网络化监控系统课件第二章.ppt

1、第二章 数据通信网络基础,数据通信网络的意义,将数据通信技术引入控制工程领域，利用合适的传输介质将位于不同地理位置、不同功能的计算机与设备连接起来，再配合合适的通信软件，使它们按一定的方式进行通信，可以更好地实现现场监控、组织调度和实时生产指挥，从而导致了工业生产、过程控制革命性的变化。 数据通信网络技术是网络化的监控系统的关键基础之一。,第二章 数据通信网络基础,2.1 数据通信基础知识 2.2 通信网络技术 2.3 通信网络协议 2.4 网络互连 2.5 串行通信接口技术 2.6 RS232-RS485转换器,本章内容,2.1 数据通信基础知识,2.1.1 数据传送方式 2.1.2 数据传

2、输形式 2.1.3 同步技术 2.1.4 多路复用技术 2.1.5 差错控制技术,源,机,发送设备,传输介质,接收设备,目标机,信源系统,目标系统,数据通信示意图,2.1.1 数据传送方式,1并行传送方式 传输速度快 可传输多位数据 数据不需要处理可被接收端接收 受距离限制布线成本太高,2020/7/15,6,2串行传送方式 节省布线成本 数据逐位发送 数据发送的速度比并行方式慢 应用比较广泛,2020/7/15,7,(1)单工通信方式,2020/7/15,8,(2)半双工通信方式,2020/7/15,9,(3)全双工通信方式,2.1.2数据传输形式,1基带传输 未经调制的数字信号所占用的频率

3、范围叫基本频带，简称基带 。（调制将数字信号转换为模拟信号 ，解调再将模拟信号转换为数字信号 ） 在信道中直接传送基带信号的方式称为基带传输。,2频带传榆,(1)振幅调制 (2)频率调制 (3)相位调制,频带传输中使用的设备,3调制解调器 Modulator/DEModulator(调制器/解调器)的缩写。它是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。 Modem其实是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器。,2020/7/15,13,2.1.3 同步技术,1异步通信方式 由于异步串行数据

4、传送时，接收器和发送器各自使用不同的时钟，因此存在一个同步检测问题，这时起始位和停止位起着重要的作用。,异步串行数据传送时的同步技术,由于异步串行数据传送时，接收器和发送器各自使用不同的时钟，因此存在一个同步检测问题，这时起始位和停止位起着重要的作用。 接收端同步接收信息的方法如下：当接收器检测到空闲位到起始位的负跳变时，即在停止位之后，接收器在接收时钟脉冲的每一个上升沿进行采样，并检查接收线上的低电平是否保持8或9个连续的接收时钟周期(设Td16Tc)，就能确定是否为起始位，若检测到起始位就把这一时刻作为接收新字符的开始，,异步传输方式特点,异步传输方式开销大(每个字符都有起始位和停止位)，

5、效率低、速度较慢但如果出错，只需重发一个字符，且控制简单。该方式常用于误码率较高或数据传输率较低的线路。,2同步通信方式,为了保证收、发同步，收、发双方必须使用相同的同步字符。,发送端发送数据时，先要对将被传送的原始数据进行编码，在编码后的信息位中包含原始数据信息和发送端的时钟信息。在接收端进行解码，得到解码数据(或称接收数据)和解码时钟，如图2.1.10所示。因此接收端无需设置独立的接收时钟，而由发送端发送的编码自带时钟，实现了收发双方的自同步功能。,同步方式特点,同步方式中的接收和发送由同一个时钟管理，所以不需要起始位和停止位，从而增加了数据的带宽。同步方式开销小，效率高，可获得较高的数据

6、传输率。但如果数据有一位出错，就必须重传整个数据块，且控制比较复杂。,2.1.4 多路复用技术,1时分多路复用 2频分多路复用 模拟信号的频带一般较窄，适合在宽带线路上采用频分多路传输；数字信号的频带较宽，不宜采用频分多路复用技术，但数字脉冲持续时间短，适合于时分多路复用。,2.1.5 差错控制技术,差错控制的能力是衡量一个通信系统好坏的重要内容。 提高通信系统传输质量的方法有两种： 一种方法是改善信道的电性能，从软、硬件两方面对通信系统进行可靠性优化设计，降低误码率；第二种是接收端检验出错误后自动纠正错误，或让发送端重发，直至接收到正确的数据为止。 第二种方法称为差错控制技术，主要通过对数据

