《工业通信与网络技术》第2章.pptx

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11工业工业通信与通信与网络网络技术技术哈工大网络与电气智能化研究所22第第2章章现场总线网络基础现场总线网络基础2.12.1现场总线网络概观现场总线网络概观2.22.2网络网络分类分类2.32.3网络软件网络软件2.42.4OSIOSI和和TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型2.52.5网络体系结构网络体系结构内的标准化内的标准化2.62.6网络拓扑结构网络拓扑结构2.72.7介质访问控制介质访问控制方式方式哈工大网络与电气智能化研究所2.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.1低层现场总线网络低层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-1PROFIBUS-DP（IEC61158第第4版，版，Type3）单单主站网络主站网络332.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.1低层现场总线网络低层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-2HART（IEC61158第第4版，版，Type20）网络网络442.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.1低层现场总线网络低层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-3ControlNet（IEC61158第第4版，版，Type2）网络）网络及其及其冗余冗余方式方式552.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.1低层现场总线网络低层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-4FFHl（IEC61158第第4版，版，Type9）网络网络662.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.2多多层层现场总线网络现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-5PROFINET（IEC61158第第4版，版，Type10）的网络结构图方式）的网络结构图方式772.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.2多多层现场总线网络层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-6LonWorks（GB/Z20177-2006）本地与远程监控网络）本地与远程监控网络882.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.2多多层现场总线网络层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-7异构异构网段集成现场总线网络网段集成现场总线网络992.1现场总线现场总线网络概观网络概观2.1.2多多层现场总线网络层现场总线网络哈工大网络与电气智能化研究所图图2-8应用应用Web服务器的现场总线远程监控网络服务器的现场总线远程监控网络10101.1.按传输技术分类按传输技术分类11）点到点网络点到点网络点到点（点到点（point-to-pointpoint-to-point）链路将一对单独的机器连接起来）链路将一对单独的机器连接起来。

在在一一个个由由点点到到点点链链路路组组成成的的网网络络中中，为为了了从从源源端端（发发送送方方）到达接收方，短消息必须首先访问一个或多个中间机器到达接收方，短消息必须首先访问一个或多个中间机器。

这这种种短短消消息息在在某某些些情情况况下下称称为为数数据据包包或或包包或或分分组组（packetpacket）。

在在网络中有可能存在多条不同长度的路由网络中有可能存在多条不同长度的路由。

点点-点点传传输输只只有有一一个个发发送送方方和和一一个个接接收收方方，故故有有时时也也称称为为单单播（播（unicastingunicasting）。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所111122）广播式网络传输）广播式网络传输通通信信信信道道被被网网络络上上的的所所有有机机器器所所共共享享；任任何何一一台台机机器器发发出出的的数数据据包包能能被被所所有有其其他他任任何何机机器器收收到到。

每每个个数数据据包包的的地地址址字段指定了预期的接收方字段指定了预期的接收方。

地地址址字字段段中中使使用用一一个个特特殊殊的的地地址址编编码码可可以以将将一一个个数数据据包包发发送送给给所所有有目目标标机机器器，如如果果被被传传输输的的数数据据包包带带有有这这样样的的地地址址编编码码，那那么么网网络络中中的的每每一一台台机机器器都都将将会会接接收收该该包包并并对对其其进进行行处处理理。

这这种种传传输输模模式式称称为为广广播播（boradcastingboradcasting）。

有有些些广广播播网网络络还还支支持持给给一一组组机机器器发发送送数数据据包包的的模模式式，这这种种传传输输模模式称为多播或组播（式称为多播或组播（multicastingmulticasting）。

）。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所12122.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所13132.按网络尺度分类个个域域网网（PANPAN）：

允允许许设设备备围围绕绕着着一一个个人人进进行行通通信信。

一一个个常常见见的的例例子子是是计计算算机机通通过过无无线线网网络络与与其外围设备连接。

其外围设备连接。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所1414图图2-11蓝牙蓝牙PAN配置配置2.按网络尺度分类局局域域网网（LANLAN）：

是是一一种种私私有有网网络络，一一般般在在一一座座建建筑筑物物内内或或建建筑筑物物附附近近，比比如如家家庭庭、办办公公室室或或工工厂厂。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所1515图图2-12无线和有线无线和有线LAN2.按网络尺度分类城城域域网网（MANMAN）：

规规模模局局限限在在一一座座城城市市的的范范围围内内，10-10010-100公里的区域公里的区域。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所1616图图2-13基于有线电视的城域网基于有线电视的城域网2.按网络尺度分类广广域域网网（WANWAN）：

能能跨跨越越很很大大的的地地理理区区域域，通通常常是一个国家、地区或者一个是一个国家、地区或者一个大陆大陆。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所1717图图2-14连接澳大利亚连接澳大利亚3个分支办事处的个分支办事处的WAN2.按网络尺度分类互互联联网网（WANWAN）：

一一组组相相互互连连接接的的网网络络称称为为互互联联网络（网络（internetworkinternetwork）或互联网（）或互联网（internetinternet）。

全全球球范范围围的的因因特特网网（InternetInternet）则则通通常常用用首首字字母母大大写写来来表表示示（这这是是一一个个特特殊殊的的网网络络）。

InternetInternet使使用用ISPISP网网络络来来连连接接各各种种各各样样的的企企业业网网络络、家家庭庭网网络络和许多其他网络和许多其他网络。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所18183.3.按网络的拓扑结构分类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。

