工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面組態(tài)技術(shù)PPT完整全套教學(xué)課件

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

第1章+工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述第2章++數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第3章+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第4章+以太網(wǎng)技術(shù)第5章+網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備第6章+RS－232串行通信及其應(yīng)用第7章+工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線第8章+工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程介紹本課程旨在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的含義、網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的類型、特點(diǎn)、應(yīng)用、組網(wǎng)方法、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)、調(diào)試等。幾點(diǎn)希望希望：學(xué)習(xí)不僅僅是為了考試，而是為學(xué)到一門技能而不懈努力。大學(xué)階段是短暫而重要的，這個(gè)階段我衷心地希望同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)、工作和為人處世等方面都有很多收獲。人生是一個(gè)過程，不要只計(jì)較結(jié)果。充實(shí)度過每一天希望成為你們生活的準(zhǔn)則。問題：1.為什么學(xué)習(xí)這門課程——工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

為什么學(xué)？目的2.通過這門課程能學(xué)到什么？學(xué)什么？?jī)?nèi)容3.怎樣學(xué)習(xí)這門課程？

怎樣學(xué)？方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，企業(yè)管理部門間通信都以網(wǎng)絡(luò)為中介，實(shí)現(xiàn)了信息與資源共享。同時(shí)，信息技術(shù)的發(fā)展也引起了自動(dòng)化結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來的新技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)結(jié)合的必然產(chǎn)物，它的出現(xiàn)標(biāo)志著工業(yè)控制領(lǐng)域又一個(gè)新時(shí)代的開始。為什么學(xué)？工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化及電氣工程領(lǐng)域當(dāng)前和今后的發(fā)展熱點(diǎn)。對(duì)于電氣工程領(lǐng)域：在現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制裝置（如變頻器）中在數(shù)字化變電站配電系統(tǒng)/繼電保護(hù)裝置中在智能電器中在樓宇自動(dòng)化裝置中對(duì)于國(guó)防領(lǐng)域：在航空航天設(shè)備、艦船、裝甲車輛中均使用了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。背景背景與目的為什么學(xué)？掌握現(xiàn)場(chǎng)總線的概念。掌握通信與網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)。學(xué)會(huì)閱讀并理解現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范掌握典型現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的基本應(yīng)用技術(shù)，并為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)總線分析奠定一定的基礎(chǔ)。目的背景與目的學(xué)什么？現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、組成、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線通信與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線及其它主流現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)幾種常用的現(xiàn)場(chǎng)總線的組態(tài)和調(diào)試內(nèi)容怎么學(xué)？理論與實(shí)踐相結(jié)合聽課與自學(xué)相結(jié)合課程特點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)多、交叉性強(qiáng)課堂：基礎(chǔ)、重點(diǎn)、難點(diǎn)自學(xué)：拓展知識(shí)面、接觸其他具體現(xiàn)場(chǎng)總線方法第1章緒論1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念1.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.5現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)1.6現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢(shì)1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

什么是現(xiàn)場(chǎng)總線1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)——第2部分：物理層規(guī)范（PhysicalLayerSpecification）與服務(wù)定義（Serverdefinition）又進(jìn)一步指出：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于底層工業(yè)控制和測(cè)量設(shè)備，如變送器（transducers）、執(zhí)行器（actuators）和本地控制器（localcontrollers）之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線概念的理解和解釋還存在一些不同的表述。現(xiàn)場(chǎng)總線一般是指一種用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如傳感器（sensors）、執(zhí)行器以及像PLC、調(diào)節(jié)器（regulators）、驅(qū)動(dòng)控制器等現(xiàn)場(chǎng)控制器的網(wǎng)絡(luò)；1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線概念的不同的表述：現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)；

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線概念的不同的表述：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）之間以及更高層次自動(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化控制設(shè)備（車間級(jí)設(shè)備）之間的聯(lián)系；