7、进行检错或纠错编码完成。 差错控制技术包括检验错误和纠正错误。,两种检错方法(奇偶校验和CRC校验),1.奇偶校险 发送端按奇或偶校验的原则编码后，以字节为单位发送，接收端则也按同样的原则检验收到每个字节中“1”的位数。 奇偶校验方法只能检查出奇数个位出错的情况，不能检测出偶数个位出错。,2020/7/15,23,奇偶校验举例,11011011 传输数据中有6个1，最高位的“1”为奇偶校验位，他表示传输的7位数据的中“1”的加和。 如果“1”个数为偶数个校验位为“0”，奇数个校验位为“1”，接收端接收的数据中“1”的个数如果与发送端的个数同为奇偶，说明传输正确。,2020/7/15,24,发送

8、的数据： 1 1011011 接收的数据： 1 1011011 正确 接收的数据： 1 1001011 错误 接收的数据： 1 1000011 正确 接收的数据： 1 1001011 错误 在发送的过程中的错误不能加以纠正。,2CRC校验（循环冗余检验码） CRC校验的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要发送的串行二进制码序列(又称信息码)，按一定的规则产生校验用的冗余码(又称CRC码)，附在信息码之后构成一个新的二进制码序列送出。在接收端则根据信息码、CRC码以及约定的通信规则进行检测，以确定传送过程是否出错。,CRC校验原理,二进制序列都可以用多项式表示 例如10110001可表示为

9、： B(x)1X7十0X6十1X5十1X4十0X3十0X2十0X1十1X0 X7十X5十X4十1,循环码的构成,发送的K位信息称为数据多项式G(X)，用发送与接收方共同确认的生成多项式P(x)去除得到余数附在G(X)后就构成了循环码F(X) 。 G(x)为K次信息多项式， r(x)为R-1次校验多项式P(x)=P0+P1x1+ P2x2+.+P (R-1)x(R-1)+PRxR,2020/7/15,28,CRC校验采用的模二除法,其实就是在除法运算时遵循下面的规则 1+0=1 1-0=1 1+1=0 0+0=0 1-1=0 简单的讲就是加的时候不进位，减的时候不借位 a、用除数对被除数最高几位

10、做模2减，没有借位。 b、除数右移一位，若余数最高位为1，商为1，并对余数做模2减。若余数最高位为0，商为0，除数继续右移一位。 c、一直做到余数的位数小于除数时，该余数就是最终余数。,2020/7/15,29,1111000 除以 1101： 1011商 1111000-被除数 1101 除数 0010000 1101 0010000 1101 01010 1101 111余数,CRC校验过程,在接收端，接收循环码F(x)，并按公式(21)进行校验：,(21),CRC校验生成方法,循环码是由信息码序列后附加CRC校验码组成；设信息长度为k位的信息码后面附加上r位CRC校验码组成一个总长度为n

11、位的循环码 ： XrG(X)P(X)Q(x)+R(X)P(x) (22) XrG(x)Q(X)P(X)+R(X) (23) XrG(x)-R(x)Q(x)P(x) (24),CRC校验码生成原理,由于二进制多项式的加减法都是对应项的系数按“异或”运算所以多项式相减的结果与其按加运算得到的结果一样，因此有 XrG(X)+R(X)Q(x)P(X) (25) 这说明信息码多项式G(X)和余数多项式R(x)可以合成一个新的多项式F(x)，则这个多项式是生成多项式P(x)的整数倍，能够被P(x)除尽。,2020/7/15,33,CRC校验码软件生成方法： 借助于多项式除法，其余数为校验字段。 例如：信息

