEEE802.2—逻辑链路控制IEEE802.3—CSMA/CD总线访问方法与物理层技术规范IEEE802.4——TokenBus访问方法与物理层技术规范IEEE802.5——TokenRing访问方法与物理层技术规范IEEE802.6——城域网的访问方法与物理层技术规范IEEE802.7——宽带局域网IEEE802.8——光纤局域网（FDDI）IEEE802.9——ISDN局域网IEEE802.10——网络的安全IEEE802.11——无线局域网IEEE802.12:100VG-AnyLAN访问控制方法与物理层规范IEEE802.14:协调混合光纤同轴(HFC)网络的前端和用户站点间数据通信的协议。IEEE802.15:无线个人网技术标准，其代表技术是蓝牙(Bluetooth)。IEEE802.16：宽带无线MAN标准－WiMAX2.4网络互联3.网络互连和操作系统局域网操作系统是实现计算机与网络连接的重要软件。局域网操作系统通过网卡驱动程序与网卡通信实现介质访问控制和物理层协议。Netware,WindowsNTServer,LANManager都是局域网操作系统的范例。4.现场控制网络互联现场控制网络通过互联实现不同网段之间的网络连接与数据交换，包括在不同传输介质、不同速率、不同通信协议的网络实现互联。一般同种总线的网段采用中继器或网桥实现连接与扩展；不同类型的现场总线网段之间采用网关实现互联。2.4网络互联1.中继器中继器又称重发器，属于物理层的网络互联设备，中继器的主要作用是延长电缆或光缆的传输距离，也可用于增加网段上挂接的节点数量。有电信号中继器和光信号中继器。中继器是一个再生器而不是放大器。2.5网络互联设备2.网桥网桥属于作用在物理层和数据链路层的存储转发设备，在两个相同类型的网段之间进行帧中继。网桥用于在局域网中连接同一类型的不同网段，互连采用不同传输速率、不同传输介质的网络。网桥具备寻址与路径选择的功能。2.5网络互联设备2.网桥网桥与中继器的区别在于，网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器。中继器不处理报文，不能理解报文中的任何东西，只是简单地复制信号。而网桥除了对数据帧进行差错校验外，它还知道相邻段的地址，并基于这些地址实行包过滤。2.5网络互联设备3.路由器路由器工作在物理层、数据链路层和网络层，它比中继器和网桥更复杂一点，并包含有软件。路由器在具有独立地址空间、不同数据速率和传输媒体的网段间存储转发信号。路由器所连接的所有网段，其协议是一致的。2.5网络互联设备4.网关网关又被称为网间协议变换器，用于实现不同