第2章-数据通信基础与网络互联

数据通信基础与网络互联第二章2主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连•数据编码•信号传输方式•网络通信方式•网络同步方式3主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连4现场总线是低层控制网络•现场总线是企业的底层数字通信网络，是连接微机化仪表的开放系统。局域网NT服务器Internet监控工作站其它工作站现场总线接口差压变送器调节阀差压变送器差压变送器温度变送器企业管理层（数据网络）过程监控层（数据网络）现场控制层（控制网络）现场总线网段52.1总线的基本概念总线与总线段从广义来说．总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为“总线段”(bussegment)。可以通过总线段相互连接把多个总线段连接成一个网络系统。总线主设备可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”(busmaster)。也就是说，主设具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。总线从设备不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(busslaver)，也称基本设备。6控制信号总线上的控制信号通常有三种类型:总线协议(busprotocol)管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。1、控制连在总线上的设备2、改变总线操作的方式3、表明地址和数据的含义设备清零、初始化、启动和停止选择数据字段的宽度和字节指定某一地址空间7总线操作的基本内容总线操作总线上命令者与响应者之间的连结——数据传送——脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。通信请求通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。它们有可能要求传送数据也有可能要求完成某种动作。“脱开”(disconnect)是指完成数据传送操作以后，命令者断开与响应者的连接。命令者可以在做完一次或多次总线操作后放弃总线占有权。8总线操作的基本内容寻址寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。通常有以下三种寻址方式：1、物理寻址——用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者2、逻辑寻址——用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾及这些存储单元在设备中的物理分布3、广播寻址——广播寻址用于选择多个响应者。9总线操作的基本内容总线仲裁总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。以避免总线在传送信息的操作过程中有可能发生的“冲突”（Conflict）。当前的总线主设备叫做“命令者”(commander)。10同步系统在大多数同步总线系统中，定时时钟信号是由系统统一提供的。总线状态的改变只出现在时钟的固定时刻。异步系统异步总线系统中，命令者发出选通定时信号表明总线上的信息有效，响应者回送一个应答定时信号。命令者收到该应答信号后，证实响应者确实进行了响应。这一过程叫做“握手”(handshake)。通信定时总线操作用“定时”信号进行同步。定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。有异步和同步两种。11总线操作的基本内容出错检测在总线上传送信息时会因噪声和串扰而出错，因此在高性能总线中设有出错码产生和校验机构，以实现传送过程的出错检测。12容错备在总线上传送信息出错时，必须提高系统的重配置能力。1、硬件结构连接；2、利用软件减少故障对系统的影响；3、备用路径13主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连142.2通信系统简介信息源信息接收者发送设备接收设备传输介质15数据编码1、模拟数据编码2、数字数据编码计算机网络系统的通信任务是传送数据或数据化的传息：例如：11010010数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据：16一、数字数据编码17差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”电平变化代表“l”，不变化代表“0”。18曼彻斯特编码(ManchesterEncoding)在曼彻斯持编码中，时间被划分为等间隔的小段。其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。数据时钟曼彻斯特编码100101119二、模拟数据编码——调幅幅度键控ASK中，载波信号的幅度随着调制信号而变化，而载波信号的频率、相位不变。例如在二进制数字信号调制后波形的时域表达式对应SA=anA*coswct，an=0，SA=0代表0，an=1，SA波形代表1。三种模拟数据编码调幅后的信号波形20二、模拟数据编码——调频频移键控FSK中，载波信号的频率随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、相位不变。例如在二进制频移键控中、可定义为信号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。三种模拟数据编码调频后的信号波形21二、模拟数据编码——调相相移键控PSK中，载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、频率不变。例如在二进制相移键控中、可定义为信号1对应的0o，信号0对应180o。三种模拟数据编码调相后的信号波形22通信系统性能1、有效性：传输速率单位：bps2、可靠性:误码率标准数据信号速率：50，100，200，300，600，1200，2400，4800，9600，240k，1M，10MPe≈Ne/NNe被传错的码元数，N传送的二进制码元数23通信信道的频率特性：通信信道-通信介质和中间通信设备。信道容量：单位时间内可能传送的最大比特数。信噪比：信道功率S与噪声功率N的比值。24信号传输方式基带传输基带传输就是在数字通信的通道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制，它是最基本的数据传输方式。