12、字段代码为: 1011001；对应G(x)=x6+x4+x3+1 假设生成多项式为：P(x)=x4+x3+1；则对应P(x)的代码为: 11001 x4*G(x)=x10+x8+x7+x4 对应的代码记为：10110010000； 采用多项式除法: 得余数为: 1010 (即校验字段为：1010） 发送方：发出的传输字段为: 1 0 1 1 0 0 1 1 0 10 信息字段校验字段 接收方：使用相同的生成码进行校验:接收到的字段/生成码（二进制除法） 如果能够除尽，则正确，否则出错。,3纠错方式,三种纠错方式 (1)重发纠错方法 (2)自动纠错方法 (3)混合纠错方法,2.2 通信网络技术,

13、将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备、通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现信息传递和计算机资源共享的系统，称为通信网络。网络中的每台计算机称为一个节点。 通信网络是构成网络化监控系统的基础。,本节内容,2.2.1 通信网络功能及分类 2.2.2 网络拓扑结构 2.2.3 传输介质 2.2.4 网络访问控制技术 2.2.5 网络性能要求,2.2.1 通信网络功能及分类,通信网络的功能主要表现在以下方面： (1)数据传送 (传送计算机之间信息传送) (2)资源共享 (节省成本) (3)提高计算机的可靠性和可用性(保证网络安全) 通信网络的类型 ： 按网络

14、范围和计算机之间互连的距离可分为有广域网(Wide Area Network ，WAN)和局域网(Local Area Network ，LAN)两种。 按网络拓扑结构可分为总线网、环形冈、星形网等 按通信介质可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和无线网等。,2.2.2 网络拓扑结构,1星形结构 以中央节点为中心，连接若干外围节点辐射结构 特点： (1)结构简单，便于管理。 (2)控制简单，建网容易，通信功能简单。 (3)网络延迟时间小，传输误差较低。 (4)中央节点是系统运行的瓶颈。,2总线型结构,每个节点都是发送数据的能力，数据在同一条介质上传输，可以被所有节点接收，所以在同一时间只能有一个

15、节点发出数据。,2020/7/15,40,特点： (1)较好的扩充性，网络上节点的增删容易，网络大小可通过转接部件延伸和扩展。 (2)不需要中央控制器，有利于分布控制，可靠性高。 (3)由于多台设备共用一条通信线，所以信道利用率较高。 (4)总线上的信息容易产生冲突和碰撞。 (5)信息的延时不确定，不利于实时通信。,3环形结构,各节点连成闭合的环路，线路上是按照点对点的方式传输，数据按顺序传送，不是数据的接收节点就将数据继续传到下一个节点，直到传到目的节点。 如果环路断开，系统无法工作，可靠性较差。,2020/7/15,42,特点： (1)在环路上，每个节点的地位是相同的，每个节点都可以获得网

16、络的控制权。 (2)不需要进行路径选择，控制比较简单，意味在环形结构中，信息从源地址到目的地的路径只有一条。 (3)传输信息的延迟时间固定，有利于实时控制。,4复合型结构,在实际应用中，有时可能将多种拓扑结构的局域网连接在一起而组合成复合型的拓扑结构。图2.2.4表示环形与总线型组合成的复合型结构。,图2.2.4,2.2.3 传输介质,传输介质可分为两大类： 有线介质(如双绞线、同轴电缆、光纤等) 双绞线 同轴电缆 光纤,2020/7/15,45,无线介质(如卫星通信、红外通信、微波通信的载体)。,2.2.3 传输介质,常用的传愉介质 (1)双绞线 (2)同轴电缆 (3)光纤 (4)无线通信,

17、2020/7/15,47,双绞线,双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用的一种布线材料。双绞线中的每一对都是由两根绝缘铜导线相互缠绕而成的，这是为了降低信号的干扰程度而采取的措施。双绞线一般用于星型网络的布线连接，两端安装有RJ-45头(接口)，连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，如安装4个中继器连5个网段，最大传输范围可达500米。,2020/7/15,48,同轴电缆,同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体(铜网)和一根位于中心轴线的内导线(电缆铜芯)组成，并且内导

