儀表與裝置 第06章 (2)課件

第二部分計(jì)算機(jī)控制裝置主要內(nèi)容第六章*計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)第七章*可編程控制器第八章集散控制系統(tǒng)第九章*現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)第十章工業(yè)以太網(wǎng)前言進(jìn)料口出料口H玻璃管液位計(jì)人工控制進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器常規(guī)儀表控制現(xiàn)場(chǎng)儀表：主要指安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種變送器、

執(zhí)行器及其他測(cè)量?jī)x表。變送器選型：量程、安裝方式、材質(zhì)（耐壓、防腐）、防爆……執(zhí)行器選型：口徑、流量特性、安裝方式、材質(zhì)（耐壓）……使用：零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)整、零點(diǎn)遷移以及其它日常維護(hù)和維修等控制室儀表：主要指安裝在控制室內(nèi)的各種控制器（調(diào)節(jié)器）、顯示儀表等。進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站控制站：數(shù)字調(diào)節(jié)器、IPC、PLC……（可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設(shè)備）進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站AI、DIAO、DO控制站…………A/D（AI）：模/數(shù)轉(zhuǎn)換（模擬量輸入）DI：開(kāi)關(guān)量輸入（數(shù)字量輸入）D/A（AO）：數(shù)/模轉(zhuǎn)換（模擬量輸出）DO：開(kāi)關(guān)量輸出（數(shù)字量輸出）管理層控制層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層操作站控制站I/O系統(tǒng)高級(jí)控制器數(shù)據(jù)服務(wù)器WEB服務(wù)器管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器Internet/IntranetEthernetEthernet/專用總線網(wǎng)關(guān)FF、ProfiBus等現(xiàn)場(chǎng)總線典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)涵：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化**（過(guò)程控制、優(yōu)化控制……）

信息管理自動(dòng)化(財(cái)務(wù)管理、客戶管理、物流管理……，這是今后的發(fā)展方向)

（即計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化）重要性：是實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗生產(chǎn)的基本條件和重要保證，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的神經(jīng)中樞。相關(guān)技術(shù)：涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)和傳感技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、智能儀表技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。發(fā)展過(guò)程：直接數(shù)字量控制（DDC）

集中型計(jì)算機(jī)控制

分布式計(jì)算機(jī)控制（DCS）

現(xiàn)場(chǎng)總線（工業(yè)以太網(wǎng)）控制

？？？？6.計(jì)算機(jī)控制的基本知識(shí)6.1計(jì)算機(jī)控制概述

6.2網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)6.3開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型6.4TCP/IP協(xié)議

6.1.1什么是計(jì)算機(jī)控制6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成6.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想6.1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程6.1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展特征工作過(guò)程控制器被控對(duì)象測(cè)量變送裝置+－SP執(zhí)行器4～20mA4～20mAD/AA/D工作過(guò)程：①數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)自于測(cè)量變送裝置的被控變量瞬時(shí)值；

②控制決策：根據(jù)采集到的被控變量按一定的控制規(guī)律進(jìn)行分析和處理，決定控制行為，產(chǎn)生控制信號(hào)；如PID運(yùn)算

③控制輸出：根據(jù)控制決策實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成過(guò)程輸入輸出設(shè)備外部設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接口人機(jī)接口打印機(jī)其它系統(tǒng)總線模擬量輸入（AI）模擬量輸出（AO）開(kāi)關(guān)量輸入（DI）開(kāi)關(guān)量輸入（DO）測(cè)量變送器執(zhí)行器電氣開(kāi)關(guān)電氣開(kāi)關(guān)被控生產(chǎn)對(duì)象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O系統(tǒng)（模塊或卡件）現(xiàn)場(chǎng)儀表被控對(duì)象硬件組成6.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序等，它是支持軟件及各種應(yīng)用軟件的最基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)。如：Windows操作系統(tǒng)、Unix操作系統(tǒng)等都屬于系統(tǒng)軟件。

它運(yùn)行在系統(tǒng)軟件的平臺(tái)上，是用于開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、通信網(wǎng)絡(luò)軟件、組態(tài)軟件等。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，需要了解并學(xué)會(huì)使用相應(yīng)的支持軟件，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開(kāi)發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支持軟件會(huì)有所不同

