網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用 第3章

1、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用 任課教師：任課教師：xxxxxx電子郵箱：電子郵箱：聯(lián)系電話：聯(lián)系電話：13xxxx45第三章第三章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議osi參考模型參考模型 物理層與物理接口協(xié)議物理層與物理接口協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層高層協(xié)議高層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通信模型現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)通信模型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的背景網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的背景網(wǎng)絡(luò)的狀況網(wǎng)絡(luò)的狀況多種多種通信媒介通信媒介有線、無線有線、無線不同種類的不同種類的設(shè)備設(shè)備通用、專用通用、專用不同的不同的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)unix、windows 不同的不同的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)用環(huán)境固

2、定、移動(dòng)固定、移動(dòng)不同種類不同種類業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)分時(shí)、交互、實(shí)時(shí)分時(shí)、交互、實(shí)時(shí)寶貴的寶貴的投資和積累投資和積累有形、無形有形、無形用戶業(yè)務(wù)的用戶業(yè)務(wù)的延續(xù)性延續(xù)性不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏不允許出現(xiàn)大的跌宕起伏它們互相交織，形成了非常復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境。它們互相交織，形成了非常復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境。3.1 osi參考模型參考模型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)性異質(zhì)性問題的解決問題的解決 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合，也就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)實(shí)現(xiàn)和各層協(xié)議的集合，也就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能的定義和抽象。的功能的定義和抽象。 網(wǎng)絡(luò)

3、協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約是為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約定或標(biāo)準(zhǔn)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的組成部分。包括語定或標(biāo)準(zhǔn)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的組成部分。包括語法、語義和時(shí)序三要素。法、語義和時(shí)序三要素。 語法語法是指用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；是指用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；語義語義是是指需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動(dòng)作與做出的響應(yīng)；指需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動(dòng)作與做出的響應(yīng)；時(shí)序時(shí)序是對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。是對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)解決異質(zhì)性問題采用的是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)解決異質(zhì)性問題采用的是分層方法分層方法。把復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問

4、題劃分為若干個(gè)較小的、單一的問把復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題劃分為若干個(gè)較小的、單一的問題，在不同層上予以解決。題，在不同層上予以解決。就像編程時(shí)把問題分解為很多小的模塊來解決一樣。就像編程時(shí)把問題分解為很多小的模塊來解決一樣。層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題1. 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有哪些層次？每一層的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有哪些層次？每一層的功能是什么？（功能是什么？（分層與功能分層與功能）2. 各層之間的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绺鲗又g的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绾芜M(jìn)行交互？（何進(jìn)行交互？（服務(wù)與接口服務(wù)與接口）3. 通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？（則？（協(xié)議協(xié)議）層次結(jié)構(gòu)方法包

5、括三個(gè)內(nèi)容：分層及每層功能，服務(wù)層次結(jié)構(gòu)方法包括三個(gè)內(nèi)容：分層及每層功能，服務(wù)與層間接口，協(xié)議。與層間接口，協(xié)議。層次結(jié)構(gòu)方法的優(yōu)點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)方法的優(yōu)點(diǎn)把網(wǎng)絡(luò)操作分成復(fù)雜性較低的單元，結(jié)構(gòu)清晰，易于把網(wǎng)絡(luò)操作分成復(fù)雜性較低的單元，結(jié)構(gòu)清晰，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)實(shí)現(xiàn)和維護(hù)定義并提供了具有兼容性的標(biāo)準(zhǔn)接口定義并提供了具有兼容性的標(biāo)準(zhǔn)接口使設(shè)計(jì)人員能專心設(shè)計(jì)和開發(fā)所關(guān)心的功能模塊使設(shè)計(jì)人員能專心設(shè)計(jì)和開發(fā)所關(guān)心的功能模塊獨(dú)立性強(qiáng)獨(dú)立性強(qiáng)上層只需了解下層通過層間接口提供什上層只需了解下層通過層間接口提供什么服務(wù)么服務(wù)黑箱方法黑箱方法適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)只要服務(wù)和接口不變，層內(nèi)實(shí)現(xiàn)方法可只要服務(wù)和接口不變，層內(nèi)實(shí)現(xiàn)

6、方法可任意改變?nèi)我飧淖円粋€(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的變化不會(huì)影響另外一個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的變化不會(huì)影響另外一個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，因此每個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)可單獨(dú)升級(jí)或改造因此每個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)可單獨(dú)升級(jí)或改造 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso于于1997年成立了專年成立了專門的機(jī)構(gòu)來研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的門的機(jī)構(gòu)來研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問題。不久之后，標(biāo)準(zhǔn)化問題。不久之后，iso就提出了開放就提出了開放系統(tǒng)互連參考模型系統(tǒng)互連參考模型osi rm（open system interconnection reference model）。）。 開放是指遵循開放是指遵循osi標(biāo)準(zhǔn)的任何系統(tǒng)之間均可通信標(biāo)

7、準(zhǔn)的任何系統(tǒng)之間均可通信 系統(tǒng)是指各系統(tǒng)中與互連有關(guān)的部分系統(tǒng)是指各系統(tǒng)中與互連有關(guān)的部分3.1.1 模型層次劃分的原則模型層次劃分的原則層次太多會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的繁冗；層次太少層次太多會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的繁冗；層次太少又會(huì)使不同功能集中在一個(gè)層中，不便于層次的又會(huì)使不同功能集中在一個(gè)層中，不便于層次的描述，造成層次不清。描述，造成層次不清。網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)都有相同的層次，相同層次具有同網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)都有相同的層次，相同層次具有同樣的功能；樣的功能；同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層次間通過接口通信；同一節(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層次間通過接口通信；每一層使用下層提供的服務(wù)，并向上層提供服每一層使用下層提供的服務(wù)，并向上層提供服務(wù)；務(wù)

8、；不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)對等層之間的不同節(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)對等層之間的通信。通信。3.1.2 osi參考模型結(jié)構(gòu)參考模型結(jié)構(gòu)3.1.2 osi參考模型結(jié)構(gòu)參考模型結(jié)構(gòu)層次越靠上，其與信息處理的關(guān)系越密切，層層次越靠上，其與信息處理的關(guān)系越密切，層次越靠下，其與通信的關(guān)系越密切；次越靠下，其與通信的關(guān)系越密切；資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)（端節(jié)點(diǎn)）具有七層的全部功的節(jié)點(diǎn)（端節(jié)點(diǎn)）具有七層的全部功能，能，通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)（交換節(jié)點(diǎn)）可以簡化中的節(jié)點(diǎn)（交換節(jié)點(diǎn)）可以簡化為只有下面的三層；為只有下面的三層；數(shù)據(jù)單元在不同的層次中名稱也不相同，物理數(shù)據(jù)單元在不同的層次中名稱也不相同，物理層

