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1计算机控制技术2020/2/4第6章计算机控制系统中的网络与通信技术第6章计算机控制系统中的网络与通信技术NetworkandCommunicationTechnologyofComputerControlSystem第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术2本章主要内容•计算机网络概述•数据通信技术•工业控制计算机网络与通讯3计算机控制技术2020/2/4第6章计算机控制系统中的网络与通信技术6.1Unit1计算机网络概述IntroductionofComputerNetwork第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术4本节主要内容•计算机网络的定义•计算机网络的分类•计算机网络的协议层次模型•计算机局域网•计算机网络互联设备第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术56.1.1计算机网络的定义•计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。•网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信，并能实现资源共享。•资源包括硬件资源、软件资源和数据库资源。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术66.1.2计算机网络的分类（1）–局域网LAN（LocalAreaNetwork)•计算机硬件设备不大、通信线路不长、采用单一的传输介质、覆盖范围小。–区域网MAN(MetropolitanAreaNetWork)•通常覆盖一个区域城市，又称城域网。–广域网WAN（WideAreaNetwork)•不仅可以把多个局域网连在一起，，也可以把世界各地的局域网连在一起，传输装置和媒体由电信部门提供。•1.按网络的跨度分类计算机控制系统中一般采用局域网或局域网的互连。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术76.1.2计算机网络的分类（2）•2.按网络的拓朴结构分类•网络拓扑结构定义：在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术86.1.2计算机网络的分类（3）按网络的拓朴结构分类：–星形网:以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。–总线型网:所有入网机器共用一条传输线路，机器通过专用的分接头接入线路。由于线路对信号的衰减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建局域网。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术96.1.2计算机网络的分类（4）按网络的拓朴结构分类：–环形网:入网机器通过中继器接入网络，每个中继器仅与两个相邻的中继器有直接的物理线路，所有的中继器及其物理线路构成了一个环状的网络系统，环形网也是局域网的一种主要形式。–网状网络:利用专门负责数据通信和传输的节点机构成的网络，入网机器直接接入节点机进行通信，网状网络主要用于地理范围大、入网机器多的环境，例如构造广域网。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术106.1.2计算机网络的分类（5）•3.按管理性质分类–专用网：–公用网：由电信部门组建、管理和控制，网络内的传输和转换可供任何部门和个人使用；公用网常用于远程网络的构建，支持用户的远程通信。由用户部门组建经营的网络，不允许其它用户和部门使用；由于投资因素，专用网常为局域网或者是通过租借电信部门的线路而组建的广域网。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术116.1.2计算机网络的分类（6）•4.按信息交换方式分类–报文交换网：–分组交换网：–电路交换网：类同报文交换技术，但规定了交换机处理和传输数据的长度（称之为分组），不同用户的数据分组可以交织出现在网络中的物理链路上传输。类同电话方式，具有建立链路、数据传输和释放链路三个阶段；通信过程中，自始至终占用该链路。且不允许其它用户共享其信道资源。交换机采用具有“存储—转发”能力的计算机，用户数据可以暂时保存在交换机内，等待线路空闲时，再进行用户数据的一次传输。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术126.1.2计算机网络的分类（7）•5.按逻辑功能分类–通信子网•网络中面向数据通信的资源集合，主要支持用户数据的传输；该子网包括传输线路、交换机和网络控制中心等硬件设施。–资源子网•网络中面向数据处理的资源集合，主要支持用户的应用；该子网由用户的主机资源组成，包括接入网络的用户主机，以及面向应用的外设（例如终端）、软件和可共享的数据（例如公共数据库）等。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术136.1.3计算机网络的协议层次模型（1）•计算机网络体系结构的实质–定义和描述一组用于计算机及其通讯设施之间互连的标准和规范的集合，遵循这组规范可以很方便的实现计算机设备之间的通讯。•制定标准和协议的目的–能够支持异种计算机间的互连与通信–能够支持多种通信媒体–能够支持多种处理业务–能够支持高级的人机接口–具有可扩充能力第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术146.1.3计算机网络的协议层次模型（2）应用层表示层会话层传输层网络层物理层数据链路层逻辑链路控制层（LLC）介质存取控制层（MAC）七层模型示意图第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术156.1.3计算机网络的协议层次模型（3）1.OSI(开放系统互连)模型•物理层（PhysicalLayer）–提供了建立网络的物理及电气连接特性，如双绞线电缆、光缆、同轴电缆、连接器等等。可以认为这一层是一个硬件层，通常做成芯片，印刷电路板（网络适配器）和电缆等。