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。軟件組成可靠性

定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它通常用概率來(lái)表示(1)可靠性指標(biāo)·可靠度單個(gè)零件、設(shè)備的可靠度——在規(guī)定的環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)和使用方法及維護(hù)措施等條件下，在規(guī)定的工作期限內(nèi)，設(shè)備無(wú)故障地發(fā)揮規(guī)定功能（應(yīng)具備的技術(shù)指標(biāo)）的概率。例如：在100只晶體管中有95只在上述規(guī)定條件下使用未出現(xiàn)故障，則其可靠度R＝0.95

樣本越高，所得可靠度的準(zhǔn)確性就越高(1)可靠性指標(biāo)·可靠度系統(tǒng)的可靠度——除了與構(gòu)成系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的可靠度有關(guān)，還與系統(tǒng)的構(gòu)成方式有關(guān)：串聯(lián)連接和并聯(lián)連接是兩種典型的連接方式。R1RnR1Rnn個(gè)串連子系統(tǒng)n個(gè)并聯(lián)子系統(tǒng)a.串連系統(tǒng)b.并聯(lián)系統(tǒng)如果分析的是斷路失效，則：串聯(lián)系統(tǒng)中只要有一個(gè)子系統(tǒng)失效，系統(tǒng)就會(huì)失效并聯(lián)系統(tǒng)中全部子系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)才出現(xiàn)故障R1=R2=0.9，R并＝0.99R1=R2=0.99，R并＝0.9999(1)可靠性指標(biāo)·平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF(*)(meantimebetweenfailures)MTBF指設(shè)備在相鄰兩次故障的間隔內(nèi)正常工作的平均時(shí)間

·平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR(meantimetorepair)

MTTR指設(shè)備出現(xiàn)故障以后經(jīng)過(guò)維修恢復(fù)并重新投入運(yùn)行所需要的平均時(shí)間可維護(hù)性

可維護(hù)性是指故障發(fā)生后通過(guò)維修使系統(tǒng)恢復(fù)的能力。它主要體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。

①設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于更換故障模塊。②選擇系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、一致性好的硬件設(shè)備，可以保證故障設(shè)備更換前后的監(jiān)控程序、運(yùn)行狀態(tài)和精度不受影響。③系統(tǒng)最好能帶電插拔維修，降低子系統(tǒng)的故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。④軟硬件具有自診斷功能，便于維修人員對(duì)故障點(diǎn)的快速定位、分析檢查和排除故障。實(shí)時(shí)性

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指被控信號(hào)的輸入、運(yùn)算和輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，并能根據(jù)生產(chǎn)工況的變化進(jìn)行及時(shí)的處理，亦即系統(tǒng)對(duì)被控信號(hào)的變化具有足夠快的響應(yīng)速度，不丟失信息，不延誤操作。為了滿足實(shí)時(shí)性要求，需要從硬件和軟件兩方面來(lái)考慮。性能價(jià)格比

一個(gè)良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在充分考慮系統(tǒng)性能的同時(shí)，也需要分析系統(tǒng)應(yīng)該帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，即系統(tǒng)性能和投入之間的關(guān)系以及系統(tǒng)投入與產(chǎn)出之間的關(guān)系。一般我們要掌握以下兩個(gè)原則：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能低。

直接數(shù)字量控制本質(zhì)——用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡(jiǎn)單地取代模擬控制技術(shù)。過(guò)程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO檢測(cè)儀表執(zhí)行器被控過(guò)程（對(duì)象）起始于50年代末期，開(kāi)辟了一個(gè)轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代

優(yōu)點(diǎn)——計(jì)算靈活，精度高，它不僅能實(shí)現(xiàn)典型的PID控制規(guī)律，還可以分時(shí)處理多個(gè)控制回路。此外，此DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。問(wèn)題——當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度不能滿足快速過(guò)程實(shí)時(shí)控制的需求。集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出發(fā)點(diǎn)：由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制盡可能多的控制回路。CRT、鍵盤……過(guò)程控制計(jì)算機(jī)AIDIAODO