9、以層以比特流比特流方式傳輸；數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元方式傳輸；數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元稱為稱為幀幀；網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元稱為；網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)報(bào)文分組數(shù)據(jù)報(bào)文分組；傳輸層的數(shù)據(jù)單元稱為傳輸層的數(shù)據(jù)單元稱為報(bào)文報(bào)文；會(huì)話層、表示層、；會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層的數(shù)據(jù)單元統(tǒng)稱為應(yīng)用層的數(shù)據(jù)單元統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包。n第第7 7層：應(yīng)用層層：應(yīng)用層(application)(application)為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)為用戶的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù) 識(shí)別并證實(shí)目的通信方的可用性識(shí)別并證實(shí)目的通信方的可用性使協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間進(jìn)行同步使協(xié)同工作的應(yīng)用程序之間進(jìn)行同步判斷是否為通信過程申請了足夠

10、的資源判斷是否為通信過程申請了足夠的資源應(yīng)用層協(xié)議的例子：應(yīng)用層協(xié)議的例子： 遠(yuǎn)程登錄協(xié)議遠(yuǎn)程登錄協(xié)議telnet、文件傳輸協(xié)議、文件傳輸協(xié)議ftp、 超文本傳輸協(xié)議超文本傳輸協(xié)議http、域名服務(wù)、域名服務(wù)dns、 簡單郵件傳輸協(xié)議簡單郵件傳輸協(xié)議smtp、郵局協(xié)議、郵局協(xié)議pop3等等n第第6 6層：表示層層：表示層(presentation)(presentation)處理被傳送數(shù)據(jù)的表示問題，即信息的語法和處理被傳送數(shù)據(jù)的表示問題，即信息的語法和語義。如有必要，使用一種通用的數(shù)據(jù)表示格語義。如有必要，使用一種通用的數(shù)據(jù)表示格式在多種數(shù)據(jù)表示格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。式在多種數(shù)據(jù)表示格式之間進(jìn)行

11、轉(zhuǎn)換。例如：在日期、貨幣、數(shù)值（特別是浮點(diǎn)數(shù)）例如：在日期、貨幣、數(shù)值（特別是浮點(diǎn)數(shù)）等本地?cái)?shù)據(jù)表示格式與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示格式之間等本地?cái)?shù)據(jù)表示格式與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)的加解密、壓縮進(jìn)行轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)的加解密、壓縮/解壓縮等解壓縮等本地表示本地表示1本地表示本地表示2公共表示公共表示公共表示公共表示表示層表示層傳輸層傳輸層n第第5 5層：會(huì)話層層：會(huì)話層(session)(session)建立、管理和中止不同機(jī)器上的應(yīng)用程序之建立、管理和中止不同機(jī)器上的應(yīng)用程序之間的會(huì)話。間的會(huì)話。 會(huì)話：會(huì)話：完成一項(xiàng)任務(wù)而進(jìn)行的完成一項(xiàng)任務(wù)而進(jìn)行的一系列相關(guān)的信息一系列相關(guān)的信息交換交換。同步（解

12、決失敗后從哪里重新開始）同步（解決失敗后從哪里重新開始） 設(shè)置檢查點(diǎn)設(shè)置檢查點(diǎn)會(huì)話失敗后，恢復(fù)到最后一個(gè)檢會(huì)話失敗后，恢復(fù)到最后一個(gè)檢查點(diǎn)處，而不用從頭開始。查點(diǎn)處，而不用從頭開始。例如：數(shù)據(jù)送到打印服務(wù)器上打印。接收的數(shù)據(jù)例如：數(shù)據(jù)送到打印服務(wù)器上打印。接收的數(shù)據(jù)已被確認(rèn)，但打印機(jī)出現(xiàn)故障。這時(shí)沒必要再從頭已被確認(rèn)，但打印機(jī)出現(xiàn)故障。這時(shí)沒必要再從頭開始打印，只要在每頁開始處設(shè)置檢查點(diǎn)，打印出開始打印，只要在每頁開始處設(shè)置檢查點(diǎn)，打印出錯(cuò)時(shí)只需重傳最后一個(gè)檢查點(diǎn)以后的頁面。錯(cuò)時(shí)只需重傳最后一個(gè)檢查點(diǎn)以后的頁面?；顒?dòng)管理，保證活動(dòng)的完整性和正確性?；顒?dòng)管理，保證活動(dòng)的完整性和正確性?；顒?dòng)活動(dòng)：

13、相對獨(dú)立的一組相關(guān)操作。：相對獨(dú)立的一組相關(guān)操作。 例如：一次會(huì)話傳送多個(gè)文件，其中每一個(gè)例如：一次會(huì)話傳送多個(gè)文件，其中每一個(gè)文件的傳送為一個(gè)活動(dòng)。文件的傳送為一個(gè)活動(dòng)?；顒?dòng)活動(dòng)1活動(dòng)活動(dòng)2會(huì)話會(huì)話文件文件1文件文件2n第第4 4層：傳輸層層：傳輸層(transport)(transport)為源端主機(jī)到目的端主機(jī)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸為源端主機(jī)到目的端主機(jī)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；屏蔽各類通信子網(wǎng)的差異，使上層不受服務(wù)；屏蔽各類通信子網(wǎng)的差異，使上層不受通信子網(wǎng)技術(shù)變化的影響。通信子網(wǎng)技術(shù)變化的影響。進(jìn)行數(shù)據(jù)分段并組裝成報(bào)文流；進(jìn)行數(shù)據(jù)分段并組裝成報(bào)文流；提供提供“面向連接面向連接”（虛電路）和

14、（虛電路）和“無連接無連接”（數(shù)據(jù)報(bào)）兩種服務(wù)；（數(shù)據(jù)報(bào)）兩種服務(wù)；傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)與恢復(fù)；傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)與恢復(fù)；信息流控制，防止數(shù)據(jù)傳輸過載。信息流控制，防止數(shù)據(jù)傳輸過載。數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路的概念數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路的概念數(shù)據(jù)報(bào)：無連接的服務(wù)；虛電路：面向連接的服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)：無連接的服務(wù)；虛電路：面向連接的服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)每個(gè)分組作為一個(gè)每個(gè)分組作為一個(gè)獨(dú)立獨(dú)立的信息單位傳送的信息單位傳送 特征：不需要連接，也無需確認(rèn)特征：不需要連接，也無需確認(rèn) 完整的網(wǎng)絡(luò)地址（源和目的）完整的網(wǎng)絡(luò)地址（源和目的）信道利用率低信道利用率低 不保證按序到達(dá)；每個(gè)分組均需進(jìn)行路由選擇不保證按序到達(dá)；每個(gè)分組均需進(jìn)行路由選擇虛電路

15、虛電路傳輸前先建立一條邏輯連接，傳輸結(jié)束后拆除傳輸前先建立一條邏輯連接，傳輸結(jié)束后拆除 特征：需要建立連接特征：需要建立連接僅在建立連接時(shí)需要全網(wǎng)地址，傳輸時(shí)用虛電路號(hào)僅在建立連接時(shí)需要全網(wǎng)地址，傳輸時(shí)用虛電路號(hào)按序到達(dá)；僅在建立連接時(shí)需要路由選擇按序到達(dá)；僅在建立連接時(shí)需要路由選擇 兩類虛電路：兩類虛電路：永久虛電路永久虛電路租用后便永久建立，退租后拆除。租用后便永久建立，退租后拆除。交換虛電路交換虛電路需要通信時(shí)建立，通信結(jié)束便拆除。需要通信時(shí)建立，通信結(jié)束便拆除。傳輸層的特點(diǎn)傳輸層的特點(diǎn)傳輸層以上各層：面向應(yīng)用；以下各層：傳輸層以上各層：面向應(yīng)用；以下各層：面向傳輸。傳輸層位于資源子網(wǎng)和