可分为星形、环形、总线形、树形、不规则形、完整性等。

4.4.按传输介质分类按传输介质分类55.按网络的使用目的分类按网络的使用目的分类共共享享资资源源网网：

使使用用者者可可共共享享网网络络中中的的各各种种资资源源，如如：

文文件件、扫扫描描仪仪、打打印印机机以以及及各各种种服服务务。

InternetInternet网网是是典典型型的的共享资源网。

共享资源网。

数数据据处处理理网网：

用用于于数数据据处处理理的的网网络络，如如：

科科学学计计算算网网络络、企业经营管理用网络等。

企业经营管理用网络等。

数数据据传传输输网网：

用用来来收收集集、交交换换、传传输输数数据据的的网网络络，如如：

情报检索网络等。

情报检索网络等。

注：

目前网络使用的目的都不是单一的。

注：

目前网络使用的目的都不是单一的。

2.2网络分类网络分类哈工大网络与电气智能化研究所19196.6.按服务方式分类按服务方式分类客客户户机机服服务务器器网网络络：

客客户户机机向向服服务务器器发发出出请请求求并并获获得得服服务务的的一一种种网网络络形形式式。

多多台台客客户户机机可可以以共共享享服服务务器器提供的各种资源。

提供的各种资源。

对对等等网网：

每每台台计计算算机机都都可可以以与与其其它它每每台台计计算算机机对对话话，共共享享彼彼此此的的信信息息资资源源和和硬硬件件资资源源，组组网网的的计计算算机机一一般般类型相同。

类型相同。

7.7.按传输速率划分按传输速率划分低速网络：

低速网络：

10kbps1，则冲突不可避免。

最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，吞吐率会降为0。

所以必须选择P值使NP1，如果P值选得过于小，则通道利用率又会大大降低。

哈工大网络与电气智能化研究所73732.7.1CSMA/CD（载波监听载波监听多路访问多路访问/冲突检测）冲突检测）冲突检测：

如果有多个站同时监听到总线空闲并开始发送数据，就会产生冲突。

因此，每个站在发送数据之后，还要继续监听线路，判定是否有其它站也正在向总线上发送数据，一旦发现，便中止发送。

哈工大网络与电气智能化研究所74742.7.2令牌（标记）访问控制方式令牌（标记）访问控制方式CSMACSMA的的访访问问存存在在发发报报冲冲突突问问题题，产产生生冲冲突突的的原原因因是是由由于于各各站站点点发发报报是是随随机机的的。

为为了了解解决决冲冲突突问问题题，可可采采用用有有控制的发报方式。

控制的发报方式。

令令牌牌方方式式是是一一种种按按一一定定顺顺序序在在各各站站点点传传递递令令牌牌的的方方法法。

谁得到令牌，谁才有发报权。

谁得到令牌，谁才有发报权。

令令牌牌访访问问原原理理可可用用于于环环形形网网络络，构构成成令令牌牌环环形形网网；也也可可用于总线网，构成令牌总线网络。

用于总线网，构成令牌总线网络。

哈工大网络与电气智能化研究所75752.7.2令牌（标记）访问控制方式令牌（标记）访问控制方式uu令令牌牌环环方方式式令令牌牌在在网网络络环环路路上上不不断断地地传传送送，拥拥有有此此令令牌牌的的站站点点，有有权权向向环环路路上上发发送送报报文文，其其它它站站点点仅仅允允许许接接受报文。

不会发生访问冲突。

受报文。

不会发生访问冲突。

uu对轻、重负载不敏感。

对轻、重负载不敏感。

uu单环故障，整个瘫痪，可靠性低。

单环故障，整个瘫痪，可靠性低。

uu信信息息传传输输具具有有确确定定性性，能能比比较较准准确确估估计计信信息息传传输输的的延延迟迟时间。

时间。

哈工大网络与电气智能化研究所76762.4.2令牌（标记）访问控制方式令牌（标记）访问控制方式哈工大网络与电气智能化研究所77772.7.2令牌（标记）访问控制方式令牌（标记）访问控制方式uu令令牌牌传传递递总总线线方方式式采采用用总总线线拓拓扑扑，网网上上各各工工作作站站按按一一定定顺顺序序形形成成一一个个逻逻辑辑环环。

每每个个工工作作站站在在环环中中均均有有一一个个指指定定逻逻辑辑位位置置，末末站站的的后后站就是首站。

总线上各站的物理位置与逻辑位置无关站就是首站。

总线上各站的物理位置与逻辑位置无关。

uu像像令令牌牌环环方方式式那那样样，令令牌牌传传递递总总线线方方式式也也具具备备称称为为令令牌牌的的控控制制帧帧，调调整整访访问问的的权权利利。

收收到到令令牌牌的的站站点点在在一一段段规规定定时时间间内内被被授授予予对对介介质质的的控控制制权权，因因而而该该站站可可以以发发送送一一帧帧或或多多帧帧信信息息。

当当该该站站传传输输已已经经完完成成或或时时间间已已到到时时，它它就就将将令令牌牌传传递递到到逻逻辑辑环环中中的的下下一一工工作作站站，因因此此，传传输输过过程程就就是是由由交交替替进进行行的的数数据据传传输输阶阶段段和和令令牌牌传传送送阶阶段段组组成成。

网网上上站站也也可以退出环成为非活动站点，这些站点仅能响应询问或请求应答。

可以退出环成为非活动站点，这些站点仅能响应询问或请求应答。

哈工大网络与电气智能化研究所78782.7.2令牌（标记）访问控制方式令牌（标记