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線概念的不同的表述：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)裝置的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場(chǎng)總線是從控制室連結(jié)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線；1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

現(xiàn)場(chǎng)總線一般應(yīng)被看作是一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，以測(cè)量和/或控制為目的，通常被稱為

現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（NetworkControlSystem）1.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)

1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成圖1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成硬件：總線電纜，又稱為通信線、通信介質(zhì)（媒體/媒介/介質(zhì)）。連接在通信線上的設(shè)備稱為總線設(shè)備，亦稱為總線裝置、節(jié)點(diǎn)（主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)）、站點(diǎn)（主站、從站）。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成

軟件包括：系統(tǒng)平臺(tái)軟件：為系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行以及為系統(tǒng)應(yīng)用軟件編程而提供環(huán)境、條件或工具的基礎(chǔ)軟件。包括組態(tài)工具軟件、組態(tài)通信軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件和設(shè)備編程軟件。系統(tǒng)應(yīng)用軟件：為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以及設(shè)備的各種功能而編寫的軟件，包括系統(tǒng)用戶程序軟件、設(shè)備接口通信軟件和設(shè)備功能軟件。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成軟件包括：組態(tài)工具軟件——為用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)提供平臺(tái)并按現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范（Protocol／Specification）與組態(tài)通信軟件交換信息的工具軟件，如RSNetWorxforDeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP

。組態(tài)通信軟件——為計(jì)算機(jī)與總線設(shè)備進(jìn)行通信，讀取總線設(shè)備參數(shù)或?qū)⒖偩€設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息傳送至總線設(shè)備而使用的軟件，如RSLinx。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成軟件包括：監(jiān)控組態(tài)軟件——運(yùn)行于監(jiān)控計(jì)算機(jī)(通常也稱為上位機(jī))上的軟件，具有實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、故障報(bào)警信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)圖分析及報(bào)表打印等功能。監(jiān)控組態(tài)軟件可使用戶通過簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控功能。監(jiān)控組態(tài)軟件亦稱上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSView32。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成軟件包括：設(shè)備編程軟件——為系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供編程環(huán)境的平臺(tái)軟件。當(dāng)設(shè)備為控制器/PLC時(shí)，設(shè)備編程軟件即為控制器編程軟件，如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形圖邏輯編程軟件）、RSLogix5000（用于Logix平臺(tái)所包括的各種控制器（如ControlLogixTM）的編程軟件）。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成軟件包括：系統(tǒng)用戶程序軟件——根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程或功能及其他要求而編寫的系統(tǒng)級(jí)的用戶應(yīng)用程序。該程序一般運(yùn)行于作為主站的控制器中或計(jì)算機(jī)中。設(shè)備接口通信軟件——根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范而編寫的用于總線設(shè)備之間通過總線電纜進(jìn)行通信的軟件。設(shè)備功能軟件——使總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能（不包括現(xiàn)場(chǎng)總線通信部分）的軟件。1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測(cè)開關(guān)操作員接口：輸入操作命令

閥和交流驅(qū)動(dòng)器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備

變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站

人機(jī)界面：輸入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能速度控制器：執(zhí)行器條形碼識(shí)別器：輸入設(shè)備控制、網(wǎng)關(guān)上位機(jī)：監(jiān)控與三層網(wǎng)絡(luò)相連遠(yuǎn)程訪問路由設(shè)備顯示工作站信息量減少圖3羅克韋爾推出的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖4FFHSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)）鏈接設(shè)備：核心網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)時(shí)間發(fā)布鏈路調(diào)度器

31.25kbps100Mbps主機(jī)系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)高速以太網(wǎng)

組態(tài)、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)信息控制信息1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)變送器／傳感器（輸入設(shè)備）；執(zhí)行器（輸出設(shè)備）；控制器；監(jiān)控／監(jiān)視計(jì)算機(jī)；網(wǎng)橋／網(wǎng)關(guān)/中繼器/集線器/交換機(jī)/路由器（網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備）；其他現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（HMI）。