16、通信子網(wǎng)面向傳輸。傳輸層位于資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的交界處，起著承上啟下的作用。的交界處，起著承上啟下的作用。與網(wǎng)絡(luò)層的部分服務(wù)有重疊交叉。如何平與網(wǎng)絡(luò)層的部分服務(wù)有重疊交叉。如何平衡取決于兩者的功能劃分。衡取決于兩者的功能劃分。真正意義上的從源到目標(biāo)實(shí)現(xiàn)真正意義上的從源到目標(biāo)實(shí)現(xiàn)“端到端端到端”連接連接 的層。的層。 1-3層：鏈接中繼；層：鏈接中繼； 4-7層：端到端層：端到端n第第3層：網(wǎng)絡(luò)層層：網(wǎng)絡(luò)層(network)在源端與目的端之間建立、維護(hù)、終止網(wǎng)絡(luò)在源端與目的端之間建立、維護(hù)、終止網(wǎng)絡(luò)的連接。的連接。功能和服務(wù)功能和服務(wù)最佳路由選擇和數(shù)據(jù)包中轉(zhuǎn)最佳路由選擇和數(shù)據(jù)包中轉(zhuǎn)流量控制和擁塞

17、控制流量控制和擁塞控制差錯(cuò)檢測與恢復(fù)差錯(cuò)檢測與恢復(fù)流量統(tǒng)計(jì)和記賬流量統(tǒng)計(jì)和記賬路由選擇路由選擇如何在多條通信路徑中找一條如何在多條通信路徑中找一條最佳路徑最佳路徑？ 依據(jù)：速度依據(jù)：速度,距離距離(步跳數(shù)步跳數(shù)),價(jià)格價(jià)格,擁塞程度擁塞程度路由表建立與維護(hù)路由表建立與維護(hù)靜態(tài)：靜態(tài)：人工設(shè)置，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)人工設(shè)置，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：運(yùn)行過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)地動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)地動(dòng)態(tài) 維護(hù)維護(hù)路由算法路由算法距離向量算法：距離向量算法：rip、cgp等等鏈路狀態(tài)算法：鏈路狀態(tài)算法：ospf等等n第第2 2層：數(shù)據(jù)鏈路層層：數(shù)據(jù)鏈路層(data link)(data l

18、ink)在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，使之對網(wǎng)在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，使之對網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯(cuò)的線路。絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無錯(cuò)的線路。所關(guān)心的問題包括：所關(guān)心的問題包括：物理地址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌晃锢淼刂?、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌唤M幀：把數(shù)據(jù)封裝在幀中組幀：把數(shù)據(jù)封裝在幀中,按順序傳送按順序傳送,并處并處理返回的確認(rèn)幀；理返回的確認(rèn)幀；定界與同步：產(chǎn)生定界與同步：產(chǎn)生/識(shí)別幀邊界；識(shí)別幀邊界；差錯(cuò)恢復(fù)：采用重傳（差錯(cuò)恢復(fù)：采用重傳（arq）的方法；）的方法；流量控制：收發(fā)雙方傳輸速率的匹配。流量控制：收發(fā)雙方傳輸速率的匹配。廣播式信道問題廣播式信道問題(lan or wireless)： 涉及到如何控制對涉

19、及到如何控制對共享信道共享信道的訪問。的訪問。 將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制(logical link control, llc)和和介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制子層子層(media access control，mac)兩個(gè)子層，由兩個(gè)子層，由mac子層子層解決介質(zhì)訪問控制問題。解決介質(zhì)訪問控制問題。 兩種主要的介質(zhì)訪問控制方法：兩種主要的介質(zhì)訪問控制方法：- csma/cd - token passing token ring token bus鏈路層幀的結(jié)構(gòu)鏈路層幀的結(jié)構(gòu)a：mac地址字段地址字段，包括源地址和目的地址，包括源地址和目的地址c：控制字段控制字段

20、fcs：幀檢驗(yàn)序列幀檢驗(yàn)序列，一般采用，一般采用crc校驗(yàn)。其校驗(yàn)范校驗(yàn)。其校驗(yàn)范圍包括圍包括a、c和和data字段字段cafcs校驗(yàn)區(qū)間校驗(yàn)區(qū)間data網(wǎng)絡(luò)層的分組被封網(wǎng)絡(luò)層的分組被封裝在幀的裝在幀的data域中域中n第第1 1層：物理層層：物理層(physical)(physical)實(shí)現(xiàn)在物理媒體上透明地傳送原始比特流。實(shí)現(xiàn)在物理媒體上透明地傳送原始比特流。定義了激活、維護(hù)和關(guān)閉終端用戶之間機(jī)械定義了激活、維護(hù)和關(guān)閉終端用戶之間機(jī)械的、電氣的、過程的和功能的特性。的、電氣的、過程的和功能的特性。 數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte、數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備、數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備dcedte用于處理用戶數(shù)

21、據(jù)的設(shè)備。如計(jì)用于處理用戶數(shù)據(jù)的設(shè)備。如計(jì)算機(jī)、路由器。算機(jī)、路由器。dce用于把用于把dte發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男问?。如成適合于在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男问健Ｈ鏼odem。 物理層的特性包括：物理層的特性包括：機(jī)械特性：機(jī)械特性：物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格電氣特性：電氣特性：信號(hào)電平，脈沖寬度，頻率，數(shù)信號(hào)電平，脈沖寬度，頻率，數(shù)據(jù)傳送速率，最大傳送距離等據(jù)傳送速率，最大傳送距離等功能特性：功能特性：接口引腳的功能作用接口引腳的功能作用規(guī)程特性：規(guī)程特性：信號(hào)時(shí)序，應(yīng)答關(guān)系，操作過程信號(hào)時(shí)序，應(yīng)答關(guān)系，操作過程3.1.3 os

22、i參考模型的基本概念參考模型的基本概念“你好你好”“hello”傳真?zhèn)髡嬷袊袊處熃處煼g翻譯秘書秘書“hallo”“hello”傳真?zhèn)髡娴聡聡處熃處煼g翻譯秘書秘書對交談內(nèi)容的共識(shí)對交談內(nèi)容的共識(shí)用英語對話用英語對話使用傳真通信使用傳真通信p3p2p1物理通信線路物理通信線路對等通信示例：中德教師之間的對話對等通信示例：中德教師之間的對話問題：問題： 中國教師與德國教師之間、翻譯之間，他們是在直接通信嗎？中國教師與德國教師之間、翻譯之間，他們是在直接通信嗎？ 翻譯、秘書各向誰提供什么樣的服務(wù)？翻譯、秘書各向誰提供什么樣的服務(wù)？ 中德教師、翻譯各使用誰提供的什么服務(wù)？中德教師、翻譯各使用

