工业网络技术第2课pptConvertor.docx
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工业网络技术第2课pptConvertor
东北大学秦皇岛分校
第二章计算机网络体系结构
工业网络结构
信息层网络（Ethernet）
主要内容
计算机网络体系结构
网络通信基础知识
计算机网络的概念
计算机网络应用举例
（1）
共享打印机等各种硬件设备
计算机网络应用举例
（2）
共享数据资源
计算机网络应用举例（3）
共享应用程序
计算机网络的组成
资源子网
资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。
通信子网
通信子网由通信控制处理机、通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
资源子网的组成
主机
大型机、中型机、小型机、工作站或微机。
主机是资源子网的主要组成单元，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。
普通用户终端通过主机连入网内。
主机要为本地用户访问网络其它主机设备与资源提供服务，同时要为网中远程用户共享本地资源提供服务。
终端/终端控制器
终端控制器连接一组终端，负责这些终端和主计算机的信息通信，或直接作为网络节点。
终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单的终端，也可以是微型计算机系统。
连网外设
网络中的一些共享设备，如大型的硬盘机、高速打印机、大型绘图仪等。
通信子网的组成
通信控制处理机
又被称为网络节点。
一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面它又作为通信子网中的分组存储转发节点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。
通信线路
计算机网络采用了多种通信线路，如电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。
一般在大型网络中和相距较远的两结点之间的通信链路，都利用现有的公共数据通信线路。
信号变换设备
对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求。
比如，将计算机输出的数字信号变换为电话线上传送的模拟信号的调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。
计算机网络分类
广域网（WAN）
覆盖的地理范围：
几十公里到几千公里
通常利用公用网络进行组建
城域网（MAN）
覆盖的地理范围：
几十公里之内
局域网（LAN）
覆盖的地理范围：
有限范围（如实验室内、大楼内、校园内）
分为共享式局域网与交换式局域网
拓扑结构
总线型
星型
环型
树型
混合型
总线型网络拓朴结构
终接器
终接器
工作站
工作站
工作站
工作站
总线型的优越性
一个节点失效不影响其他节点的工作
节点的增删不影响全网的运行
结构简单
接入灵活
扩展容易
可靠性高
星型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
交换机
环型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
环型网络的优点
适应重负荷应用环境；
具有实时性能和优先权机制；
环网的媒体可以使用光纤；
覆盖范围较大，可达数十公里。
环型的主要问题
环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪
树型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
混合型网络拓朴结构
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
工作站
协议
协议（protocol）是通信双方为了实现通信所进行的约定或所作的对话规则
协议的基本概念
协议的组成
语义：
做什么（whattodo）
语法：
怎么做（howtodo）
定时关系：
何时做（whentodo）
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
1974年，IBM公司宣布推出系统网络体系结构SNA。
随后，其他公司也相继推出各自的体系结构。
ISO于1977年研究实现各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，即开放系统互联参考模型。
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
ISO-OSI参考模型
网络信息传送
ISO-OSI参考模型
层次结构模型中数据的传送过程
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
应用进程数据先传送到应用层
加上应用层首部，成为应用层PDU
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
应用层PDU再传送到传输层
加上传输层首部，成为传输层报文
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
传输层报文再传送到网络层
加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
IP数据报再传送到数据链路层
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
数据链路层帧再传送到物理层
最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
物理传输媒体
计算机1
AP2
AP1
计算机2
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
物理层接收到比特流，上交给数据链路层
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部
取出数据部分，上交给网络层
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
网络层剥去首部，取出数据部分
上交给传输层
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
传输层剥去首部，取出数据部分
上交给应用层
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
应用层剥去首部，取出应用程序数据
上交给应用进程
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
我收到了AP1发来的
应用程序数据！
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
应用程序数据
10100110100101比特流110101110101
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
应用程序数据
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
10100110100101比特流110101110101
计算机2的物理层收到比特流后
交给数据链路层
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部后
把帧的数据部分交给网络层
H2
T2
H3
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
网络层剥去分组首部后
把分组的数据部分交给运输层
H4
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
运输层剥去报文首部后
把报文的数据部分交给应用层
应用程序数据
H5
应用程序数据
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
应用层剥去应用层PDU首部后
把应用程序数据交给应用进程
计算机1向计算机2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机1
AP2
AP1
计算机2
我收到了AP1发来的
应用程序数据！
协议、服务和服务访问点
服务用户
第n层
第n+1层
服务用户
面向连接服务与无连接服务
面向连接服务（connection-oriented）
面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。
无连接服务（connectionless）
两个实体之间的通信不需要先建立好连接。
是一种不可靠的服务。
这种服务常被描述为“尽最大努力交付”（besteffortdelivery）或“尽力而为”。
TCP/IP体系结构
TCP/IP协议是工业标准或“事实标准”
TCP/IP协议主要特点
开放的协议标准，可以免费使用
可运行于局域网、广域网和互联网中
统一的网络地址分配方案
标准化的高层协议
TCP/IP四层协议的表示方法
应用层
传输层
网际层
网络
接口层
主机A
主机B
路由器
网络2
网络1
应用层
传输层
网际层
网络
接口层
网际层
网络
接口层
4
3
2
1
OSI与TCP/IP的比较
TCP/IP协议栈
OSI与TCP的简单比较
共同点
层次化的结构
OSI的主要问题
定义复杂
实现困难
有些功能在每一层重复出现
效率低下
TCP/IP的主要问题
网络接口层并不是实际的一层
各层的功能定义与实现方法没能区分开来等
开放系统互联参考模型（OSI/RM）
传输介质
传输介质
介质类型
连接器类型
传输介质
非屏蔽双绞线和RJ-45连接器
屏蔽双绞线
双绞线ext
传输介质
同轴电缆
同轴电缆连接器类型
同轴电缆ext
同轴电缆ext
基带同轴电缆速率10Mbps，传输距离限制在几公里；而宽带同轴电缆速率几百Mbps，传输距离限制在几十公里。
同轴电缆的抗干扰能力远好于双绞线，适用于工业现场。
传输介质
光纤
光缆连接器类型－SC与ST
光缆
光缆相对铜缆的特性
传输介质
数传电台
卫星通信
OSI模型各层功能
物理层
数据链路层
物理层
物理层是指在传输介质之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。
物理层的传输单位为比特。
物理层
物理层定义了编码的类型、位同步方式、数据传输速率，采用的单工、半双工、全双工传输方式也要在物理层说明。
典型的有EIA-232、EIA-485。
EIA-232-D机械特性
DB25连接器
DB9连接器
EIA-232-D电气特性
EIA-232-D电气特性采用负逻辑。
－5～－15V，表示逻辑“1”；
＋5～＋15V，表示逻辑“0”。
什么是数据？
（重要）
各种字母、数字符号的组合、语音、图形、图像等统称为数据。
信号是数据的电子或电磁编码。
信息（Information）是对数据（Data）的解释，数据是信息的载体，信号（Sig
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