第五、六次(控制网络及网络互连)

控制网络与网路互连现场总线控制网络与计算机网络现场总线控制网络：把具备数字计算、处理与通信能力的自控设备通过现场总线连接组成的网络系统节点：各类自控设备计算机网络：各类计算机为网络节点，采用传输线路和网络互连设备连接，资源共享。WAN、MAN、LAN联系：现场总线控制网络：特殊计算机网络；受互联网、局域网技术发展影响；一般为局域网。区别：控制网络工作在生产现场，节点的设备类型、传输信息的种类、网络执行的任务、网络环境不同现场总线控制网络的节点：具有计算、通信能力的测控设备计算处理能力不如普通计算机现场总线控制网络的任务：将现场运行的信息传送到远离现场的控制室；控制、维护、组态命令送往位于现场的测控设备；现场设备的数据联系与沟通；与操作终端、上层管理网络的数据连接和信息共享。现场总线控制网络的工作环境：强电磁干扰；机械振动；野外工作环境；自控设备千差万别，实现控制网络的互联与互操作困难。现场总线控制网络的要求：实时性、可靠性测量控制作用：时限性系统动作：顺序正确实时系统：硬实时、软实时分布式实时系统，实时任务在不同节点上周期性进行，通过任务的实时调度，使网络通信具有确定性。现场总线对OSI通信参考模型的简化简化原因：控制网络：工业数据通信的底层；各类测控设备零散分布在较大范围，构成控制网络；单个节点面向控制的信息量不大，信息传输任务简单；实时性、快速性要求高七层模式：层间操作与转换复杂，网络接口造价、时间开销高。降低成本，满足实时性。P47图3.3OSI与部分控制网络通信参考模型的对应关系H1:基金会现场总线FF,物理层、数据链路层、应用层（2个子层），增加用户层（网络管理、系统管理）HSE:FF基金会定义的高速以太网， H1的高速网段，物理层---传输层的分层模型与以太网相似，应用层、用户层与H1相当PROFIBUS:IEC标准子集之一物理层、数据链路层、应用层、用户层LonWorks:全部七层通信协议，通用控制网络CAN：ISO11898标准，物理层、数据链路层图3.4网络互连设备四类型网络互连设备:局域网内部扩展时使用

1.中继器（用于局域网内部扩展；工作在物理层，对信号进行再生、放大。） 2.网桥（用于局域网内部扩展，智能化的中继器；能解析数据帧的地址，隔离故障，工作在数据链路层）用于LAN之间，LAN与WAN之间，或WAN和WAN之间互连；

3.路由器（可以连接不同类型的网络；具有路由功能；工作在网络层）4.网关（可以连接使用不同协议体系结构的网络;工作在应用层;没有通用网关）中继器物理层作用：对报文信号整形放大、按数据位重新复制。延长电缆传输距离，增加网段上挂接的节点数量；不以任何方式改变网络功能；不同于放大器，是再生器；位置：在尚可以辨认出信号原有含义的地方。网桥物理层和数据链路层的存储转发设备；在局域网中连接同一类型的不同网段（传输媒介、电气接口、数据速率可不同，网络协议和地址相同）；寻址、路径选择：重生信号，检查目的地址，选择正确路径，送到地址所属网段。例：图3.6智能中继器，包过滤。网络互连中的路由器

