項(xiàng)目1：走進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

項(xiàng)目1：走進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)CONTENTS1.1網(wǎng)絡(luò)1.1.1網(wǎng)絡(luò)的概念1.1.2網(wǎng)絡(luò)的分類1.1.3網(wǎng)絡(luò)的作用1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念1.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特征1.2.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要功能1.3IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)1.3.1IT網(wǎng)絡(luò)的概念1.3.2OT網(wǎng)絡(luò)的概念1.3.3IT網(wǎng)絡(luò)與OT網(wǎng)絡(luò)的深度融合1.3.4IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解網(wǎng)絡(luò)、IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)的概念。2.了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的由來(lái)。3.識(shí)別網(wǎng)絡(luò)類別和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4.掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。

【情景故事】西南地區(qū)有一家電池生產(chǎn)企業(yè)，由于目前電池生產(chǎn)線智能化程度不高，企業(yè)總經(jīng)理安排生產(chǎn)部經(jīng)理具體研究提高電池生產(chǎn)線智能化程度的方案。生產(chǎn)部李經(jīng)理組織相關(guān)技術(shù)人員走訪多家智能制造領(lǐng)軍企業(yè)，了解到要提升電池生產(chǎn)線智能化程度，就必須對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備互連互通?！卷?xiàng)目描述】深入理解工業(yè)深度互聯(lián)內(nèi)涵，能夠描述工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及典型應(yīng)用場(chǎng)景。

1.1網(wǎng)絡(luò)1.1.1網(wǎng)絡(luò)的概念任務(wù)目標(biāo)：了解廣義上網(wǎng)絡(luò)的概念，掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的概念。任務(wù)準(zhǔn)備：瀏覽阿里云幫助中心，深入了解有關(guān)阿里云網(wǎng)絡(luò)，云上網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)介紹。這些復(fù)雜的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)所涉及的領(lǐng)域有物理、工程、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)，甚至觸覺(jué)伸進(jìn)了藝術(shù)領(lǐng)域，它們對(duì)商業(yè)和信息的應(yīng)用乃至我們的日常生活，都產(chǎn)生了顯著而深遠(yuǎn)的影響。那么網(wǎng)絡(luò)到底是什么呢？提前查閱計(jì)算機(jī)、電學(xué)、數(shù)學(xué)等方面網(wǎng)絡(luò)的概念。

知識(shí)鏈接：網(wǎng)絡(luò)在數(shù)學(xué)上指的是一種圖，一般認(rèn)為專指加權(quán)圖。網(wǎng)絡(luò)除了數(shù)學(xué)定義外，還有具體的物理含義，即網(wǎng)絡(luò)是從某種相同類型的實(shí)際問(wèn)題中抽象出來(lái)的模型。在信息通信領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)是信息傳輸、接收、共享的虛擬平臺(tái)，通過(guò)它把各個(gè)點(diǎn)、線、面、體、時(shí)間、空間的信息聯(lián)系到一起，從而實(shí)現(xiàn)這些資源的共享。另外，網(wǎng)絡(luò)一詞還用于諸如電信網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，生物網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)知和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)以及社交網(wǎng)絡(luò)之類的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。可見(jiàn)，只要是由節(jié)點(diǎn)（或頂點(diǎn)）表示的不同元素或參與者以及元素或參與者之間的連接（或邊緣）都可以稱為網(wǎng)絡(luò)；即網(wǎng)絡(luò)是由若干節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的鏈路構(gòu)成，表示諸多對(duì)象及其相互聯(lián)系。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，我們把“在電的系統(tǒng)中，由若干元件組成的用來(lái)使電信號(hào)按一定要求傳輸?shù)碾娐坊蜻@種電路的部分，叫“網(wǎng)絡(luò)”。網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈泛在深度互聯(lián)的基礎(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)結(jié)點(diǎn)（node）和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路（link）組成，結(jié)點(diǎn)可以是終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、機(jī)器設(shè)備、儀器等），也可以是數(shù)據(jù)交換設(shè)備（如集線器、交換機(jī)、路由器等）。網(wǎng)絡(luò)普遍存在于軍事、工業(yè)、教學(xué)、家庭、公司集團(tuán)等。在網(wǎng)絡(luò)的管理中有著嚴(yán)格的管理秩序。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)該完成特定功能的精確定義。這些特定功能究竟由何種硬件或軟件完成，是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，實(shí)現(xiàn)是具體的，是運(yùn)行在軟件和硬件之中的。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中也將工廠內(nèi)的各種要素接入工廠內(nèi)網(wǎng)，包括人員（如生產(chǎn)人員、設(shè)計(jì)人員、外部人員）、機(jī)器（如裝備、辦公設(shè)備）、材料（如原材料、在制品、制成品）、環(huán)境（如儀表、監(jiān)測(cè)設(shè)備）等；將工廠外的各要素接入工廠外網(wǎng)，包括用戶、協(xié)作企業(yè)、智能產(chǎn)品、智能工廠以及公共基礎(chǔ)支撐的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、安全系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)等。