18、线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开。它的特点是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用，如闭路电视线等。,2020/7/15,49,现在计算机局域网中一般都使用细缆组网。细缆一般用于总线型网络布线连接。利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡，同轴电缆的两端需安装50终端电阻器。细缆网络每段干线长度最大为185米，每段干线最多可接入30个用户。如要拓宽网络范围，则需要使用中继器，如采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不是很方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。,

19、2020/7/15,50,粗缆适用于较大局域 网的网络干线，布线 距离较长，可靠性较 好。用户通常采用外 部收发器与网络干线 连接。粗缆局域网中 每段长度可达500米， 采用4个中继器连接5个 网段后最大可达2500米。 用粗缆组网如果直接与网 卡相连，网卡必须带有AUI接口(15针D型接口)。用粗缆组建的 局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安 装、维护等方面比较困难，且造价较高。,2020/7/15,51,光缆,光缆是由一组光导纤维组成的、用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。与其他传输介质相比较，光缆的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。光缆主要是在要求传

20、输距离较长，用于主干网的连接。光缆通信由光发送机产生光束，将电信号转变为光信号，再把光信号导入光纤，在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再处理。光缆的传输距离远、传输速度快，是局域网中传输介质的姣姣者。光缆的安装和连接需由专业技术人员完成。现在有两种光缆：单模光缆和多模光缆。 单模光缆的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。 多模光缆是在给定的工作波长范围内，能以多个模式同时传输的光纤，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离，在100MBPS的以太网以至这行的1G千兆网，单

21、模光纤都可支持超过5000m的传输距离。从成本角度考虑，由于光端机非常昂贵，故采用单模光纤的成本会比多模光纤电缆的成本高。,2020/7/15,52,无线通信,微波通信，微波沿直线传输，地球表面是曲面，所以在地面传输距离有限，一般4060km，超过范围需要加中继站转发。 微波通信容量大，受外界干扰小，传输质量高，保密性差。,2.2.4 网络访问控制技术,任何一个时刻信道只能为一个节点服务，这就产生了如何合理使用信道，合理分配信道的问题，即网络访问控制技术。 网络访问控制的方法很多，常用的有：查询、令牌环、令牌总线、CSMACD、信息槽等。,1查询方法,星型网的中央节点和总线网的主节点。 通信网

22、中存在一个主节点，主节点控制从节点对介质的访问。 查询时先给各节点发送一个询问信息，收到应答后再控制各节点间的通信。 如果同时有多个节点要发送信息，主节点或中央节点可根据节点优先级高低安排发送次序。,2令牌环(Token Ring),环形网中只设一张令牌，只有获得令牌的节点才能发送信息，发送完后令牌再传给相邻的另一个节点。每个节点都有平等发送信息包的机会 。 令牌环的优点是能提供优先级服务，有较强的实时性。缺点是需要对令牌进行维护且空闲令牌的丢失将降低环路的利用率，控制电路复杂。,3令牌总线（Token Bus）,令牌总线控制技术适用于总线型网络。总线上所有节点形成一个逻辑环。 给所有节点规定

23、一个顺序。每个节点都有其前导节点和后继节点，逻辑次序与物理位置无关。 令牌总线工作原理与令牌环相似。,4CSMACD,载波侦听多路访问(CSMACD)技术适用于总线型网络。 控制方式的工作原理是：当一节点要发送信息时，先要侦听总线是否空闲，若闲，则将信息发送到总线上；否则等待一段时间，再侦听，直至总线空闲为止。 网络中的节点处于同等地位，无需集中控制，不能提供优先级控制，在网络负载不重的情况下有较高的效率，当网络负载增大时，发送信息的等待时间加长，效率显著降低。,2.2.5 网络性能要求,衡量一个网络性能，有以下几个因素。 1 传输速率R。传送的速率被定义为：单位时间内传送数据的位数，用“位秒