载波传输载波传输采用数字信号对载波进行调制后实行传输。宽带网用与传输数据、文字、语音、图像等多种信号的传输技术宽带网与基带网的主要区别，一是数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为0一10Mbps，宽带网可达0一400Mbps；二是宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径。25ATM是实现高速网络的主要技术:它支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号；按需分配频带；具有低延迟特性；速率可达155Mbps到2.4Gbps，也有25Mbps，和50Mbps的ATM技术；可适用于局域网和广域网。异步传输模式ATM(asynchronoustransfermode)26网络通信方式半双工通信单工通信全双工通信A站B站27网络同步方式在通信时，接收端要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致，这一过程称为同步过程。信息传输的同步方式分为两种：异步(asynchronous)式同步(synchronous)式同步就是接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。281、同步式按传输信息的基本组织单位，分为位同步、字符同步和帧同步。适用于高速传输要求292、异步式异步式又称起止(start—stop)同步方式，异步方式中，并不要求收发两端在传送代码的每一位时都同步。易于实现，频移无积累，对线路和收发器要求低；但效率低，适于低速系统字符长度＝数据(信息位和校验位)+起始位+终止位30主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连312.3拓扑结构3233主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连342.4网络传输介质传输介质是网络中连接收发双方的物理通路。也是通信中实际传送信息的载体。35(6)相对价格：器件、安装与维护费用。(1)物理特性：传输介质物理结构的描述；(2)传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；(3)连通特性：允许点—点或多点连接；(4)地理范围：传输介质最大传输距离；(5)抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力：影响网络中数据通信质量的特性36双绞线(1)物理持性：传输介质物理结构的描述；(2)传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；(3)连通特性．允许点—点或多点连接；(4)地理范围：传输介质最大传输距离；(5)抗干扰性；传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力：(6)相对价格：器件、安装与维护费用。37用作10Mbps局域网，与集线器的最大长度100米38同轴电缆(1)物理持性：传输介质物理结构的描述；(2)传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；(3)连通特性．允许点—点或多点连接；(4)地理范围：传输介质最大传输距离；(5)抗干扰性；传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力：(6)相对价格：器件、安装与维护费用。3940光纤(1)物理持性：传输介质物理结构的描述；(2)传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；(3)连通特性．允许点—点或多点连接；(4)地理范围：传输介质最大传输距离；(5)抗干扰性；传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力：(6)相对价格：器件、安装与维护费用。4142无线通信方式微波通信红外线通信激光通信卫星通信43选择传输介质考虑因素网络拓扑、网络连接方式网络通信量系统的可靠性要求传输的数据类型网络覆盖的地理范围节点间的距离等等……..44主要内容2.1总线的基本概念2.2数字通信系统简介2.3网络拓扑2.4传输介质2.5介质访问控制方式2.6数据交换技术2.7差错控制2.8网络互连452.5介质访问控制方式1、随机访问方式：2、控制访问方式:CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)1)令牌总线Tokenbus2)令牌环Tokenring46CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)对介质的访问是随机的，必须在网络上争用传输介质，为避免访问“冲突”，载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。当监听总线状态后，可采用以下三种CSMA坚持退避算法:1）不坚持CSMA2）1-坚持CSMA3）P-坚持CSMA47三种CSMA坚持退避算法1）不坚持CSMA2）1-坚持CSMA3）P-坚持CSMA1、If介质是空闲的，then发送；else2、If介质是忙的，then等待一段随机时间，重复1；1、If介质是空闲的，then发送；else2、If介质是忙的，then继续监听，直到介质空闲，立即发送；1、If介质是空闲的，then以P概率发送，or以1-P概率延迟一个时间单位（最大传输延迟）重复处理；else2、If介质是忙的，then继续监听，直到介质空闲，重复1；介质浪费访问冲突折衷！！48冲突检测CD故每个工作站发送信息之后，还要继续监听线路，判定是否有其他站正与本站同时向传输线发送，一旦发现，便中止当前发送，这就是“冲突检测ConflictDetection,CD”。边讲边听由于传输线上不可避免的有传输延迟，有可能多个站同时监听到线上空闲并开始发送，从而导致冲突。49令牌访问控制方式——令牌环方式令牌方式是有控制的发报方式，谁得到令牌，谁才有发报权。环形网络！！入口出口传输桢格式:通信处理器通信处理器通信处理器通信处理器通信处理器50令牌访问控制方式—令牌传递总线方式采用总线网络拓扑、网络上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。令牌传递算法：逻辑环按递减的站地址次序组成逻辑环的初始化：网络开始启动、插入或退出、故障站插入环路算法：站退出环路算法：差错恢复：丢失令牌、重复令牌空标记01111111