在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，總線設(shè)備主要分為6類：1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，將對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化帶來革命，從而開創(chuàng)工業(yè)自動(dòng)化的新紀(jì)元。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)必將逐步取代傳統(tǒng)的獨(dú)立控制系統(tǒng)、集中采集控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem），成為本世紀(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流?，F(xiàn)場(chǎng)總線的作用1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線（系統(tǒng)）有以下特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)1現(xiàn)場(chǎng)總線將通信線（總線電纜）延伸到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（制造或過程區(qū)域），或總線電纜就是直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的；現(xiàn)場(chǎng)總線完全適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，因?yàn)樗褪菫榇硕O(shè)計(jì)的。1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今3C技術(shù)，即通信（Communication）、計(jì)算機(jī)（Computer）、控制（Control）技術(shù)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是過程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交匯點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)果。現(xiàn)場(chǎng)總線在技術(shù)上的產(chǎn)生1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)2現(xiàn)場(chǎng)底層的變送器／傳感器、執(zhí)行器、控制器之間的信號(hào)傳輸均用數(shù)字信號(hào)；中／上層的控制器、監(jiān)控／監(jiān)視計(jì)算機(jī)等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送均用數(shù)字信號(hào)；各層設(shè)備之間的信息交換均用數(shù)字信號(hào)。傳統(tǒng)的DCS(distributedcontrolsystem)的通信網(wǎng)絡(luò)介于操作站與控制站之間，而現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制站中的輸入／輸出單元之間采用的是一對(duì)一的模擬信號(hào)傳輸。1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

開放互連網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)3

現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議／規(guī)范是公開的，所有制造商都必須遵守；現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是開放的，既可實(shí)現(xiàn)同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可實(shí)現(xiàn)不同層網(wǎng)絡(luò)互連，而不管其制造商是哪一家；用戶可共享網(wǎng)絡(luò)資源。1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)4用一根通信線直接互連N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互連網(wǎng)絡(luò)。

1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)與功能高度分散的系統(tǒng)——特點(diǎn)5現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度分散性；現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了高度分散，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由分散的功能模塊構(gòu)成。

現(xiàn)場(chǎng)總線廢棄了DCS的控制站及其輸入／輸出單元，從根本上改變了DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，通過將控制功能高度分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這一途徑，實(shí)現(xiàn)了徹底分散控制。

1.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)

互操作性與互換性網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)6互操作性：不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以互連，互相之間可以進(jìn)行信息交換并可統(tǒng)一組態(tài)；互換性：不同廠商的性能類似的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以互相替換?，F(xiàn)場(chǎng)總線中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所具有的互操作性與互換性是DCS無法具備的。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線所具有的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性、數(shù)字化、開放性、分散性、設(shè)備互聯(lián)性、互操作性與互換性等特點(diǎn)決定和派生了其一系列優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)線和連接附件大量減少——優(yōu)點(diǎn)1一根總線電纜直接互接N臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，電纜用量大大減少（原來DCS的幾百根甚至幾千根信號(hào)與控制電纜減少到現(xiàn)場(chǎng)總線的一根總線電纜）；端子、槽盒、橋架、配線板等連接附件用量大大減少。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

儀表和輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）大量減少——優(yōu)點(diǎn)2

采用人機(jī)界面、本身具有顯示功能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或監(jiān)視計(jì)算機(jī)代替顯示儀表，使儀表的數(shù)量大大減少；輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）的數(shù)量大大減少。在DCS中所用的（4~20）mA線路只能獲得一個(gè)測(cè)量參數(shù)，且與控制站中的輸入／輸出單元一對(duì)一地直接相連，因此輸入／輸出單元數(shù)量多。在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)，并將它們以所需的數(shù)字信號(hào)形式通過總線電纜進(jìn)行傳送，因此對(duì)單獨(dú)的輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）的需要少。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低——優(yōu)點(diǎn)3原來DCS繁瑣的原理圖設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)總線中變得簡(jiǎn)單易行；安裝和校對(duì)的工作量大大減少；可根據(jù)需要將系統(tǒng)分為幾個(gè)部分分別調(diào)試，使調(diào)試工作變得靈活方便；強(qiáng)大的故障診斷功能使得調(diào)試工作變得輕松愉快。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