24、”(或波特)来表示。影响网络速率的因素有：(1)物理介质的性能。 (2)接口技术。(3)通信控制软件及协议。 2 传输误码率：误码率是指数据的编码在系统中传送出错的概率。误码率定义为：接收端错误接收的数据量与发送端发送的数据量之比。,网络性能要求,3传输延迟D ：一帧信息准备就绪以后，通过协议与控制成功地完成传输所占用的时间，是向用户提供的网络响应特性。 4网络的利用率 ： 网络的利用率，或称之为网络的效率，反映了网络所能提供的能力被有效利用的情况。,网络性能要求,5网络的负载能力 ： 网络的负载能力是指网络上能连接的工作站节点的数目，所能连接的工作站数目越多，则负载能力越强，适用范围越广，这

25、是用户所希望的。 6故障诊断与恢复时间：一般网络都配置有故障诊断和故障排除、恢复正常工作能力的设备；网络能否尽快从故障中恢复起来，也是衡量网络性能的一个特性。,2.3 通信网络协议,通信网络中所有“成员”必须遵循某种相互都能接受的一组规则，以便实现彼此的通信和资源共享。这些规则的集合称为网络协议。 本节内容： 2.3.1 OSIISO参考模型结构 2.3.2 OSIISO参考模型各层协议,2.3.1 OSIISO参考模型结构,国际标准化组织(ISO)定义了异种机连网的标准框架结构开放式系统互连 OSI (Open System Interconncction)协议层次模型。,层的功能,每层协议

26、完成一个明确定义的功能，并按协议相互通信。 每层向其上层提供所需的服务，在完成本层协议时使用下层提供的服务。 各层的功能是相对独立的，层间的相互作用通过层接口实现。,OSI模型的作用,OSI模型的吸引力在于它可解决异种网络操作系统的计算机之间通信问题，不管两个系统差异多大，只要它们具备相同的公共特性就能有效地通信。 OSI模型的意义在于帮助我们理解通信过程。 OSI层次模型不是标准，它仅仅为标准提供了一种主体框架，供各种标推选择。参考此标准制定了PROFIBUS、CONTROLNET、DEVICENET，ETHERNET等通信协议。,2.3.2 OSIISO参考模型各层协议1. 物理层,物理层

27、的任务是实现通信网络上各设备间(如计算机、终端、通信控制器等)的物理连接； 按位传输数据流，将数据信息从一个设备经物理信道送往另一个设备； 规定了通信设备的机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。 OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。,(1)机械特性 机械特性主要涉及连接器(或插座)的规格，如连接器的几何尺寸、引脚数目和排列情况以及连接器的安装(如RS232C标淮定义了一个25针的连接器)，并对传输介质的参数和特性作了详细的规定。 (2)电气特

28、性 电气特性规定传输线上数字信号的电压高低，传输距离和传送速率等。 (3)功能特性 功能特性定义连接器内各引脚(或插针)的功能。 (4)过程特性 过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地发送和接收效据。,2数据链路层,提供无错的信道服务。 用以建立相邻节点之间的数据链路，通过校验、确认和反馈重发等手段对高层协议屏蔽传输介质的物理特性，保证两个邻接节点间的无错数据传输，为上层提供无错的信道服务。 主要任务就是将物理层上要发送的数据组成数据帧后再通过物理层发送出去。（组成帧的是加入报文的头尾和校验位） 处理应答重传输错数据，保证传输准确率。,2020/7/15,68,数据链路层又分为逻辑链路控

29、制层(LLC)和介质访问控制层(MAC)两层。 逻辑链路控制（LLC）是一种 IEEE 802.2 LAN 协议，规定了数据链路层中 LLC 子层的实现。 IEEE 802.2 LLC 应用于 IEEE802.3 （以太网）和 IEEE802.5（令牌环） LAN，以实现如下功能： 管理数据链路通信 链接寻址 定义服务接入点 Service Access Points （SAP） 排序,2020/7/15,69,介质访问控制(MAC)在OSI网络模型中是一个数据链路层的下层，它决定谁被在任何时间允许访问物理介质。它作为在逻辑链路子层和网络物理层之间的一个接口。这个介质访问控制子层最初与访问物理