23、誰提供的什么服務(wù)？3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念對等層通信的實(shí)質(zhì)對等層通信的實(shí)質(zhì)： 對等層實(shí)體之間虛擬通信對等層實(shí)體之間虛擬通信 下層向上層提供服務(wù)下層向上層提供服務(wù)實(shí)際通信在最底層完成實(shí)際通信在最底層完成右圖給出了對等層通信右圖給出了對等層通信更一般的抽象。更一般的抽象。p3p2p1 2 1 3 2 1物理通信線路物理通信線路 3 n+1 n n-1 n+1 n n-1pn-1pnpn+1系統(tǒng)系統(tǒng)a系統(tǒng)系統(tǒng)b消息消息3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念 協(xié)議：協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換（通信）而建立的規(guī)則、為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換（通信）而建立的規(guī)則

24、、標(biāo)準(zhǔn)或約定。標(biāo)準(zhǔn)或約定。 不同層具有各自不同的協(xié)議。不同層具有各自不同的協(xié)議。 實(shí)體：實(shí)體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/ /軟件進(jìn)程。軟件進(jìn)程。 對等層：對等層：兩個(gè)不同系統(tǒng)的同名層次。兩個(gè)不同系統(tǒng)的同名層次。 對等實(shí)體：對等實(shí)體：位于不同系統(tǒng)的同名層次中的兩個(gè)實(shí)體。位于不同系統(tǒng)的同名層次中的兩個(gè)實(shí)體。 協(xié)議作用在對等實(shí)體之間協(xié)議作用在對等實(shí)體之間。 接口：接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對上層的服務(wù)。操作及下層對上層的服務(wù)。 服務(wù)：服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供某一層及其以下

25、各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰上層。給其相鄰上層。3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念 n服務(wù)：服務(wù)：n層中能被上層中能被上n1層直接使用的功能。層直接使用的功能。 n實(shí)體本身提供的某些功能；實(shí)體本身提供的某些功能； 本系統(tǒng)本系統(tǒng)n1層以及以下各層提供的服務(wù)；層以及以下各層提供的服務(wù)； 為與另一開放系統(tǒng)中對等為與另一開放系統(tǒng)中對等n實(shí)體通信而提供的服務(wù)；實(shí)體通信而提供的服務(wù)； n1層可以通過使用層可以通過使用n層的功能，卻不能看見層的功能，卻不能看見n1及及以下層提供的服務(wù)；以下層提供的服務(wù)； n服務(wù)是服務(wù)是n1層所看到的服務(wù)，并不是層所看到的服務(wù)，并不是n層實(shí)現(xiàn)全部層

26、實(shí)現(xiàn)全部功能。功能。 n用戶：用戶：接受接受n服務(wù)的相鄰上一層實(shí)體。服務(wù)的相鄰上一層實(shí)體。 n協(xié)議：協(xié)議：兩個(gè)對等兩個(gè)對等n實(shí)體通信規(guī)則的集合。實(shí)體通信規(guī)則的集合。 服務(wù)是同一開放系統(tǒng)中相鄰層之間的操作，協(xié)議則是不同開放服務(wù)是同一開放系統(tǒng)中相鄰層之間的操作，協(xié)議則是不同開放系統(tǒng)的對等實(shí)體間進(jìn)行虛通信所必須遵守的規(guī)定系統(tǒng)的對等實(shí)體間進(jìn)行虛通信所必須遵守的規(guī)定3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念osi參考模型中，對等層協(xié)議之間交換的信息單元參考模型中，對等層協(xié)議之間交換的信息單元統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(pdu,protocol data unit)。而傳輸層及以下各

27、層的而傳輸層及以下各層的pdu另外還有各自特定的名另外還有各自特定的名稱：稱：傳輸層傳輸層數(shù)據(jù)段（數(shù)據(jù)段（segment） 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層分組（數(shù)據(jù)報(bào)）（分組（數(shù)據(jù)報(bào)）（packet）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀（frame）物理層物理層比特（比特（bit）3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)封裝 一臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)首一臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)首先必須打包，打包的過程稱為先必須打包，打包的過程稱為封裝封裝。 封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)協(xié)議頭協(xié)議頭發(fā)送郵件的例子：信裝

28、入寫有源地址和目的地址的信封發(fā)送郵件的例子：信裝入寫有源地址和目的地址的信封中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號(hào)中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號(hào)。數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)3.1.3 osi參考模型的基本概念參考模型的基本概念osi參考模型中每一層都要依靠下一層提供的服務(wù)。參考模型中每一層都要依靠下一層提供的服務(wù)。為了提供服務(wù)，下層把上層的為了提供服務(wù)，下層把上層的pdu作為本層的數(shù)據(jù)封裝，然作為本層的數(shù)據(jù)封裝，然后加入本層的頭部（和尾部）。頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所后加入本層的頭部（和尾部）。頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息。需的控制信息。這樣，數(shù)據(jù)這樣，數(shù)據(jù)自上而下自上而下遞交的過程實(shí)際上就是不斷遞交的過程實(shí)際上就

29、是不斷封裝封裝的過程的過程。到達(dá)目的地后。到達(dá)目的地后自下而上自下而上遞交的過程就是不斷遞交的過程就是不斷拆封拆封的過程。的過程。由此可知，在物理線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其外面實(shí)際上被包封由此可知，在物理線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其外面實(shí)際上被包封了多層了多層“信封信封”。但是，某一層只能識(shí)別由對等層封裝的但是，某一層只能識(shí)別由對等層封裝的“信封信封”，而對于被，而對于被封裝在封裝在“信封信封”內(nèi)部的數(shù)據(jù)僅僅是拆封后將其提交給上層，內(nèi)部的數(shù)據(jù)僅僅是拆封后將其提交給上層，本層不作任何處理。本層不作任何處理。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)頭網(wǎng)絡(luò)頭幀頭幀頭 段頭段頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)頭網(wǎng)絡(luò)頭幀尾幀尾數(shù)

30、據(jù)數(shù)據(jù)段段數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包幀幀比特比特電脈沖電脈沖011101000011000010100101111010110數(shù)據(jù)多層封裝數(shù)據(jù)多層封裝封裝封裝拆封拆封 tcp頭頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù) tcp頭頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)ip頭頭幀頭幀頭 tcp頭頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)ip頭頭幀尾幀尾實(shí)際例子：實(shí)際例子：tcp/ip協(xié)議的封裝協(xié)議的封裝應(yīng)用層應(yīng)用層 傳輸層傳輸層 網(wǎng)際層網(wǎng)際層 數(shù)鏈層數(shù)鏈層 物理層是物理層是osi rm的最低層，向下是物理設(shè)備，的最低層，向下是物理設(shè)備，物理設(shè)備直接與物理傳輸介質(zhì)相連接。物理設(shè)備直接與物理傳輸介質(zhì)相連接。物理層目的：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接的透明二物理