維護(hù)開銷大幅度下降——優(yōu)點(diǎn)4系統(tǒng)的高可靠性使系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)率大大減小；強(qiáng)大的故障診斷功能使故障的早期發(fā)現(xiàn)、定位和排除變得快速而有效，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，維護(hù)停工時(shí)間大大減少。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)可靠性提高——優(yōu)點(diǎn)5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的高度分散性決定了系統(tǒng)的高可靠性；現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議／規(guī)范對(duì)通信可靠性方面（通信介質(zhì)、報(bào)文檢驗(yàn)、報(bào)文糾錯(cuò)、重復(fù)地址檢測(cè)等）的嚴(yán)格規(guī)定保證了通信的高可靠性。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)測(cè)量與控制精度提高——優(yōu)點(diǎn)6

在現(xiàn)場(chǎng)總線中，各種開關(guān)量、模擬量就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，所有總線設(shè)備間均采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，避免了信號(hào)的衰減和變形，減少了傳送誤差。換言之，現(xiàn)場(chǎng)總線采用數(shù)字信號(hào)通信這一數(shù)字化特點(diǎn)，從根本上提高了系統(tǒng)的測(cè)量與控制精度。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能——優(yōu)點(diǎn)7可以在控制室遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)；可以在控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的（遠(yuǎn)程）故障診斷功能——

優(yōu)點(diǎn)8

可以診斷和顯示各種故障，如總線設(shè)備和連接器的斷路、短路故障以及通信故障和電源故障等；可以將各種狀態(tài)及故障信息傳送到控制室中的監(jiān)視／監(jiān)控計(jì)算機(jī)，大大減少了使用和維護(hù)人員不必要的現(xiàn)場(chǎng)巡視。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在惡劣環(huán)境中時(shí)，這尤其具有重要意義。1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和系統(tǒng)集成方便自由—優(yōu)點(diǎn)9

用戶可以通過同層網(wǎng)絡(luò)或上層網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，而不必到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一個(gè)設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行配置；利用網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件可以迅速而方便地組建現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；由于現(xiàn)場(chǎng)總線的開放性、互操作性與互換性，用戶可以自由地集成不同廠商、不同品牌的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)成所需的系統(tǒng)。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)展更為方便——優(yōu)點(diǎn)10

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性和互換性，損壞的設(shè)備可用功能類似的任何廠家的設(shè)備替換，實(shí)現(xiàn)“即插即用”；當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上；系統(tǒng)擴(kuò)展所需的組態(tài)時(shí)間大大減少。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

為企業(yè)信息系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了重要條件——優(yōu)點(diǎn)11企業(yè)信息系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制層、過程監(jiān)控層和企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理層構(gòu)成；現(xiàn)場(chǎng)總線或者構(gòu)成了企業(yè)信息系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制層，或者構(gòu)成了企業(yè)信息系統(tǒng)的基本框架；現(xiàn)場(chǎng)總線為總線設(shè)備及系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)和故障信息、各種控制信息進(jìn)入（企業(yè)）公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件，使管理者能得到更多的決策依據(jù)，為管理者做出各種正確決策提供了有力的支持，從而可使企業(yè)獲得較高的整體綜合效益。

