工业网络技术第2课

2007年09月02日工业网络技术东北大学秦皇岛分校第二章计算机网络体系结构2007年09月02日工业网络技术工业网络结构电机,驱动设备、执行器机器人技术传感器及其他输入输出设备可编程控制器(PLC)基于PC的控制器办公室主机、服务器(ERP、MES、PDM等）控制网网关办公室应用、互联网作业、数据服务器、存储器与IT网络结合设备层网络控制层网络信息层网络(Ethernet)2007年09月02日工业网络技术主要内容•计算机网络体系结构•网络通信基础知识2007年09月02日工业网络技术计算机网络的概念2007年09月02日工业网络技术计算机网络应用举例（1）•共享打印机等各种硬件设备2007年09月02日工业网络技术计算机网络应用举例（2）•共享数据资源2007年09月02日工业网络技术计算机网络的组成主机终端主机终端主机主机主机通信子网资源子网终端终端网络节点通信线路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。2007年09月02日工业网络技术资源子网的组成•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。2007年09月02日工业网络技术通信子网的组成•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。2007年09月02日工业网络技术计算机网络分类•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2007年09月02日工业网络技术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。2007年09月02日工业网络技术开放系统互联参考模型（OSI/RM）2007年09月02日工业网络技术ISO-OSI参考模型应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层网络应用软件一种通用的数据格式对话和交谈流量控制和可靠性路径选择及逻辑寻址帧和介质访问控制信号和介质2007年09月02日工业网络技术网络信息传送2007年09月02日工业网络技术ISO-OSI参考模型2007年09月02日工业网络技术层次结构模型中数据的传送过程5432154321计算机1AP2AP1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PDU2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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）2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1计算机22007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给传输层2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2传输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用程序数据应用层首部H510100110100101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H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4传输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101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H2T2H3H4H5应用程序数据2007年09月02日工业网络技术H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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H2T2H3H4H5应用程序数据2007年09月02日工业网络技术H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术H5应用程序数据H4H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术应用程序数据H5应用程序数据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1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2007年09月02日工业网络技术计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！2007年09月02日工业网络技术协议、服务和服务访问点协议服务服务服务用户提供服务服务提供者第n层第n+1层服务用户SAPSAP2007年09月02日工业网络技术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2007年09月02日工业网络技术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43212007年09月02日工业网络技术OSI与TCP/IP的比较应用层传输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI应用层网络接口层网际层IP传输层(TCP或UDP)TCP/IP无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP的三个服务层次2007年09月02日工业网络技术TCP/IP协议栈2007年09月02日工业网络技术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2007年09月02日工业网络技术开放系统互联参考模型（OSI/RM）2007年09月02日工业网络技术传输介质2007年09月02日工业网络技术传输介质•介质类型•连接器类型2007年09月02日工业网络技术传输介质2007年09月02日工业网络技术非屏蔽双绞线和RJ-45连接器2007年09月02日工业网络技术屏蔽双绞线2007年09月02日工业网络技术双绞线ext2007年09月02日工业网络技术传输介质2007年09月02日工业网络技术同轴电缆2007年09月02日工业网络技术同轴电缆连接器类型2007年09月02日工业网络技术同轴电缆ext2007年09月02日工业网络技术同轴电缆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。2007年09月02日工业网络技术传输介质2007年09月02日工业网络技术光纤2007年09月02日工业网络技术光缆连接器类型－SC与ST2007年09月02日工业网络技术光缆2007年09月02日工业网络技术光缆相对铜缆的特性2007年09月02日工业网络技术传输介质2007年09月02日工业网络技术数传电台2007年09月02日工业网络技术卫星通信2007年09月02日工业网络技术OSI模型各层功能•物理层•数据链路层2007年09月02日工业网络技术物理层•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。2007年09月02日工业网络技术物理层•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。2007年09月02日工业网络技术什么是数据？（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（Signal）是数据的电子编码。2007年09月02日工业网络技术什么是数据?ext2007年09月02日工业网络技术什么是通信？•通过各种传输介质将信息从一个地点、一个人或一台设备传送到另一个地点、另一个人或设备的过程。•通信的目的是交换信息。2007年09月02日工业网络技术什么是数据通信?•数据通信是两点或多点之间借助某种传输介质以二进制代码形式进行信息交换的过程。•数据通信技术主要涉及传输方式、同步、数据编码等问题。2007年09月02日工业网络技术数据传输方式•并行传输•串行传输2007年09月02日工业网络技术并行传输•将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输；•可以同时传输一组数据位，每个数据位使用单独一条导线。2007年09月02日工业网络技