31、層目的：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接的透明二進(jìn)制比特流的傳輸，對鏈路層以上屏蔽傳輸介質(zhì)進(jìn)制比特流的傳輸，對鏈路層以上屏蔽傳輸介質(zhì)的特性。的特性。物理層并不是指物理設(shè)備或物理傳輸介質(zhì)，而物理層并不是指物理設(shè)備或物理傳輸介質(zhì)，而是與有關(guān)物理設(shè)備以及傳輸介質(zhì)連接的描述與規(guī)是與有關(guān)物理設(shè)備以及傳輸介質(zhì)連接的描述與規(guī)定。但是，在一些具體技術(shù)的物理層描述中，有定。但是，在一些具體技術(shù)的物理層描述中，有時(shí)也包含了傳輸介質(zhì)特性部分的說明。時(shí)也包含了傳輸介質(zhì)特性部分的說明。 can、devicenet3.2 物理層與物理接口協(xié)議物理層與物理接口協(xié)議物理層功能物理層功能物理連接的建立與拆除：物理連接的建立與拆除：當(dāng)數(shù)據(jù)鏈

32、路層實(shí)體提當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體提出建立連接的請求時(shí)，物理層使用有關(guān)的協(xié)議完出建立連接的請求時(shí)，物理層使用有關(guān)的協(xié)議完成連接的建立過程，在數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸過程中維持成連接的建立過程，在數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸過程中維持這個(gè)連接，傳輸結(jié)束后拆除這個(gè)連接；這個(gè)連接，傳輸結(jié)束后拆除這個(gè)連接；物理層數(shù)據(jù)單元的傳送：物理層數(shù)據(jù)單元的傳送：定義了編碼的類型、定義了編碼的類型、位同步方式、數(shù)據(jù)傳輸速率，采用單工、半雙工、位同步方式、數(shù)據(jù)傳輸速率，采用單工、半雙工、全雙工傳輸方式也要在物理層說明；全雙工傳輸方式也要在物理層說明；傳輸中出現(xiàn)傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)后的處理差錯(cuò)后的處理等管理功能。等管理功能。3.2.1 物理層概述物理層概述通信

33、設(shè)備通信設(shè)備dte與與dcedte：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指具有一定數(shù)據(jù)處理能數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指具有一定數(shù)據(jù)處理能力和具有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，可以是一力和具有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可以是一個(gè)臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可以是一個(gè)i/o設(shè)備；設(shè)備；dce：數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，是介于傳輸介質(zhì)與數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，是介于傳輸介質(zhì)與dte之間的設(shè)備，提供信號(hào)交換和編碼功能，負(fù)之間的設(shè)備，提供信號(hào)交換和編碼功能，負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放物理連接，責(zé)建立、維護(hù)和釋放物理連接，modem就是典型就是典型的的dce。dte和和dce之間既有數(shù)據(jù)信息傳輸，又有控制之間既有數(shù)據(jù)信息傳輸，又有控制信息傳輸，它們之間的協(xié)

34、議就是物理接口協(xié)議。信息傳輸，它們之間的協(xié)議就是物理接口協(xié)議。3.2.1 物理層概述物理層概述3.2.1 物理層概述物理層概述物理層協(xié)議與物理接口協(xié)議物理層協(xié)議與物理接口協(xié)議物理層的許多模型和協(xié)議在物理層的許多模型和協(xié)議在osi rm公布以前公布以前已經(jīng)提出并廣泛使用，并沒有按照嚴(yán)格的分層來已經(jīng)提出并廣泛使用，并沒有按照嚴(yán)格的分層來制訂，也沒有將服務(wù)與規(guī)范區(qū)分開來，所以物理制訂，也沒有將服務(wù)與規(guī)范區(qū)分開來，所以物理層協(xié)議不便采用層協(xié)議不便采用osi的術(shù)語加以描述，而是描述的術(shù)語加以描述，而是描述出出dte與與dce接口的一些特性；接口的一些特性；目前所說的物理層協(xié)議實(shí)際上是物理接口協(xié)議，目前所

35、說的物理層協(xié)議實(shí)際上是物理接口協(xié)議，也就是也就是dte與與dce之間的一組約定。之間的一組約定。3.2.1 物理層概述物理層概述機(jī)械特性：機(jī)械特性：規(guī)定了規(guī)定了dte、dce接口界面的物理接口界面的物理結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，dte、dce通常采用接插件組成的連接器通常采用接插件組成的連接器相連，機(jī)械特性詳細(xì)規(guī)定了插頭和插座的形狀和相連，機(jī)械特性詳細(xì)規(guī)定了插頭和插座的形狀和尺寸，插針或插孔的數(shù)目及其排列，固定或鎖定尺寸，插針或插孔的數(shù)目及其排列，固定或鎖定裝置等；裝置等；電氣特性：電氣特性：規(guī)定了在物理連接傳輸二進(jìn)制比特規(guī)定了在物理連接傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)線路上信號(hào)電平高低，驅(qū)動(dòng)器與接收器的阻流時(shí)線路上信號(hào)

36、電平高低，驅(qū)動(dòng)器與接收器的阻抗及阻抗匹配、傳輸速率與接口線距離限制等?？辜白杩蛊ヅ洹鬏斔俾逝c接口線距離限制等。3.2.2 物理接口特性物理接口特性功能特性功能特性：規(guī)定了：規(guī)定了dte、dce間各條接口信號(hào)間各條接口信號(hào)線的功能分配和確切定義，信號(hào)線按功能一般分線的功能分配和確切定義，信號(hào)線按功能一般分為：數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線等幾類。為：數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線等幾類。規(guī)程特性規(guī)程特性：定義了利用信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特：定義了利用信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸?shù)囊唤M操作過程，也就是在建立、維持物流傳輸?shù)囊唤M操作過程，也就是在建立、維持物理連接、交換信息及連接釋放時(shí)，理連接、交換信息及連

37、接釋放時(shí)，dte、dce接接口信號(hào)線的工作規(guī)則和動(dòng)作時(shí)序?？谛盘?hào)線的工作規(guī)則和動(dòng)作時(shí)序。3.2.2 物理接口特性物理接口特性3.2.3 常用的物理接口標(biāo)準(zhǔn)常用的物理接口標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀程終端、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀表之間的通信，多數(shù)情形下采用串行通信方式，表之間的通信，多數(shù)情形下采用串行通信方式，而且借助于標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口而且借助于標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口串行通信總線。串行通信總線?？偩€是信息傳送的通道，是各部件之間的實(shí)際互總線是信息傳送的通道，是各部件之間的實(shí)際互聯(lián)線。到目前為

38、止，串行通信總線有很多種，如聯(lián)線。到目前為止，串行通信總線有很多種，如rs-232c、rs-422、rs-485、spi總線、總線、i2c總線、總線、smbus總線，以及現(xiàn)場總線等等。總線，以及現(xiàn)場總線等等。 下面主要介紹兩種適用于中小型工業(yè)控制系下面主要介紹兩種適用于中小型工業(yè)控制系統(tǒng)的常用串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，即統(tǒng)的常用串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，即rs-232c和和rs-422/485。rs-232c通信總線通信總線 rs-232c總線是由總線是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)eia于于1969年修定的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)，專門用于年修定的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)，專門用于dte和和dce之間的串行通信。之間的

