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1、工业网络数据通信 目录1234数据通信基础知识现场总线基础知识工业以太网基础知识外部数据通信简介数据通信基础知识数据通信系统的基本通信模型：数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道。数据通信基础知识模拟通信系统模拟通信系统 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。数据通信基础知识通信信道的分类通信信道的分类 信道是信号传输的通

2、道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：有线信道与无线信道；模拟信道与数字信道；专用信道和公用信道；数据通信基础知识有线信道与无线信道有线信道与无线信道 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与无线信道；使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。数据通信基础知识模拟信道与数字信道模拟信道与数字信道按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数字信

3、道；能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的数字信号在计算机中指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。数据通信基础知识专用信道和公用信道专用信道和公用信道 信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道。专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。公用信道也称公共交换信道，它是一种通过交换

4、机转接、为大量用户提供服务的信道。数据通信基础知识数据通信速率数据通信速率数据通信速率分为两种：码元速率和信息速率。码元速率（RB）定义为每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；信息速率（Rb）定义为每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率；对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。数据通信基础知识一般来说，对于采用M进制电平传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：Rb=RBlog2M数

5、据通信基础知识数据通信速率数据通信速率数据通信速率分为两种：码元速率和信息速率。码元速率（RB）定义为每秒中传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；信息速率（Rb）定义为每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率；对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。数据通信基础知识误码率和误比特率误码率和误比特率 误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据

6、传输系统中被传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。公式为：在实际的数据传输系统中，电话线路在3002400bps传输速率时，平均误码率在10-210-6之间，在48009600bps传输速率时平均误码率在10-210-4之间。而计算机通信的平均误码率要求低于10-9。数据通信基础知识信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率范围在3003400Hz，则它的带宽为3003400Hz。信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。

7、信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。数据通信基础知识通信线路的连接方式通信线路的连接方式点对点连接点对点连接 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点-点的连接。数据通信基础知识通信线路的连接方式通信线路的连接方式多点线路连接多点线路连接 多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若

8、所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。数据通信基础知识数据流传送方式数据流传送方式并行通信并行通信 并行通信是数据流以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。数据通信基础知识数据流传送方式数据流传送方式串行通信串行通信 串行通信是数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并/串变换，在

9、接收端再通过串/并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。数据通信基础知识信道的通信方式信道的通信方式单工通信单工通信 单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。无线电广播和电视都属于单工通信。数据通信基础知识半双工通信半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。半双工信道适合于会话式通

10、信，比如通常使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。数据通信基础知识全双工通信全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。比如电话通话。数据通信基础知识信号的传输方式信号的传输方式基带传输基带传输 就数字信号而言，基带传输是一个离散的方波，“0”代表低电平，“1”代表高电平。这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。数据通信基础知识信号的传输方式信号的传输方式频带传输频

11、带传输所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。数据通信基础知识信号的传输方式信号的传输方式宽带传输宽带传输宽带传输采用75的CATV电视同轴电缆或光纤作为传输媒体，带宽为300MHz。使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电缆原是用来

12、传输电视信号的，当用它来传输数字信号时，需要利用电缆调制解调器（Cable Modem）把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输，这也是通常所说的“三网合一”，即语音网、数据网和电视网合一。数据通信基础知识数据传输的同步技术数据传输的同步技术 在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的误差，随着时

13、间增加的逐步累积，也会造成传输的数据出错。实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一，通常使用的同步技术有两种：异步方式和同步方式。数据通信基础知识数据传输的同步技术数据传输的同步技术 异步传输方式异步传输方式 在异步传输方式中，每传送1个字符（7位或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加1或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。数据通信基础知识数据传输的同步技术数据传输的同步技术 同步传输方式同步传输

14、方式 同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。数据通信基础知识数据的编码和调制技术数据的编码和调制技术数据通信基础知识数据的编码和调制技术数据的编码和调制技术数字数据的调制数字数据的调制

15、 发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制（Modulation）。数据通信基础知识数字数据的调制数字数据的调制幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）ASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信号的“1”，用载波幅度A2表示数字信号的“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号的参数f 和恒定。频移键控FSK（Frequency Shift Keying）FSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f 1表示数字信号“1”，用f 2表示数字信号“0”，而载波信号的A和不变。数据通信基础知识数字数据的调制

16、数字数据的调制相移键控PSK（Phase Shift Keying）PSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A和f不变。PSK包括两种类型：绝对调相和相对调相。绝对调相使用相位的绝对值，为0表示数字信号“1”，为表示数字信号“0”。相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移。数据通信基础知识混合调制 为了达到更高的信息传输速率，可以采用多元制的振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：8-QAM使用了幅度与相位的8种组合，由于使用3个比特可以表示8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元3个比特。16-QAM的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每个码元4个比特。数据通信基础知识混合调制 为了达到更高的信息传输速率，可以采用多元制的振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：8-QAM使用了幅度