30、传输介质(例如那个站点附到线上或频率范围有权利进行传输)或低水平介质共享协议例如在MAC层通常使用CSMACD、令牌总线(Token Bus)、令牌环(Token Ring)等介质访问控制方法中的一个。 MAC为在因特网协议(IP)网络上的计算机提供独特的鉴定和访问控制。MAC分配一个独特的编码到每个IP网络适配器叫做MAC地址。,3网络层,将源节点发出的数据送到目的节点 网络层的是关于网络连接、维护和释放的协议。主要功能是通过寻址和路由选择，定义了能够标识所有结点的逻辑地址，实现源节点和目的节点端到端之间的连接等，提供流和拥塞控制以防止网络资源的损耗。,网络层提供的服务,(1)网络地址 ：网

31、络识别的标志 (2)网络连接 ：传输实体之间的数据传输 (3)网络服务数据单元的传输 ：不限制数据长度，有开始结束标志。 (4)其它服务：如服务质量参数、差错报告、有序传输等等,4传输层,向用户提供可靠的端到端服务，透明地传送报文。主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从点到传输到点。向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最为关键的一层。 提供系统间数据的传输控制，在系统之间实现数据的收发确认，在不同的节点间提供可靠的、透明的数据传送，进行点到点错误恢复和流控制。 还通过采用复用、分段和组合、连接和分离、分流与合流等技术提高呑吐量和报务质量。,2020/7/15,73,就像要寄

32、信时一样，总要把数据放入信封再封起来。传输层的工作之一就是将计算机数据“打包”成数据包(packet)，然后提供给网络层进行包头的建立！在这个层级中，同时会设置控制节点之间的数据传递以及错误检测和修正的方法。由于物理机制上的限制，在一次数据传递过程中，通常只有数千字节的数据量。为了确保不论多大或多小的数据都可以正确到达目的地，数据会在这个层级中被打包，如果数据太大，就会被拆成数个小包来传送，同时利用一个检测手段使数据正确到达目的地。,5会话层,其定义了如何开始、控制和结束一个会话。会话层为管理它们的数据交换提供必要的手段，负责应用进程之间建立、组织和同步其对话，报告上一层发生的错误。 会话层主

33、要内容是通过会话进行身份验证、会话管理和确定通讯方式。一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话。这个层级中定义了两个地址间的信道连接与挂断，也就是计算机与计算机之间的沟通方式 。,6表示层,掩盖不同系统间的数据格式的不同性； 指定独立结构的数据传输格式； 数据的编码和解码；加密和解密；压缩和解压缩 。表示层负责信息表示方法的转换： 字符代码转换 把应用层输入的各种字符变换成相应的代码，以便在计算机中使用； 数据格式化 字符集转换和数据排列方法的转换 按照一定的方法组织变换,2020/7/15,76,例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的

34、内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。,7应用层,与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。为应用程序提供访问OSI环境的服务，例如通信服务，虚拟终端服务，网络文件传送、网络设备管理等。,2020/7/15,78,通过 OSI 层，信息可以从一台计算机的软件应用程序传输到另一台的应用程序上。例如，计算机 A 上的应用程序要将信息发送到计算机 B 的应用程序，则计算机 A 中的应用程序需要将信息先发送到其应用层（第七层），然后此层将信息发送到表示层（第六层），表示层将

35、数据转送到会话层（第五层），如此继续，直至物理层 （第一层）。在物理层，数据被放置在物理网络媒介中并被发送至计算机 B 。计算机 B 的物理层接收来自物理媒介的数据，然后将信息向上发送至数据链路层（第二层），数据链路层再转送给网络层，依次继续直到信息到达计算机 B 的应用层。最后，计算机 B 的应用层再将信息传送给应用程序接收端，从而完成通信过程。,2020/7/15,79,第七至第四层处理数据源和数据目的地之间的端到端通信，而第三至第一层处理网络设备间的通信。另外，OSI 模型的七层也可以划分为两组：上层（层7、层6和层5）和下层（层4、层3、层2和层1）。OSI 模型的上层处理应用程序问题