39、串行通信。dte是數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或歸宿，是數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或歸宿，通常是指輸入、輸出設(shè)備和傳輸控制器或者計(jì)算通常是指輸入、輸出設(shè)備和傳輸控制器或者計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)處理裝置及其通信控制器機(jī)等數(shù)據(jù)處理裝置及其通信控制器。dce的任務(wù)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)由源點(diǎn)到目的點(diǎn)的傳輸，通常是指自動(dòng)呼是實(shí)現(xiàn)由源點(diǎn)到目的點(diǎn)的傳輸，通常是指自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器以及其它一些中間裝置叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器以及其它一些中間裝置的集合的集合。目前。目前rs232c接口已成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口已成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，如串行口配置，如串行口com1、com2均為均為rs-232c總總線接口標(biāo)準(zhǔn)。線接口標(biāo)準(zhǔn)。1 1信號(hào)定義信號(hào)定義 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的

40、rs232c接口定義了接口定義了25個(gè)信號(hào)個(gè)信號(hào)針，采用針，采用25針接插件針接插件db-25，并規(guī)定，并規(guī)定dte的的接插件為凸形接插件為凸形，dce的接插件為凹形的接插件為凹形，如，如圖圖10-14(a)所示。對不需要所示。對不需要25針的系統(tǒng)來說，針的系統(tǒng)來說，常用常用9針的簡化接插件，如圖針的簡化接插件，如圖10-14(b)所示。所示。表表10-2給出了常用的給出了常用的9根引腳的信號(hào)功能。根引腳的信號(hào)功能。(a)25針針db-25 (b)9針針db-9圖圖10-14 rs232-c接插件接插件表表10-2 常用的常用的rs-232總線接口信號(hào)總線接口信號(hào)符號(hào)符號(hào)25針引腳針引腳9針引

41、腳針引腳信號(hào)流向信號(hào)流向功能功能txd23輸出輸出發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)rxd32輸入輸入接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)rts47輸出輸出請求發(fā)送請求發(fā)送cts58輸入輸入清除發(fā)送清除發(fā)送dsr66輸入輸入數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好gnd75信號(hào)地信號(hào)地dcd81輸入輸入數(shù)據(jù)載體檢測數(shù)據(jù)載體檢測dtr204輸出輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好2 2電氣特性電氣特性 由于由于rs-232c是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。為了增加信號(hào)在線路上數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。為了增加信號(hào)在線路上的傳輸距離和提高抗干擾能力，的傳輸距離和提高抗干擾能力，rs-232c采用了采用了較高的

42、傳輸電平，且為較高的傳輸電平，且為雙極性、公共地和負(fù)邏輯雙極性、公共地和負(fù)邏輯，即規(guī)定即規(guī)定邏輯邏輯“1”狀態(tài)電平為狀態(tài)電平為-15 -5v，邏輯，邏輯“0”狀態(tài)電平為狀態(tài)電平為+5+15v，其中，其中-5+5v用作信號(hào)狀態(tài)用作信號(hào)狀態(tài)的變遷區(qū)。的變遷區(qū)。 而而計(jì)算機(jī)均采用計(jì)算機(jī)均采用ttl邏輯電平。邏輯電平。ttl電平規(guī)電平規(guī)定低電平定低電平“0”在在0+0.8v之間，高電平之間，高電平“1”在在+2.4+5v之間之間，因此，因此在在ttl電路與電路與rs-232c總線總線之間要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換及正反邏輯的轉(zhuǎn)換，否則之間要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換及正反邏輯的轉(zhuǎn)換，否則將使將使ttl電路燒毀。電路燒毀。

43、3 3接口電路 這種電平與邏輯的轉(zhuǎn)換是用專門的集成電路芯片這種電平與邏輯的轉(zhuǎn)換是用專門的集成電路芯片來完成的，早期常用來完成的，早期常用mc1488和和mc1489作發(fā)送器作發(fā)送器和接收器。如圖和接收器。如圖10-15所示，所示，發(fā)送器發(fā)送器mc1488可實(shí)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)ttl到到rs-232c的電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換，所用正負(fù)電源分，所用正負(fù)電源分別是別是12v；接收器接收器mc1489可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)rs-232c到到ttl的電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換，所用電源是，所用電源是+5v。由于需要。由于需要12v與與+5v供電電壓，因此現(xiàn)在更愿意使用一種供電電壓，因此現(xiàn)在更愿意使用一種新的單一電源供電的新的單一電源供

44、電的max232芯片。芯片。 ttlttl in +12v +5v -12v in out m c1488 m c1489 ttl out rs-232 c 圖10-15 mc1488/mc1489發(fā)送/接收示意圖 max232芯片芯片的引腳結(jié)構(gòu)及發(fā)送的引腳結(jié)構(gòu)及發(fā)送/接收過程如圖接收過程如圖10-16所所示，它是一個(gè)含有兩路發(fā)送器和接收器的示，它是一個(gè)含有兩路發(fā)送器和接收器的16腳腳dip/so封封裝型工業(yè)級(jí)裝型工業(yè)級(jí)rs-232c標(biāo)準(zhǔn)接口芯片。標(biāo)準(zhǔn)接口芯片。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的電壓變換器，可以把輸入的+5v電源電壓變換為電源電壓變換為rs-232c輸

45、出電平所需的輸出電平所需的10v電壓。電壓。所以，采用此芯片接口的串所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的行通信系統(tǒng)只需單一的+5v電源就可以。圖中給出了其中電源就可以。圖中給出了其中的一路發(fā)送器和接收器，的一路發(fā)送器和接收器，t1in引腳為引腳為ttl電平輸入端，轉(zhuǎn)電平輸入端，轉(zhuǎn)換后的換后的rs-232c電平由電平由t1out送出；而送出；而r1in引腳接受引腳接受rs-232c電平，轉(zhuǎn)換后的電平，轉(zhuǎn)換后的ttl電平由電平由r1out輸出。如此，輸出。如此，完成完成了了ttl到到rs-232c（發(fā)送）以及（發(fā)送）以及rs-232c到到ttl（接收）（接收）的電平與邏輯的轉(zhuǎn)的電平與邏輯的

46、轉(zhuǎn)換。換。 由于采用單端輸入和公共信號(hào)地線，容易引進(jìn)干擾。由于采用單端輸入和公共信號(hào)地線，容易引進(jìn)干擾。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_，rs-232c總線的傳送距離一般總線的傳送距離一般不超過不超過15m，傳送信號(hào)速率不大于，傳送信號(hào)速率不大于20kbps。 ttl輸入ttl輸出rs-232c輸入rs-232c輸出t1int1outr1outr1in12345678161514131211109c1+c1_v+c2+c2_v_tuo2tni2rccvgndtuo1tni1rtuo1rni1tni2ttuo2rmax232max232圖 10-16 max232芯片引腳及發(fā)送/接

