工业控制网络(2013)3

工业控制网络（3）哈工大网络与电气智能化研究所刘勇2013（春）七、计算机网络硬件网络硬件主要由可独立工作的计算机、网络设备和传输介质组成。1.计算机是计算机网络的核心，用户主要的网络资源。服务器：向网络用户提供服务，并负责对网络资源进行管理。可分为文件服务器、通信服务器、备份服务器、打印服务器等。一般由功能强大的计算机担任，如：小型机、专用PC服务器、高档PC。网络工作站：是一台供用户使用网络的本地计算机，为用户服务，同时被授予一定权限访问服务器，或与其它工作站通信及共享网络资源。2.网络设备网卡：又称网络接口适配器（NIC），是计算机与传输介质的接口，负责网络上数据包的接收和发送。调制解调器：用来实现通信信道上数字信号与模拟信号的相互转换。中继器：物理层互连设备，通过放大和再生信号扩大介质的传输距离。应用目的是为了解决电缆长度问题。集线器：物理层互连设备，作为网络传输介质的中央节点，可以看成是一种特殊的中继器，除了具有信号再生功能外，有的还具有在共享信道上分配带宽的功能。一般不能识别MAC地址，以广播方式转发数据包。交换机：数据链路层互连设备，是一种基于MAC地址识别，完成封装、转发数据包功能的网络设备。网桥：数据链路层互连设备，用于连接使用相同通信协议，但传输介质可以不相同的两个网络。路由器：网络层互连设备，作用是连接局域网和广域网，有判断网络地址和选择路径的功能。其主要作用是为经由路由器的报文寻找一条最佳路径，并将数据传送到目的站点。它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。网关：应用层互连设备，实现不同网络协议之间的转换，并具有路由功能，将数据重新分组后传送。3.传输介质（见幻灯片《工业控制网络（2012）2》的21-33页）八、网络分类1.按网络的地理范围分类局域网（LAN）：是一种限定在较小范围内的网络，一般小于10公里。城域网（MAN）：规模局限在一座城市的范围内，10-100公里的区域。广域网（WAN）：是一种跨越大的地域的网络，可能跨越国界、洲界，甚至全球范围。一般又划分成资源子网和通信子网：资源子网：由计算机网络中提供资源的终端（称为主机）和申请资源的终端共同组成。通信子网：由通信节点和通信链路组成，承担计算机网络中的数据传输、交换、加工和变换等通信处理工作。通信节点由通信设备或具有通信功能的计算机组成，通信链路由一段一段的通信线路构成。2.按网络的拓扑结构分类可分为星形、环形、总线形、树形、不规则形、完整性等。（见幻灯片《工业控制网络（2012）2》的17-21页）3.按传输介质分类（见幻灯片《工业控制网络（2012）2》的21-33页）4.按通信方式分类（1）点对点传输网络每条物理线路连接一对计算机。假如两台计算机之间没有直接的线路，那么它们之间的分组就要通过中间节点的接收、存储、转发，直到目的节点。由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的，因此从源节点到目点节点可能存在多条路由，决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路由需要有路由选择算法。（2）广播式网络传输所有连网计算机共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其它的计算机都会收听到这个分组。由于发送的分组中带有目的地址和源地址，接收到该分组的计算机将检查目的地址是否与本节点地址相同。若被接收的报文分组的目的地址与本节点地址相同，则接收该分组，否则丢弃该分组。5.按网络的使用目的分类共享资源网：使用者可共享网络中的各种资源，如：文件、扫描仪、打印机以及各种服务。Internet网是典型的共享资源网。数据处理网：用于数据处理的网络，如：科学计算网络、企业经营管理用网络等。数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络，如：情报检索网络等。注：目前网络使用的目的都不是单一的。6.按服务方式分类客户机／服务器网络：客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式。多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。对等网：每台计算机都可以与其它每台计算机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。7.按传输速率划分低速网络：<10kbps中速网络：10kbps—100Mbps高速网络：100Mbps—10Gbps8.按交换方式划分（1）电路交换网：如电话系统；（2）报文交换网：如电报系统；（3）分组交换网：如因特网，ATM网（交换的是信元）。9.按适用范围划分（1）公用网：如：CHINAPAC（中国分组交换网）；（2）专用网：如：微软公司内部网九、网络软件1.