36、，并且通常只应用在软件上。最高层，即应用层是与终端用户最接近的。OSI 模型的下层是处理数据传输的。物理层和数据链路层应用在硬件和软件上。最底层，即物理层是与物理网络媒介（比如说，电缆）最接近的，并且负责在媒介上发送数据。,2.4 网络互连,本节内容： 2.4.1 网络互连的意义 2.4.2 网络互连设备,2020/7/15,81,OSI模型的吸引力在于它可解决异种网络操作系统的计算机之间通信问题，不管其差异多大，只要具备公共的特性能有效地通信。,2.4.1 网络互连的意义,网络互连是指采用网络互连设备将同一类型的网络或不同类型的网络及其产品相互连接起来组成地理覆盖范围更大，功能更强的网络。

37、网络互连可以提高系统可靠性，改进系统的性能，增加系统安全性，扩大网络地理覆盖范围，可增加网内的节点数，并增加了网上共享资源。,2.4.2 网络互连设备,网络互连设备主要指那些具有协议转换和地址映射功能的设备，常用的设备有中继器、网桥、路由器、网关等。,1中继器(repeater),信号在网络传输介质中有衰减和噪音，使有用的数据信号变得越来越弱； 中继器把所接收到的弱信号提出，再生放大以保持与原信号相同，因此中继器只能连接使用相同的介质访问控制方法和相同数据传输速率的局域网中。,2网桥(brildge),两个网络之间逻辑链路协议相同而介质访问控制协议不同时需要用网桥连接。网络层以上的协议要一致。

38、网桥又称桥接器，它工作在OSI七层协议的数据链路层，实现物理层和数据链路层的协议的转换。,网桥的作用是通过“过滤和转发”功能来实现 网络互连。 网桥能有选择性地将带有地址的信息从一个传输介质送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关信息的通信因而提高了整个网络的效率。 网桥能连接不同传输介质的网络 比如：同轴电缆与双绞线以太网的连接。,2020/7/15,87,网桥的功能 网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务， 即根据帧的终点地址处于哪一网段来进行转发和滤除。网桥对站点所处网段的了 解是靠“自学习”实现的。当使用网桥连接两段LAN 时，网桥对来自网段1

39、的MAC 帧，首先要检查其终点地址。如果该帧是发往网段1 上某一站的，网桥则不将帧转发到网段2 ，而将其滤除；如果该帧是发往网段2 上某一站的，网桥则将它转发到网段2.这表明， 如果LAN1和LAN2上各有一对用户在本网段上同时进行通信，显然是可以实现的。 因为网桥起到了隔离作用。可以看出，网桥在一定条件下具有增加网络带宽的作用。,3路由器(router),路由器用于连接多个逻辑上分开的网络，逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。 完成数据在网络中的寻址、路由选择、数据编排格式的重新组装。 路由器与网桥的一个重要差别是路由器了解整个网络，了解互连网络的拓扑，了解网络的状态，因而可选择和使用最有

40、效的路径发送数据。 但它比网桥的传送速度慢。,2020/7/15,89,路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互联网络 Internet 的主体脉络，也可以说，路由器构成了 Internet 的骨架。,2020/7/15,90,所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两

41、者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。,4网关(Gateway),要使不同类型(异种网络操作系统)的网络连接在一起，一般要使用网关 网关工作在OSI模型的网络层以上的高层，它允许应用软件和用户工作在各种不同结构的网络上，并相互通信。可提供协议转换的服务。,2020/7/15,92,网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个

42、高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI7层协议的顶层-应用层。,2020/7/15,93,网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192. 168.1.254”，子网掩码为255

43、.255.255.0；网络B的IP地址范围为“54”，子网掩码为。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上，TCP/IP协议也会根据子网掩码()判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。,2020/7/15,94,2020/7/15,95,网

