控制网络基础4

控制网络基础1控制网络与计算机网络2控制网络的特点3网络拓扑结构4网络传输介质5网络传输的访问控制方式6网络互连2023/2/411控制网络与计算机网络计算机网络：也称为信息网，有广域网、城域网、局域网之称，是指多台互相连接、可以共享数据资源的计算机构成的集合。信息网以信息的可靠传输为主要目的。控制网络：是指通过现场总线技术，把具备数字计算、处理、与通信能力的现场（自控）设备连接起来的系统。控制网络以信息的实时传输为主要目的。2023/2/422控制网络的特点控制网络的范围在几千米之内，属于局域网或局域网的子网。控制网络节点：各类开关；传感器、变送器；各种调节阀；电机（马达）控制设备；网络中继设备。控制网络特点：数据量相对较小，传输距离较短，实时性，可靠性要求较高。发展目标：实时性、抗干扰能力、总线供电。2023/2/433网络拓扑结构如果把网络中的节点抽象成数学上的点，把通信线路抽象成数学上的线段，这样构成的图形称为网络的拓扑结构。网络的拓扑结构可以分为基本结构与复合结构。基本结构是网络拓扑结构的基本形态，而复合结构是由几种或几个基本结构复合而成的比较复杂的网络拓扑形态。网络拓扑的基本结构有4种2023/2/44星型结构的特点是：存在一个中心节点。它是星型子网的主节点，其他节点皆为从节点。从节点间的通信必须经过主节点转发。（1）星型结构2023/2/45总线型结构的特点是：总线为所有节点共享，总线信道由多点介质构成。总线上任何两个节点都可以直接通信，无须转发，可采用广播式通信。（2）总线型结构2023/2/46环型结构的特点是：每个节点都是端节点且具有中继作用。要实现环上任何两节点的通信，必须沿一定方向，进行多次点-点通信，经过多次转发才能完成。表面上看环型结构信道属于点一点专用信道，但实际上却是共享信道，因为任何一次完整的通信，信息都要经过整个环道传送。（3）环型结构2023/2/47这种结构与前三种基本结构的一个本质差别是存在只起中继作用的中继节点。网络型结构从发送站到接收站常有多条可能的路径，需要进行路径选择，从而导致通信过程比较复杂。（4）网格型结构2023/2/48

NEXT基本拓扑结构图2023/2/49如果把一个基本结构作为一个节点，接入另一个基本结构中去，就形成了复合型拓扑结构。树形结构是星形结构的复合结构（5）复合结构2023/2/410复合结构图2023/2/4114网络传输介质1双绞线：低成本，距离较短，速度低。2同轴电缆：传输特性好，成本高，单通道。3光缆：传输距离远，传输速度快，需要光电转换设备。4无线传输：电磁波，激光，红外，声波。受环境影响大，可靠性不如有线系统，不需要架设线路，目标移动方便。适合于特殊环境。2023/2/4125网络传输的访问控制方式1载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）总线形网络。先听－后讲不坚持：等待一段时间再监听，空闲发送。