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术166.1.3计算机网络的协议层次模型（4）•数据链路层（DataLinkLayer）–介质存取控制（MAC）层：MAC子层负责网络访问（无论是令牌传递还是带冲突的逻辑链路控制检测）和网络控制。–逻辑链路控制（LLC）层。LLC子层工作于MAC子层之上，主要负责发送和接收用户的数据信息。这一层的大部分或全部内容由网络适配器上的芯片实现，而再往上的各层则是由软件（网络驱动器）来实现的。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术176.1.3计算机网络的协议层次模型（5）•网络层（NetworkLayer）–这一层切换路由信息包，使之到达它们的目的地。网络层负责寻址及传送信息包。•传输层（TransportLayer）–当同一时刻有多个信息包在传送时，传输层将控制信息报文组成部件的顺序并规范输入的信息流。如果来了一个重复的信息包，传输层将识别出它是重复的并将其丢弃。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术186.1.3计算机网络的协议层次模型（6）•会话层（SessionLayer）–这一层的功能是使运行于两个工作站上的应用程序能够协调其间的通信使之成为一个独立的会话，可以把它当作是一个高度结构化的对话。会话层负责会话的建立，支持会话期间对信息包的发送与接收的管理及结束会话。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术196.1.3计算机网络的协议层次模型（7）•表示层（PresentationLayer）–当各种计算机打算彼此传送信息时，表示层可将数据转换为机器内部的数字格式或者完成其逆过程。•应用层（ApplicationLayer）–OSI模型中的这一层可以被应用程序使用。一条将要通过网络传输的信息报文在这一层进入OSI模型向下一层传送，最后传输至物理层，并在打包后传输至其它工作站。之后由目的工作站的物理层向上传送，经过那个工作站中的应用层直至到达需要这份信息报文的应用程序。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术206.1.3计算机网络的协议层次模型（8）•2.层间协议•OSI中的层间通信具有两种含义–相邻层之间的通信•发生在相邻的上下层之间，属于局部问题。标准中定义了通信的内容，未规定这些内容的具体表现形式和层间通信实现的具体方法–对等层之间的通信•发生在不同开放系统的相同层次之间，属于对等层实体之间的信息交换，以保证相应层次功能的实现和服务的提供。标准中利用定义协议来规定对等层之间的交换信息格式和交换时序第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术216.1.3计算机网络的协议层次模型（9）•在OSI环境中，对等层之间的通信是目的，相邻层之间的通信是手段NNN-1N-1物理层物理层OSI环境下的层间通信第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术226.1.4计算机局域网络（1）•LAN的定义–是允许中等地域的众多独立设备通过中等速率的物理信道直接互连可进行通信的数据通信系统。•描述和比较LAN的因素–传输媒体：即用于附接网络设备的电缆类型–传输技术：使用传输媒体进行通信的技术–网络拓补：指组网时的电缆铺设形式–访问控制方法：网络设备访问传输媒体的控制方法第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术236.1.4计算机局域网络（2）1.局域网的拓扑结构•星形结构–星形结构由中央结点和分支结点所构成，各个分支结点均与中央结点具有点到点的物理连接，分支结点之间没有直接的物理通路。分支结点中央结点星形结构示意图第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术246.1.4计算机局域网络（3）•星形结构–通信方式：任何两个分支结点之间的通信都要通过主结点，该主结点集中来自各分支结点的信息，按照一种集中式的通信控制策略，把集中到主结点的信息转发给相应的分支结点。–主结点的信息存储容量大，通信处理量大，硬、软件较复杂。–各分支结点的通信处理负担却较小，只需具备简单的点到点的通迅功能。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术256.1.4计算机局域网络（4）•星形结构–典型的网络系统是基于电路交换的电话交换网。–优点：星形拓扑结构属于集中型网络，易于将信息流汇集起来，从而提高全网络的信息处理效率，适用于各站之间信息流量较大的场合。–缺点：可靠性较低，如果主结点发生故障，那么将影响全网络的通信。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术266.1.4计算机局域网络（5）•总线结构–采用无源传输媒体作为广播总线，利用电缆抽头将各种入网设备接入总线；为了防止传输信号的反射，总线两端使用终接器（也称终端适配器）。计算机终接器总线结构示意图第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术276.1.4计算机局域网络（6）•总线结构–通信方式：各个结点将依据一定的规则分时地使用总线来传输数据，发送结点发送的数据帧沿着总线向两端传播，总线上的各个结点都能接收到这个数据帧，并判断是否发送给本结点，如果是，则该数据帧保留下来，否则丢弃该数据帧。–总线形网络的“广播式”传输是依赖于数据信号沿总线向两端传播的特性来实现的。–总线形结构属于分散型网络，其结构灵活，易于扩展。一个站发生故障不会影响其它站的工作，可靠性高。但传送距离短。第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术286.1.4计算机局域网络（7）•环形结构–环接口设备通过传输媒体串接形成闭合环路，它们之间具有点到点的连接，入网设备通过环接口设备接入环路闭合回路计算机环形结构示意图第6章计算机控制系统中的网络与通信技术2020/2/4计算机控制技术296.1.4计算机局域网络（8）•环形结构–所有分散结点用通信线路连接成环形网，通过逐个结点传递