被控過(guò)程（對(duì)象）被控變量操作變量…………}{輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖優(yōu)越性：從表面上看——信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制、聯(lián)鎖控制等各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問(wèn)題：由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，運(yùn)算速度慢，容量小，利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制成很多個(gè)回路容易出現(xiàn)負(fù)荷過(guò)載，而且控制的集中也直接導(dǎo)致危險(xiǎn)的集中，高度的集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。在當(dāng)時(shí)，集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅沒(méi)有給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)明顯的好處，反而可能嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此這種危險(xiǎn)集中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難為生產(chǎn)過(guò)程所接受，曾一度陷入困境。DCS的功能層次通常分為：直接控制級(jí)、過(guò)程管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)、經(jīng)營(yíng)管理級(jí)各級(jí)從“上級(jí)”獲取指示，從“下級(jí)”獲取信息，產(chǎn)生對(duì)“下級(jí)”的控制。直接控制經(jīng)營(yíng)管理生產(chǎn)管理過(guò)程管理連續(xù)過(guò)程間歇過(guò)程離散過(guò)程經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：市場(chǎng)分析、銷售和生產(chǎn)計(jì)劃······過(guò)程管理級(jí)主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警……生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫(kù)存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多DCS中，這級(jí)就充當(dāng)最高管理層。直接控制級(jí)主要功能包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)視、故障診斷，控制輸出、安全性能和冗余性能的實(shí)施……在很多情況下，功能層次和物理層次不一定完全相同，常常將2個(gè)或多個(gè)功能層上的任務(wù)或部分任務(wù)壓縮到一個(gè)物理層次上去實(shí)現(xiàn)，這使DCS得以大大簡(jiǎn)化。

DCS的發(fā)展過(guò)程劃分起始時(shí)間主要特征119751975年Honeywell公司推出了世界上第一套DCS系統(tǒng)TDC-2000，技術(shù)特征是集散。

280年代初技術(shù)特征是引入局域網(wǎng)LAN

380年代末期90年代初技術(shù)特征是管控一體化

490年代中期主要強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)放性，特別是通信機(jī)制的開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化。總結(jié)：早期DCS的重點(diǎn)在于控制，DCS以“分散”作為關(guān)鍵字，但現(xiàn)代發(fā)展更著重于系統(tǒng)信息綜合管理，今后“綜合”又將成為其關(guān)鍵字，向?qū)崿F(xiàn)控制體系、運(yùn)行體系、計(jì)劃體系、管理體系的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，通過(guò)由網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)）或者串、并行通信實(shí)現(xiàn)設(shè)備互連和資源網(wǎng)絡(luò)化共享，實(shí)施從最底層的實(shí)時(shí)控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個(gè)具有柔性的高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖樸素意義上的FCS結(jié)構(gòu)示意圖定義是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。

支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊·雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進(jìn)行A/D、D/A的轉(zhuǎn)換·把控制任務(wù)下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制一體化

全分散本質(zhì)特點(diǎn)評(píng)價(jià)·已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)·涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)“革命”FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)6.1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展特征隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢(shì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展

系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展系統(tǒng)設(shè)備向多樣化方向發(fā)展6.2網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1.2.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？（略）1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展（略）1.2.3網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念1.2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.2.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)6.2.3網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念(1)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào)是一個(gè)連續(xù)的物理量