1.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的DCS方案相比，美國(guó)阿拉斯加WestSakARCO油田（自然環(huán)境十分惡劣）采用某現(xiàn)場(chǎng)總線所帶來的節(jié)省情況如下：減少接線端子84％；減少I/O卡件數(shù)量93％；減少控制儀表面板空間70％；減少室內(nèi)接線98％；由于遠(yuǎn)程診斷而減少維護(hù)工作量（50~80）％；擴(kuò)展油田所需組態(tài)時(shí)間減少90％；節(jié)省電纜費(fèi)用69%。1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)場(chǎng)總線可廣泛應(yīng)用于過程工業(yè)/工廠自動(dòng)化、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、交通、家庭自動(dòng)化等各領(lǐng)域，如◆汽車工業(yè)◆繼電保護(hù)與電力監(jiān)控◆半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體產(chǎn)品制造◆水處理◆食品飲料制造◆機(jī)器人◆物流業(yè)/搬運(yùn)業(yè)◆智能樓宇◆制藥業(yè)◆暖通空調(diào)◆包裝業(yè)◆軌道交通/城市交通◆石油與化工◆能源與環(huán)境監(jiān)控及管理◆鋼鐵/冶金◆（煤礦）安全◆造紙業(yè)◆家庭用品1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

汽車總裝生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)

1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

上海世博園區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)配置圖打印機(jī)后臺(tái)系統(tǒng)站控單元GPS

調(diào)度中心間隔1保護(hù)測(cè)控單元間隔2保護(hù)測(cè)控單元間隔3保護(hù)測(cè)控單元間隔n保護(hù)測(cè)控單元其它智能裝置CT\PT數(shù)字量控制輸出CT\PTCT\PTCT\PT數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量控制輸出控制輸出控制輸出1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化方式的比較1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于以太網(wǎng)的CBZ-8000變電站自動(dòng)化系統(tǒng)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)思考題現(xiàn)場(chǎng)總線的定義?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成。請(qǐng)列舉4類現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。請(qǐng)說出現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)。請(qǐng)給出工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)發(fā)展階段Thankyou!62第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)632.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)64數(shù)據(jù)通信的基本過程5個(gè)階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號(hào)，撥通對(duì)方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個(gè)階段。652.2基本概念數(shù)據(jù)與信號(hào)信道通信方式傳輸方式同步方式662.2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號(hào)（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播67模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)信號(hào)值數(shù)字信號(hào)時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見的是二值信號(hào)ta）模擬信號(hào)tb）數(shù)字信號(hào)68周期信號(hào) 信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號(hào) 信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號(hào)）。tTTTtTTT周期信號(hào)非周期信號(hào)tt69信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t70信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)——便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制：數(shù)字信號(hào)→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼71不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道數(shù)字信道72模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制73編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼74調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制752.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道CATV、無線電廣播、電話撥號(hào)線路76數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過電話線撥號(hào)上網(wǎng)。772.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。78發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時(shí)不可同時(shí)79基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2.2.4傳輸方式802.3數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸811.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼●不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點(diǎn)：◆存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；◆不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。82●曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。◆規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變◆高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1◆每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。

◆缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼83●差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）◆每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。◆用碼元開始處有無跳變來表示0和1

，有跳變代表0，無跳變代表1。1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼84三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester85課堂練習(xí)畫出01001110的曼徹斯特和差分曼徹斯特編碼86圖曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼874、習(xí)題有一比特流：10101100011（10個(gè)數(shù)）

1)、畫出它的曼徹斯特編碼，2）、畫出它的差分曼徹斯特編碼解：1、它的曼徹斯特編碼圖為：

101011000112、它的差分曼徹斯特編碼圖為：10101100011882.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號(hào)S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調(diào)制就是要使A、

或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化89ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK903.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼●采樣定理：◆如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。

◆轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。91●PCM編碼：◆采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣◆量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上◆編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼◆編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)（PulseCodedModulation，脈碼調(diào)制）。3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼92●語音信號(hào)的數(shù)字化◆語音帶寬f<4kHz◆采樣時(shí)鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）◆樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8b/每樣本）◆數(shù)據(jù)率：8000次/s×8b=64kb/s◆每路PCM信號(hào)的速率=64kb/s模擬語音信號(hào)采樣時(shí)鐘PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼

數(shù)字化語音信號(hào)f<4kHzfs=8kHz93PCM編碼過程舉例

語音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)94同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步2.4同步方式95同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖t96●目的：使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致◆外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。位同步97位同步98位同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。位同步99目的：找到正確的字符邊界常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：1個(gè)起始位、5～8個(gè)數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個(gè)停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間邏輯“0”邏輯“1”字符同步100●起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：◆頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步◆每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定◆增加了輔助位，所以傳輸效率低★例如，采用1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/11≈73％字符同步101目的：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束 幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH幀同步1022.5多路復(fù)用技術(shù)●多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道●為何要復(fù)用？——提高線路利用率◆適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿103●復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)?！駨?fù)用方法◆頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)◆時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛2.5多路復(fù)用技術(shù)104◆波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸◆碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途2.5多路復(fù)用技術(shù)105頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器106時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片12時(shí)間片2D1時(shí)隙D2復(fù)用器t107◆由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用?！粢粋€(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀?！魰r(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸把多個(gè)話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)108時(shí)分復(fù)用——數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)T-標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、中國(guó)、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為32個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個(gè)通道用于傳輸30個(gè)PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8b）/125us=2.048Mb/s對(duì)E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和ITU-T的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為（近似值）155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s。109E1-幀格式E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631時(shí)間片125ms=32時(shí)隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路1517110波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵111碼分復(fù)用CDM原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。在無線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。1122.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。113電路交換的主要特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。

114更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。

115使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。…

交換機(jī)116“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。117電路交換在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！Q為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。例如：建立連接的時(shí)間為0.5s，計(jì)算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率＝？118電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線路的某個(gè)信道上建立連接119報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報(bào)）整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點(diǎn)：沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。類比：下載時(shí)若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？120分組交換（包交換）將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小——適用于交互式通信；某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式121數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)122虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）“西安－北京”這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個(gè)過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)永久虛電路PVC和交換虛電路SVC123分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)124三種交換方式的事件順序呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲報(bào)文交換125各種交換方式1262.7差錯(cuò)控制什么是差錯(cuò)控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？不存在理想的信道→傳輸總會(huì)出錯(cuò)與語音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率。產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；信號(hào)反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。127差錯(cuò)控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。128奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。例如：1100010增加偶校驗(yàn)位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。129循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯(cuò)檢測(cè)原理：

收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出CRC校驗(yàn)和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和是16位或32位的二進(jìn)制位串。CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。130*CRC校驗(yàn)和的計(jì)算以數(shù)據(jù)塊（幀,Frame）為單位進(jìn)行校驗(yàn)將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式如110001，可表示成多項(xiàng)式x5+x4+1若G(x)為r階，幀為m位，其多項(xiàng)式為M(x)，則在幀后面添加r個(gè)0，成為m+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式2rM(x)

按模2除法用2rM(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即：2rM(x)=G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把2rM(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式T(x)：即：T(x)=2rM(x)+R(x)實(shí)際上，T(x)=2rM(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運(yùn)算)

所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。131CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力：可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；可檢出所有單位/雙位錯(cuò)；可檢出所有≤G(x)長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。常用的生成多項(xiàng)式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1132校驗(yàn)和發(fā)送方算法將待發(fā)送的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的字符串分成若干16位的位串，每個(gè)位串看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語義。將IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。對(duì)這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（one’scomplementsum）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到PDU的校驗(yàn)和字段中。接收方算法將接收的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的16位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯(cuò)。1332.8傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線134同軸電纜（CoaxialCable，CC）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細(xì)同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套135雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套136屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）

和5類（155Mb/s）兩種137雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法:交叉線EIA-568B直連線EIA-568A交叉線：交換機(jī)—交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口)直連線：PC/路由器—交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級(jí)連端口)1-白橙、2-橙、3-白綠、4-藍(lán)、5-白藍(lán)、6-綠、7-白棕、8-棕。