网络协议和协议软件它们是通过协议程序实现网络协议功能。2.网络通信软件通过网络通信软件实现网络工作站之间的通信。3.网络操作系统网络操作系统是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序，它是最主要的网络软件。4.网络管理与网络应用软件网络管理软件：是用来对网络资源进行管理和对网络进行维护的软件；网络应用软件：是为网络用户提供服务并为用户解决实际问题的软件。十、计算机网络的体系结构为了易于设计、分析、实现和测试网络及其部件的功能，计算机网络按功能划分成多层结构。同层之间采用协议进行通信；相邻层之间通信使用接口。层次和协议的集合称为计算机网络的体系结构。为了减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层或级的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。不同的网络，其层的数量、各层的名字、内容和功能都不尽相同。一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行对话。通话的规则就是第n层协议。协议基本上是通信双方关于通信如何进行达成的一致。不同机器里包含的对应层的实体叫对等进程。正是对等进程利用协议进行通信。实际上，每一层都把数据和控制信息交给它的下一层，直到最下层。每一对相邻层之间都有一个接口。接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。抽象出对等进程这一概念，对网络设计是至关重要的。有了这种技术，就可以把设计完整的网络这种难以处理的问题划分为n个小的、易于处理的问题，即各层的设计。它仅仅定义了网络及其部件应完成的功能，而不涉及其实现细节。1.几个基本概念协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。由语法、语义和时序三大要素组成。协议栈：某一系统内的各层协议集。接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及下层对上层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻的上层。原语：是不可再分的操作，分请求、指示、响应、证实4种。实体：任何可以发送或接收信息的硬件／软件进程，是每一层的活跃因素。对等实体：位于不同系统中同一个层次上的两个实体。由于实体可能为一个软件进程，因而也有对等进程之说。虚拟通信：数据并不是从一台机器的第n层直接传送到另一台机器的第n层，而是每一层都把数据和控制信息通过相邻两层之间接口上的服务接入点交给自己的下一层，直到最下层的物理介质，再通过实际通信送达目的机器。目的机器再通过逐层向上提供服务将源机器传送的数据还原给自己的第n层。2.几个英文缩写ICI：接口控制信息；SDU：服务数据单元；IDU：接口数据单元；PDU：协议数据单元；SAP：服务接入点。3.应该弄懂的几个问题虚拟通信与实际通信之间的关系：（略）协议与接口之间的区别：计算机网络中同层通信采用协议，相邻层通信使用接口。服务与协议的关系和区别：服务通过协议完成，协议通过服务体现；服务代表功能、能力，协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通信，服务由下层向上层提供。（另见P41~P42之2.8.6前两段）4.服务原语与有连接和无连接服务（略）十一、OSI（开放系统互联）网络参考模型即ISO7498国际标准7应用层完成业务处理所需的服务功能6表示层提供应用数据的信息表示5会话层组织和同步用户间的对话4传输层为源和目的主机提供透明数据传输3网络层支持网络连接的实现2数据链路层建立、维护、释放数据链路连接，以帧为单位传输数据1物理层物理连接的建立、拆除，物理层管理等，实现透明比特流传输数据链路层：（1）产生和识别帧边界。（2）数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和重复所出现的问题。（3）流量调节机制。（4）控制对共享信道的访问。（5）分为LLC和MAC。OSI参考模型中：

1层~3层是链接起来的，4层~7层是端到端的。十二、TCP／IP参考模型应用层包含所有高层协议，如：Telnet、FTP、SMTP、DNS、NNTP、HTTP等。传输层(TCP协议簇)使源和目的主机之间可以进行会话。定义了2个端到端协议：面向连接的TCP；无连接的UDP。互联网层(IP协议簇)无连接的分组交换网络，此层中主机可把报文发往任何网络，报文独立传向目标。主机至网络层没有详细定义。思考题：1.网络按地理范围不同可分为哪几种？2.什么是通信子网和资源子网？3.网络按通信方式不同可分为哪几种？各自的工作机理如何？4.深入理解下列概念：协议、协议栈