1坚持：一直监听空闲立即发送。

P坚持：监听间隔随冲突概率变化。此项技术已经广泛地应用于网络数据传输中。2023/2/413（2）令牌令牌技术应用于环形网络构建一个令牌在个站点之间循环传递，获得令牌的有传输需求的使用总线，否则将令牌传递给下一级。类似环城地铁或环城公交车的管理模式。总线网络也可按地址编号以虚拟成环形网络。单站点故障，环被破坏。2023/2/414（3）复用技术复用技术：在一条高速线路上，传递多路低速信号。复用技术可分为：频分复用、时分复用和波分复用。2023/2/415频分复用是把一条物理信道的频带分割成若干个互不重叠的小频段，将每个小频段当成一个子信道，传送与该频段相应的载波信号，这样就使一条物理信道变为若干条子信道，从而实现了复用。频分复用频率2023/2/416时分复用是把一条物理信道的使用权按时间段分隔开来，一段时间内信道归一对通信双方使用，另一段时间内归另一对通信双方使用。这样一来，就使一条物理信道变为若干条子信道，从而实现了复用。时分复用时间2023/2/417波分复用技术（wavelength-divisionmultiplexing,WDM）是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。波分复用2023/2/418（4）交换技术三种数据交换方式：线路交换方式；报文交换方式；报文分组交换方式。2023/2/419线路交换方式是指在需要通信的两台微机之间建立起一条实际的物理连接，再在这条实际的物理链路上交换数据。线路交换方式把通信分为线路建立、数据通信、线路拆除三个阶段。线路交换方式2023/2/420报文交换方式和报文分组交换方式这两种交换方式不需要建立直接的物理链接，而是经由中间节点的中转实现数据交换。报文是双方交换的基本数据单位，包含双方的约定信息及被传输的数据。一般有固定的格式。报文交换方式交换的数据单位是报文，而报文分组交换方式交换的数据单位是一个报文分组。报文分组将报文按顺序切割而形成的更短的数据单位，也称为分组。由于报文分组比报文短得多，因此传送时比较灵活，用时较短。2023/2/421报文分组交换方式的实现方法1．虚电路方法虚电路是建立在通信双方之间的一条逻辑信道。虚电路方法是指通信双方的数据交换在虚电路上完成。2023/2/4226网络互连网络互连规范IEEE802.1-IEEE802.16IEEE802.1A综述体系结构IEEE802.1B寻址、网际互连和网络管理IEEE802.2逻辑链路控制IEEE802.3CSMA/CD接入方法和物理规范IEEE802.4令牌总线接入方法和物理规范IEEE802.5令牌环接入方法和物理规范IEEE802.6城域网接入方法和物理规范IEEE802.7宽带技术2023/2/423续IEEE802.8光纤技术IEEE802.9话音综合数据业务IEEE802.10可互操作的网络安全技术IEEE802.11WLAN无线局域网IEEE802.12优先级轮询局域网IEEE802.14Cable－TV广域网IEEE802.15WPAN无线个人局域网IEEE802.16宽带无线局域网2023/2/4242网络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网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层2023/2/425控制网络模型用户层用户层用户层应用层FMS/FASFMS/FDA报文规范表示层会话层传输层TCP/UDP网络层IP数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层物理层物理层物理层物理层485ISOH1HSEPROFIBUS2023/2/426控制网络模型2应用层应用程序表示层数据解释会话层请求/响应、确认传输层端到端传输网络层报文寻址数据链路层介质访问MAC数据链路层LLC介质访问MAC数据链路层LLC物理层物理层物理层ISOLonWorksCAN2023/2/427中继、网桥中继器也称为重发器，仅作用与物理层，作用是为了延迟通信距离。与放大器不同的是中继是信号再生而不是原样放大。网桥作用与物理层和数据链路层，连接两个相同数据结构，不同传输速度、或不同介质类型的网段，可以存储和转发数据。网桥具备寻址功能和路径选中功能。简单网桥：事先预置节点地址表学习网桥：自动获取地址表多点网桥：连接多个网段2023/2/428路由器、网关路由：作用与物理层、链路层和网络层，包含有软件，可以选择较好的传输路径和在不同的网络中转发数据包。网关也称为网间协调转换器：可以连接不同协议的网络，起到翻译的作用。在控制网络中，网关最常见的应用就是连接不同类型的现场总线。2023/2/429异步通信是以字符为单位进行传输，在传输时允许字符之间有不相等的间隔与停顿。异步格式的一个数据字包括1位起始位，8位数据位，最后是停止位。起始位规定为0，8位数据位依据由低位到高位的顺序发送，前7位组成1个字符编码，第8位为奇偶校验位。停止位可以选择1位、1.5位、2位。这样形成的异步格式数据字可以是10位，10.5位或11位。空闲(IDLE)位又称传号位,空闲时间长度任意，状态为“1”。（1）异步通信2023/2/430异步通信波形空起D0D1D2D3D4D5D6D7校停空闲0/10/10/10/10/10/10/10/10/110101100TTLRS-232偶校验2023/2/431说明异步通信只规定了一个字节的波形，物理层有TTL、RS-232、RS-422、RS-485链路层规定比特率和位排列顺序。上层可以是字符编码，十六进制编码；在字符编码是采用0D0A作为结束符；数据块格式由用户定义；2023/2/432在同步通信中，信息不是以字符为单位传输而是以数据块为单位传输的。一个数据