路由器亦称选径器，是在网络层上实现互连的设备，与网桥相比，具有更强的互连功能和更大的灵活性。工作方式与特点：路由器：连接具有独立地址空间、不同数据速率、传输媒介网段，协议一致。远程局域网互连时往往被选用。利用路由器连接，可使局域网间存在多条路由通路。网络出现少量路由器或传输链路故障时，不影响通信网络的正常工作。路由器基于路由器的通信网络中，任意两点之间存在多条传输路径，所以路由器包含相应的软件（路由算法），根据网络的当前状态，在若干路径中选择一条最好的传输路径。路由是OSI第三层的功能，路由器属于第三层的设备路由器的TCP/IP模型提供信源到信宿的连接网络接口层物理层互联网层传输层应用层网络接口层物理层互联网层传输层应用层网络接口层物理层互联网层设备A设备B路由器网关网关又称网间连接器、协议转换器。在传输层以上实现网络互连，属于应用层的设备。通常是安装在路由器内部的软件。它的功能体现在OSI模型的最高层，对协议进行转换，以便在两个不同网络之间进行通信（协议不同、体系结构不同）。网络接口层物理层互联网层传输层应用层网络接口层物理层互联网层传输层应用层网络接口层物理层互联网层设备A设备B网关传输层应用层网关网关可以转换的应用层协议包括：电子邮件传输协议（SMTP，MIME）文件传输协议（FTP，TFTP，NFS）远程登录协议（TELENT，rlogin）网关可以转换的传输层协议包括：TCP、UDP网关网关还可以用于不同体系结构的网络互连。不同公司的网络体系结构SNA（SystemNetworkArchitecture）——IBM公司DNA（DigitalNetworkArchitecture）——Digital公司BNA(BurroughsNetworkArchitecture)——宝来机器公司DSA(DistributedSystemsArchitecture)——Honeywell公司NetWare网络——Novell公司例如：IBM公司的SNA网络与Novell公司的NetWare网络互连。连接SNA网与NetWare网的一个网关根据通信双方协议和体系结构的不同，对应特定的网关。不存在通用网关。传输媒介有线媒介：使用物理导体来传输信号双绞线同轴电缆光纤电缆无线媒介：将信号通过空气进行传输无线电波微波卫星性能比较：费用，传输速度，信号衰减，电磁干扰，安全性网络传输媒介的性能1）传输介质的频率特性幅频特性相频特性如通信信号的频率在信道带宽范围内，传输信号基本不失真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）介质带宽传输介质能通过的物理信号的频率范围有限同轴电缆带宽>双绞线带宽越大，传输能力越强信号频谱、信号带宽图3.15介质带宽与信号畸变信道容量：限制数据传输速率3）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；信道容量计算公式增加信噪比、带宽4）导线传输介质的性能参数特征阻抗：直径、相对距离、绝缘类型现场总线电缆，电气参数要求网络传输介质的访问控制目的：解决同一时间多个设备同时发起通信，引起争用传输介质，总线仲裁。计算机网络：载波监听多路访问/冲突检测，随机访问方式；现场总线系统：确定性（时间、顺序），主/从、令牌、时分复用主从通信一个主节点，多个从节点；主节点：控制该网段上所有通信连接；主节点：对从节点依次逐一轮询，周期性报文传输；主节点呼叫发送—主节点暂停—从节点应答—从节点暂停主节点在规定时间内未收到应答信号，不等待，下一次呼叫。载波监听多路访问/冲突检测

（CSMA/CD）节点随机发起通信；冲突—多个节点同时发起通信，信号在传输线上混淆遭破坏；载波监听—每个节点在发送信息前，侦听传输线上是否有信息在发送；冲突检测—节点发送信息之后，继续侦听，判读是否冲突，发现，中止当前发送,向总线发拥塞信号，通知各个节点；总线上传输数据破坏先听再讲。避免冲突：发送等待，坚持退避算法1）不坚持CSMA；2）1坚持CSMA；3）P坚持CSMA节点自主随机发起通信，非确定性载波监听多路访问/逐位仲裁相同点：使用CSMA，先听再讲，各节点自主随机发起通信；不同点：出现多路同时访问，仲裁机制。将节点按通信实时性要求紧急程度划分优先级，编号；冲突发生时，优先级较低的节点主动退出发送，最高优先级节点不受影响继续传送数据，总线上传输数据不破坏。CAN总线令牌令牌：获得介质访问权的标志，获得令牌---发起通信，避免多个节点同时发；令牌环：环形局域网。令牌在环路上顺次传，一个节点发送，其它节点允许接收；令牌总线：网上各节点按预定顺序形成逻辑环；数据传输阶段+令牌传送阶段交替。时分复用（TDM）为每个节点预先分配一段特定的