數(shù)字信號(hào)是利用不連續(xù)的物理狀態(tài)來(lái)表示數(shù)據(jù)，最簡(jiǎn)單的是二進(jìn)制數(shù)“1”和“0”，通過(guò)高/低電平來(lái)表示。Tc101100時(shí)鐘數(shù)據(jù)Tc(2)并行傳輸與串行傳輸并行傳輸：數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳輸，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行速度快、通信線多、成本高不宜遠(yuǎn)距離通信串行傳輸：數(shù)據(jù)的各個(gè)位逐位傳輸速度較并行傳輸慢、通信線少（一般2～4根）、成本低適宜遠(yuǎn)距離通信幾乎所有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)均采用串行數(shù)據(jù)通信(3)通信雙方的交互方式單工通信：數(shù)據(jù)只有一個(gè)方向的通信，沒(méi)有反方向的交互如計(jì)算機(jī)與鍵盤的通信控制系統(tǒng)中應(yīng)用極少半雙工通信：雙方可以交互數(shù)據(jù)，但不在同時(shí)控制簡(jiǎn)單、可靠、成本低控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛（只需2根通信線即可）全雙工通信：雙方可以交互數(shù)據(jù)，可以在同時(shí)控制相對(duì)復(fù)雜、效率高、成本較高，需要2個(gè)信道控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛至少需要3根通信線（其中1根為地共用），或4根(4)通信波特率、誤碼率波特率：指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝煌ǔＳ谩拔籦it”表示也可以用“字節(jié)”表示例如：Profibus－PA的波特率位31.25kbpsProfibus－DP的最大波特率位12Mbps誤碼率：錯(cuò)誤碼元（1個(gè)二進(jìn)制位）數(shù)與傳送碼元數(shù)之比工業(yè)用通信網(wǎng)絡(luò)一般要求誤碼率在10－5～10－9，甚至更小(5)基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸：按照數(shù)字波形的原樣直接在信道上傳輸。采用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字信號(hào)幾乎要占有整個(gè)頻帶，終端設(shè)備把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)時(shí)，這個(gè)原始的電信號(hào)所固有的頻帶稱為基本頻帶（baseband），基帶傳輸也就是指在信道中直接傳送基帶信號(hào)?；鶐鬏斝枰獙?duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼手段有：非歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差動(dòng)曼徹斯特編碼。頻帶傳輸：是一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。在發(fā)送端，將代表數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“1”和“0”，調(diào)制變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號(hào)；在接收方通過(guò)解調(diào)進(jìn)行反變換。采用模擬信號(hào)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通常只占有限的頻帶寬度。(6)同步通信與異步通信

同步通信就是使接收端接收的每一位數(shù)據(jù)信息都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間沒(méi)有間斷時(shí)間，多用于連續(xù)位流的傳輸。異步通信多用于字符的傳輸，一個(gè)典型的異步通信過(guò)程是:************起始位若干數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位若干停止位(7)RS－232/RS－422/RS－485

項(xiàng)目RS－232RS－422RS－485接口電路單端差動(dòng)差動(dòng)抗干擾能力弱強(qiáng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸距離15m1200m1200m通信雙方交互方式全雙工全雙工半雙工標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸速率19200bps10Mbps10Mbps本質(zhì)上是相同的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的首選標(biāo)準(zhǔn)6.2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線型環(huán)型HUB星型樹(shù)型大型網(wǎng)絡(luò)多采樣網(wǎng)狀拓?fù)洹?.2.5網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是指通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送方與接收方之間的物理通路，常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖和無(wú)線傳輸介質(zhì)等。

控制系統(tǒng)多用：帶屏蔽的雙絞線STP、光纖

6.3開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型

6.3.1OSI/RM層次結(jié)構(gòu)6.3.2OSI/RM信息流動(dòng)過(guò)程6.3.3各層的主要功能開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不同制造商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品眾多Open

System

Interconnection/Reference

Model——OSI/RM需要建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制

1983年正式頒布OSI/RM的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7498OSI/RM是一種中立、不受任何廠家的約束與限制的理想模型。6.3.1OSI/RM層次結(jié)構(gòu)

A公司A收發(fā)員(到郵局投遞)A經(jīng)理(寫信)A秘書(shū)(蓋章/寫地址)B公司B收發(fā)員(分發(fā))B經(jīng)理B秘書(shū)(核對(duì))郵政系統(tǒng)(按地址投遞信件)類比例子OSI參考模型的層次

層次編號(hào)名稱英文名稱7654321應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層ApplicationLayerPresentationLayerSessionLayerTransportLayerNetworkLayerDatalinkLayerPhysicalLayer應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶主機(jī)HA數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)H7H6H5H4H3H2T2H7H6H5H4H3H7H6H5H4H7H6H5H7H6H7報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit6.3.2OSI/RM信息流動(dòng)過(guò)程

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶主機(jī)HB報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組幀bit應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表示層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中繼環(huán)節(jié)通信線路通信線路物理層是OSI/RM的最低一層，也是唯一在二臺(tái)設(shè)備同級(jí)層之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一層,負(fù)責(zé)傳輸bit位流。DTEDCEDCEDTE接口接口傳輸介質(zhì)界定：數(shù)字信號(hào)(0/1)的表示電壓、數(shù)據(jù)傳輸速率、最大傳輸距離；支持單工、半雙工還是全雙工通信；連接插頭要多少針，每個(gè)針的作用是什么……