47、收示意圖 需要指出的是，需要指出的是，一般一般pc機(jī)如機(jī)如intel 808/808680586等各種等各種cpu內(nèi)均沒有串行接口，內(nèi)均沒有串行接口，因此在進(jìn)行串行通信時(shí)，都需配備適當(dāng)?shù)慕涌谶m因此在進(jìn)行串行通信時(shí)，都需配備適當(dāng)?shù)慕涌谶m配器，如配器，如intel8250、intel8251等，以完成等，以完成cpu與與串行接口之間發(fā)送數(shù)據(jù)的并串行接口之間發(fā)送數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換與接收數(shù)據(jù)串轉(zhuǎn)換與接收數(shù)據(jù)的串的串/并轉(zhuǎn)換。并轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，當(dāng)然，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，一般并不關(guān)心已成為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的一般并不關(guān)心已成為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的rs232c接口的內(nèi)部電路，更關(guān)心如何利用接口

48、的內(nèi)部電路，更關(guān)心如何利用pc機(jī)的機(jī)的rs232c接口構(gòu)建與外部其它計(jì)算機(jī)（包括本接口構(gòu)建與外部其它計(jì)算機(jī)（包括本身帶有串行接口的單片微型計(jì)算機(jī)）或數(shù)據(jù)通信身帶有串行接口的單片微型計(jì)算機(jī)）或數(shù)據(jù)通信設(shè)備的串行通信問題。設(shè)備的串行通信問題。 4rs-232c的應(yīng)用的應(yīng)用 rs-232c總線標(biāo)準(zhǔn)中包含兩個(gè)信道總線標(biāo)準(zhǔn)中包含兩個(gè)信道主信道和次信道，表主信道和次信道，表10-2中僅給出了常用的中僅給出了常用的主信道接口信號(hào)。根據(jù)具體的應(yīng)用場合不同，主信道接口信號(hào)。根據(jù)具體的應(yīng)用場合不同，rs-232c通信主要有以下幾種連接方式通信主要有以下幾種連接方式： （1）pc機(jī)與機(jī)與pc機(jī)之間使用機(jī)之間使用mo

49、dem連接連接 計(jì)算機(jī)之間通過計(jì)算機(jī)之間通過modem或其它數(shù)據(jù)通信設(shè)備或其它數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce使用使用一條電話線進(jìn)行通信，如圖一條電話線進(jìn)行通信，如圖10-17所示。圖中，計(jì)算機(jī)終端所示。圖中，計(jì)算機(jī)終端dte向遠(yuǎn)程終端向遠(yuǎn)程終端dte發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下：首先發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下：首先dte向本向本地地dce（modem）發(fā)出）發(fā)出dtr=“1”和和rts=“1”的信號(hào)，表的信號(hào)，表示示dte為本地和遠(yuǎn)程為本地和遠(yuǎn)程dce之間建立通道開了綠燈，同時(shí)請之間建立通道開了綠燈，同時(shí)請求發(fā)送數(shù)據(jù)；此時(shí)求發(fā)送數(shù)據(jù)；此時(shí)dce發(fā)回信號(hào)發(fā)回信號(hào)dsr=“1”，表示，表示dce做好做好發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，又向發(fā)送數(shù)

50、據(jù)準(zhǔn)備，又向dte發(fā)回發(fā)回cts=“1”，表示準(zhǔn)備向，表示準(zhǔn)備向dte發(fā)送數(shù)據(jù)。只有當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)。只有當(dāng)dte收到從本地收到從本地dce發(fā)回肯定的發(fā)回肯定的dsr和和cts信號(hào)后，信號(hào)后，dte才能由才能由txd線向線向dce發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，rts、dtr、dsr、cts四個(gè)信號(hào)同時(shí)為四個(gè)信號(hào)同時(shí)為“1”是是txd發(fā)送數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)的條件。據(jù)的條件。 當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，dte先向本地先向本地dce發(fā)出發(fā)出dtr=“1”信號(hào)，信號(hào)，表示本地和遠(yuǎn)程表示本地和遠(yuǎn)程dce之間可以建立通道；一旦通道建立好之間可以建立通道；一旦通道建立好了，了，dce向向dte發(fā)出發(fā)出dsr=“1”信

51、號(hào)；這時(shí)，數(shù)據(jù)就可以通信號(hào)；這時(shí)，數(shù)據(jù)就可以通過過rxd線傳到線傳到dte。因此，。因此，rxd信號(hào)產(chǎn)生的條件是信號(hào)產(chǎn)生的條件是dtr和和dsr兩個(gè)信號(hào)同時(shí)為兩個(gè)信號(hào)同時(shí)為“1”。至于至于rxd線上是否有信號(hào)，取線上是否有信號(hào)，取決于遠(yuǎn)程決于遠(yuǎn)程dte是否發(fā)送數(shù)據(jù)。是否發(fā)送數(shù)據(jù)。 （2）pc機(jī)與機(jī)與pc機(jī)之間直接連接機(jī)之間直接連接 當(dāng)計(jì)算機(jī)和終端之間不使用當(dāng)計(jì)算機(jī)和終端之間不使用modem或其他通信設(shè)備或其他通信設(shè)備(dce)而直接通過而直接通過rs-232c接口連接時(shí)，接口連接時(shí)，一般只需要一般只需要5根線根線(不包括保護(hù)地線以及本地不包括保護(hù)地線以及本地4、5之間的連線之間的連線)，但其中

52、多數(shù)，但其中多數(shù)應(yīng)采用應(yīng)采用反饋與交叉相結(jié)合的連接法反饋與交叉相結(jié)合的連接法，如圖，如圖10-18所示。所示。 圖中，圖中，23交叉線為最基本的連線，以保證交叉線為最基本的連線，以保證dte和和dce間能正常地進(jìn)行全雙工通信。間能正常地進(jìn)行全雙工通信。206也是交叉線，用也是交叉線，用于兩端的通信聯(lián)絡(luò)，使兩端相互檢測出對方于兩端的通信聯(lián)絡(luò)，使兩端相互檢測出對方“數(shù)據(jù)已就緒數(shù)據(jù)已就緒”的狀態(tài)。的狀態(tài)。45為反饋線，使傳送請求總是被允許的為反饋線，使傳送請求總是被允許的。由于。由于是全雙工通信，這根反饋線意味著任何時(shí)候都可以雙向傳是全雙工通信，這根反饋線意味著任何時(shí)候都可以雙向傳送數(shù)據(jù)，用不著再去

53、發(fā)送數(shù)據(jù)，用不著再去發(fā)“請求發(fā)送請求發(fā)送”(rts)信號(hào)。這種沒信號(hào)。這種沒有有modem的串行通信方式，一般只用于近程通信。的串行通信方式，一般只用于近程通信。 （3）pc機(jī)與機(jī)與pc機(jī)之間三線連接法機(jī)之間三線連接法 這是一種這是一種最簡單的最簡單的rs-232c連線，只需連線，只需23交叉連接線交叉連接線以及信號(hào)地線，而將各自的以及信號(hào)地線，而將各自的rts和和dtr分別接到自己的分別接到自己的cts和和dsr端端，如圖，如圖10-19所示。所示。 圖圖10-19(a)中，只要一方使自己的中，只要一方使自己的rts和和dtr為為“1”，那么它的那么它的cts、dsr也就為也就為“1”，從而