44、络操作系统(NOS),是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。它是负责管理整个网络资源和方便网络用户的软件的集合。由于网络操作系统是运行在服务器之上的，所以有时我们也把它称之为服务器操作系统。,2020/7/15,96,局域网中主要存在以下几类网络操作系统,1. Windows类(Microsoft（微软）公司 ) Windows NT 4.0 Serve Windows 2000 Server/Advance Server Windows 2003 Server/ Advance Server 工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统

45、，包括个人操作系统，Windows 9x/ME/XP等。由于它对服务器的硬件要求较高，且稳定性能不是很高，所以微软的网络操作系统一般只是用在中低档服务器中，高端服务器通常采用UNIX、LINUX或Solairs等非Windows操作系统。,2020/7/15,97,NetWare类,NetWare操作系统仍以对网络硬件的要求较低（工作站只要是286机就可以了） 发展时间长 兼容DOS命令，环境与DOS相似。 具有相当丰富的应用软件支持，技术完善、可靠。 市场占有率呈下降趋势，这部分的市场主要被Windows NT/2000和Linux系统瓜分了。,2020/7/15,98,Unix系统（AT&

46、T和SCO公司推出 ）,UNIX系统版本主要有：Unix SUR4.0、HP-UX 11.0，SUN的Solaris8.0等 支持网络文件系统服务，提供数据等应用，功能强大 。 这种网络操作系统稳定和安全性能非常好。 以命令方式来进行操作的，不容易掌握 。 UNIX一般用于大型的网站或大型的企、事业局域网中。,2020/7/15,99,Linux,这是一种新型的网络操作系统，它的最大的特点就是源代码开放，可以免费得到许多应用程序。 Linux(含中文版本) REDHAT(红帽子)。 红旗Linux等。 安全性和稳定性较好。 它与Unix有许多类似之处。 应用于中、高档服务器中。,四种网络互连设

47、备的应用层次,互连设备将网络互连分成了四个应用层次： (1)使用中继器在不同电缆段之间再生和复制信号。 (2)使用网桥在具有不同网段数据链路层协议的计算机之间，实现存储转发数据帧。 (3)使用路由器在不同的子网络之间存储转发数据分组。 (4)使用网关实现不同协议网络之间的数据传输转换。,2.5串行通信接口技术,2.5.1 串行通信接口的基本任务 2.5.2 RS-232C通信接口 2.5.3 RS-422ARS-449通信接口 2.5.4 RS-485通信接口-,2.5.1 串行通信接口的基本任务,串行通信接口是通信网上连接计算机、终端、通信控制器等设备之间的物理接口，相当于OSI网络模型中的

48、物理层 。 常见的串行通信接口标准主要有：RS232C接口、RS422449接口、RS485接口。 串行通信接口的基本任务 1进行串-并转换 2实现串行数据格式化 3可靠性检验,2020/7/15,103,1电气特性,RS-232C的每个脚线的信号和电平规定均是标准化的，采用负逻辑电平，规定(-5-15V)为逻辑1，(+5-+15v)为逻辑0。-5V+5V之间为过渡区，不作定义 RS-232C的信号输送距离仅为几十米。 。,2020/7/15,104,规定使用25针连接器，称为DB-25插头或插座，并对连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义，其中阳性插头(DB-25-P)用于与DTE相

49、连，阴性插座(DB-25-S)用于与DCE相连。,2机械特性,2020/7/15,105,3功能特性,RS-232C接口的主要信号线及功能,2020/7/15,106,RS232最初是为了实现 DCE与DTE的连接,2020/7/15,107,4过程特性,过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据。,DCE,DTE,DCE,DTE,RS-232C标准定义了数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)之间的物理接口,2020/7/15,109,DTE英文全称Data Terminal Equipment，数字终端设备，指一般的终端或是计算机。可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机。 DCE英文全称Data Circuit-terminating Equipment，数字通信设备，通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。 DTE，DCE的区别 DCE提供时钟，DTE不提供时钟，但它依靠DCE提供的时钟工作。比如PC机和MODEM之间的连接。PC机就是一个DTE，MODEM是一个DCE。DTE可以从硬件上区别它的接口为针