形象地說(shuō)，物理層的設(shè)計(jì)就是要確保在一側(cè)發(fā)出的一個(gè)邏輯“l(fā)”，另一側(cè)收到的也是一個(gè)邏輯“1”，而不是“0”。6.3.3各層主要功能

物理層數(shù)據(jù)鏈路層把一條可能出錯(cuò)的物理鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層（高層）看起來(lái)就像是一條不出差錯(cuò)的理想鏈路。

作用為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)

傳輸數(shù)據(jù)的幀化處理差錯(cuò)檢測(cè)和流量控制應(yīng)具備來(lái)自高層數(shù)據(jù)加工成幀物理通道檢查校驗(yàn)信息和頭尾控制信息

數(shù)據(jù)部分送往高層確認(rèn)無(wú)誤發(fā)送方接收方網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是OSI七層協(xié)議模型中的第三層，亦稱為“通信子網(wǎng)層”，是通信子網(wǎng)與高層的邊界。它以數(shù)據(jù)鏈路層提供的無(wú)差錯(cuò)傳輸為基礎(chǔ)，向高層（傳輸層）提供兩個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)應(yīng)該按照以下目標(biāo)設(shè)計(jì)：提供的服務(wù)和通信子網(wǎng)無(wú)關(guān)對(duì)傳輸層隱蔽通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

線路交換

數(shù)據(jù)交換技術(shù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換分組交換線路資源的利用率很低，為此線路交換方式只適合多媒體、語(yǔ)音、傳真等數(shù)據(jù)量大的報(bào)文交換或?qū)崟r(shí)、交互式報(bào)文交換，不適于一般計(jì)算機(jī)通信。報(bào)源報(bào)宿線路交換

在數(shù)據(jù)交換之前，通過(guò)呼叫建立一條連接源節(jié)點(diǎn)(報(bào)源)和目的節(jié)點(diǎn)(報(bào)宿)的專用線路，通路上所有的鏈路被報(bào)源和報(bào)宿的DTE獨(dú)占，直到這條線路被拆除為止。線路交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換分組交換報(bào)源報(bào)宿發(fā)送數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)存尋找路由轉(zhuǎn)存尋找路由中繼存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式提高了鏈路的利用率，一份數(shù)據(jù)報(bào)在任何時(shí)刻都只占用一條鏈路的資源。目前國(guó)際上流行的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)都采用分組交換的方式。

發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文分組網(wǎng)絡(luò)層主要功能將來(lái)自上層的報(bào)文分為一定長(zhǎng)度的分組，每一個(gè)分組中包括一個(gè)分組頭，在其中標(biāo)識(shí)源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)的地址、分組的順序號(hào)和其它控制信息，以保證在接收端能夠?qū)⒎纸M還原為完整的報(bào)文。

路由選擇擁塞控制從理論上講，OSI/RM是開(kāi)放特性網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的典范，它嚴(yán)格遵循層次化的描述方法把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信體系劃分為七個(gè)層次，各層協(xié)議的內(nèi)容也考慮得十分周全。由于OSI模型本身并沒(méi)有對(duì)每層的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)作出嚴(yán)格的規(guī)定，因而它只是一種提供了概念性和功能性的網(wǎng)絡(luò)體系框架或藍(lán)本，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起到了規(guī)范和指導(dǎo)作用。小結(jié)6.4TCP/IP協(xié)議

6.4.1TCP/IP的基本情況6.4.2TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP體系是涉及面最廣、影響最大的網(wǎng)絡(luò)體系。TCP/IP是Internet的核心協(xié)議。TCP/IP協(xié)議不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但由于TCP/IP協(xié)議的簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效和成熟，更由于Internet的流行，使得TCP/IP成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的高層網(wǎng)絡(luò)有著向EthernetTCP/IP統(tǒng)一的趨勢(shì)發(fā)展。

6.4.1TCP/IP的基本情況

TCP/IP這個(gè)術(shù)語(yǔ)并不是單指一個(gè)協(xié)議，而是由100多個(gè)與之相關(guān)的協(xié)議和應(yīng)用程序組成的一個(gè)協(xié)議族，以下是3個(gè)最主要的基本協(xié)議：網(wǎng)間協(xié)議IP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP傳輸控制協(xié)議TCP6.4.2TCP/IP層次結(jié)構(gòu)