54、進(jìn)入了發(fā)送和接收，從而進(jìn)入了發(fā)送和接收的就緒狀態(tài)，這種接法常用于一方為主動(dòng)設(shè)備，而另一方的就緒狀態(tài)，這種接法常用于一方為主動(dòng)設(shè)備，而另一方為被動(dòng)設(shè)備的通信中。如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)或繪圖儀之間的為被動(dòng)設(shè)備的通信中。如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)或繪圖儀之間的通信。這樣，被動(dòng)的一方通信。這樣，被動(dòng)的一方rts與與dtr常置常置“1”，因而，因而cts、dsr也常置也常置“1”，因此，使其長期處于接收就緒狀態(tài)，只，因此，使其長期處于接收就緒狀態(tài)，只要主動(dòng)一方令線路就緒（要主動(dòng)一方令線路就緒（dtr=“1” ），）， 并發(fā)出發(fā)送請求并發(fā)出發(fā)送請求（rst=“1” ），即可立即向被動(dòng)的一方傳送信息。），即可立即向被動(dòng)的一

55、方傳送信息。 圖圖10-19(b)為更簡單的連接方法，如果說圖為更簡單的連接方法，如果說圖10-19(a)所示所示的連接方法在軟件設(shè)計(jì)上還需要檢測的連接方法在軟件設(shè)計(jì)上還需要檢測“清除發(fā)送清除發(fā)送”(cts)和和“數(shù)據(jù)設(shè)備就緒數(shù)據(jù)設(shè)備就緒”(dsr)的話，那么圖的話，那么圖10-19(b)所示的連所示的連接方法則完全不需要檢測上述信號(hào)，隨時(shí)都可發(fā)送和接收。接方法則完全不需要檢測上述信號(hào)，隨時(shí)都可發(fā)送和接收。這種連接方法無論在軟件和硬件上，都是最簡單的一種方這種連接方法無論在軟件和硬件上，都是最簡單的一種方法。法。 上述幾種情形都是上述幾種情形都是pc機(jī)與機(jī)與pc機(jī)之間，應(yīng)用機(jī)之間，應(yīng)用rs-2

56、32c總線接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行串行通信的。而在中小型計(jì)算機(jī)控制系總線接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行串行通信的。而在中小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的一種控制網(wǎng)絡(luò)模式是一臺(tái)統(tǒng)中，常用的一種控制網(wǎng)絡(luò)模式是一臺(tái)pc機(jī)與若干臺(tái)單機(jī)與若干臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的分散型測控系統(tǒng)。片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的分散型測控系統(tǒng)。 （4）pc機(jī)與單片機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)與單片機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò) 這種模式是把以單片機(jī)為核心的智能式測控儀這種模式是把以單片機(jī)為核心的智能式測控儀表作為從機(jī)表作為從機(jī)(又稱下位機(jī)又稱下位機(jī))，完成對工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)，完成對工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)，而據(jù)采集和控制任務(wù)，而pc機(jī)作為主機(jī)機(jī)作為主機(jī)(又稱上位又稱上位機(jī)機(jī))將上傳數(shù)據(jù)和下達(dá)指令以實(shí)

57、現(xiàn)集中管理和最優(yōu)將上傳數(shù)據(jù)和下達(dá)指令以實(shí)現(xiàn)集中管理和最優(yōu)控制。控制。 圖圖10-20給出了給出了pc機(jī)與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的機(jī)與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的rs-232c通信網(wǎng)絡(luò)示意圖，通信網(wǎng)絡(luò)示意圖，pc機(jī)作主機(jī)、機(jī)作主機(jī)、n個(gè)單片機(jī)個(gè)單片機(jī)智能儀表為從機(jī)，構(gòu)成了主從方式的智能儀表為從機(jī)，構(gòu)成了主從方式的rs-232c串串行總線網(wǎng)絡(luò)。行總線網(wǎng)絡(luò)。pc機(jī)串行口給出的已是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)串行口給出的已是標(biāo)準(zhǔn)的rs-232c電平，而單片機(jī)則為電平，而單片機(jī)則為ttl電平，采用電平，采用max232芯片就可實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)芯片就可實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)（可參（可參考圖考圖10-16）。）。 ibm pc rs- 232c

58、txdrxdt1outr1inmax232t1inr1outt1outr1inmax232t1outr1inmax232txd rxd機(jī)從#1機(jī)從#2n#從機(jī)txd rxdtxd rxdt1inr1outt1inr1out圖 10-20 pc機(jī)與多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的rs-232c通信網(wǎng)絡(luò)gndgndgndgnd單片機(jī)單片機(jī)單片機(jī)232電平ttl電平rs-422/485通信總線通信總線 rs-232c雖然使用很廣，但由于推出時(shí)間比較雖然使用很廣，但由于推出時(shí)間比較早，所以在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中已暴露出明顯的早，所以在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中已暴露出明顯的缺點(diǎn)，缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：主要表現(xiàn)在：傳送速率不夠快；傳送距離不

59、夠遠(yuǎn)；傳送速率不夠快；傳送距離不夠遠(yuǎn)；未明確規(guī)定連接器；接口使用非平衡發(fā)送器和接未明確規(guī)定連接器；接口使用非平衡發(fā)送器和接收器；接口處各信號(hào)間容易產(chǎn)生串?dāng)_。所以收器；接口處各信號(hào)間容易產(chǎn)生串?dāng)_。所以eia在在1977年作了部分改進(jìn)，制定了新標(biāo)準(zhǔn)年作了部分改進(jìn)，制定了新標(biāo)準(zhǔn)rs-449：除了保留與除了保留與rs-232c兼容外，還在提高傳輸速率、兼容外，還在提高傳輸速率、增加傳輸距離、改進(jìn)電氣特性等方面做了很多努增加傳輸距離、改進(jìn)電氣特性等方面做了很多努力，增加了力，增加了rs232c沒有的環(huán)測功能，明確規(guī)定沒有的環(huán)測功能，明確規(guī)定了連接器，解決了機(jī)械接口問題。了連接器，解決了機(jī)械接口問題。 在

60、在rs-449標(biāo)準(zhǔn)下，推出的子集有標(biāo)準(zhǔn)下，推出的子集有rs-423a/rs-422a，以及，以及rs-422a的變型的變型rs-485。 1rs-423a/rs-422a rs-423a/rs-422a總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)線也是負(fù)邏輯且參總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)線也是負(fù)邏輯且參考電平為地，與考電平為地，與rs-232c規(guī)定為規(guī)定為-15+15v有所不同，這兩有所不同，這兩個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為-6+6v。 與與rs-232c的單端驅(qū)動(dòng)非差分接收方式的單端驅(qū)動(dòng)非差分接收方式相比，相比，rs-423a是一個(gè)單端驅(qū)動(dòng)差分接收方式是一個(gè)單端驅(qū)動(dòng)差分接收方式，而，而rs-422a則是平衡則是平衡驅(qū)動(dòng)差分接收方式驅(qū)動(dòng)差