1-白綠、2-綠、3-白橙、4-藍(lán)、5-白藍(lán)、6-橙、7-白棕、8-棕138光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價(jià)格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅

（高純玻璃）139光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測(cè)器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接140多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng)多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播141典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強(qiáng)型-MMF8.3um突變型-SMF

包層——125um142高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束143無線介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點(diǎn)：無需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線144微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔145地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長(zhǎng)途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球146激光傳輸將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽受天氣影響只能在短距離通信中使用147紅外線通信 紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個(gè)房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng)特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對(duì)便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響148短波通信基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站

用戶計(jì)算機(jī)和終端149常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價(jià)格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號(hào)75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星寬帶1～10GHz18000km很好高遠(yuǎn)程通信1502.9數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)時(shí)延誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率151時(shí)延時(shí)延：一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間?？倳r(shí)延＝發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)間＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/信息傳輸速率傳播時(shí)延傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延152帶寬（BandWidth，BW）：信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW≈fmax－fmin單位：赫茲（Hz）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶寬的計(jì)量單位。主要單位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸一千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。153誤碼率與誤比特率誤碼率：Pc是指?jìng)鬏數(shù)拇a元被傳錯(cuò)的概率

Pc＝傳錯(cuò)的碼元數(shù)?

傳輸?shù)拇a元總數(shù)誤比特率：Pb是指?jìng)鬏數(shù)谋忍乇粋麇e(cuò)的概率

Pb＝傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)?

傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)154信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率比特（bit）：即一個(gè)二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即數(shù)據(jù)傳送速率）。信息傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特?cái)?shù)

碼元傳輸速率碼元（CodeCell）：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。碼元傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)

一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為M（M為2的整數(shù)次冪），則C=B×

log2M（b/s）一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特。例如：當(dāng)波特率為9600時(shí)若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間發(fā)送的比特?cái)?shù)、字節(jié)數(shù)或幀數(shù)155非理想信道實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。延遲會(huì)使接收端的信號(hào)產(chǎn)生畸變。噪聲會(huì)破壞信號(hào)，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時(shí)，持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會(huì)破壞約560個(gè)比特。第3章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱?fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。

關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型

OSI/RM只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在市場(chǎng)化方面OSI卻失敗了。OSI的專家們?cè)谕瓿蒓SI標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有商業(yè)驅(qū)動(dòng)力；OSI的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低；OSI標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長(zhǎng)，因而使得按OSI標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時(shí)進(jìn)入市場(chǎng)；OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。

兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法律上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)OSI并沒有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。是非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP常被稱為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。3.2劃分層次的必要性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素語法數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語義需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。同步事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。劃分層次的概念舉例主機(jī)

1

向主機(jī)

2

通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓ぷ鬟M(jìn)行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個(gè)主機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個(gè)主機(jī)交換文件文件傳送模塊主機(jī)

1主機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊文件傳送模塊主機(jī)

1主機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對(duì)方把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊主機(jī)

1主機(jī)

2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長(zhǎng)度等。分層的好處各層之間是獨(dú)立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。

層數(shù)多少要適當(dāng)若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。

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)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。

3.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運(yùn)輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層

PDU主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層PDU再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2IP數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機(jī)

1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機(jī)

2主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

210100110100101比特流110101110101計(jì)算機(jī)2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！OSI參考模型分層及各層作用1、物理層：實(shí)現(xiàn)兩實(shí)體間的物理連接，將數(shù)據(jù)信息以位串形式從一實(shí)體經(jīng)物理信道傳送到另一實(shí)體，向數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流傳輸服務(wù)。特點(diǎn)：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性2、數(shù)據(jù)鏈路層：利用物理層提供的比特序列的傳輸功能，實(shí)現(xiàn)在相鄰節(jié)點(diǎn)間的透明、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，功能：幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制和鏈路管理。

物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性