1.1.2網(wǎng)絡(luò)的分類任務(wù)目標(biāo)：了解網(wǎng)絡(luò)的不同分類方法。任務(wù)準(zhǔn)備：我們前面提到了網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不同功能的網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行分類呢？請(qǐng)大家查閱相關(guān)資料，了解網(wǎng)絡(luò)按地理分布范圍、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、采用的傳輸介質(zhì)、通信方式、不同用途等方式進(jìn)行的分類情況。對(duì)本校的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行調(diào)研，了解本校網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)。知識(shí)鏈接：從不同的角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)有不同的分類方法，每種網(wǎng)絡(luò)名稱都有特殊的含意。幾種名稱的組合或名稱加參數(shù)更可以看出網(wǎng)絡(luò)的特征。如千兆以太網(wǎng)表示傳輸率高達(dá)千兆的總線型網(wǎng)絡(luò)。了解網(wǎng)絡(luò)的分類方法和類型特征，是熟悉網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一。

（1）按網(wǎng)絡(luò)的地理位置分為：局域網(wǎng)，城域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，個(gè)人局域網(wǎng)。其中，局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）一般限定在較小的區(qū)域內(nèi)，小于10km的范圍，通常采用有線的方式連接起來(lái)；城域網(wǎng)（(MetropolitanAreaNetwork，MAN）規(guī)模局限在一座城市的范圍內(nèi)，10～100km的區(qū)域；廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）網(wǎng)絡(luò)跨越國(guó)界、洲界，甚至全球范圍；無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN)就是在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備（如便攜電腦等）用無(wú)線技術(shù)連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，其范圍大約在10m。局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)，局域網(wǎng)是組成其他兩種類型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，城域網(wǎng)一般都加入了廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)的典型代表是internet網(wǎng)，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是整合了這幾種網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

（2）按傳輸介質(zhì)分為：有線網(wǎng)，無(wú)線網(wǎng)。其中，有線網(wǎng)一般采用同軸電纜、雙絞線、光纖來(lái)連接的網(wǎng)絡(luò)；而無(wú)線網(wǎng)由于覆蓋范圍、傳輸速率和用途的不同，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以分為無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)和無(wú)線體域網(wǎng)。同軸電纜具有內(nèi)部導(dǎo)體，該內(nèi)部導(dǎo)體被絕緣層圍繞，該絕緣層周圍具有導(dǎo)電屏蔽層。同軸電纜組件易于安裝且非常耐用，抗干擾能力差；短距離速度高于雙絞線，但長(zhǎng)距離上使用同軸電纜時(shí)信號(hào)會(huì)丟失，并且在高使用率期間，寬帶網(wǎng)絡(luò)中的速度波動(dòng)較大。雙絞線是最常見(jiàn)的聯(lián)網(wǎng)方式。它價(jià)格便宜，安裝方便，但易受干擾，傳輸率較低，傳輸距離比同軸電纜要短。雙絞線具有消除干擾的特性，因此適用于短距離的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音基礎(chǔ)設(shè)施。光纖網(wǎng)也是有線網(wǎng)的一種，采用光導(dǎo)纖維作傳輸介質(zhì)。光纖傳輸距離長(zhǎng)，傳輸率高，普通光纖就可達(dá)到10Gbps以上，實(shí)驗(yàn)室中單條光纖最大速度已達(dá)到了26Tbps，抗干擾性強(qiáng)，不會(huì)受到電子監(jiān)聽(tīng)設(shè)備的監(jiān)聽(tīng)，是高安全性網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。不過(guò)由于其價(jià)格較高，且需要高水平的安裝技術(shù)。

（3）按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為：星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（StarTopology）又稱集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是因集線器或交換機(jī)連接的各節(jié)點(diǎn)呈星狀（也就是放射狀）分布而得名。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中有中央結(jié)點(diǎn)（集線器，或交換機(jī)），其他節(jié)點(diǎn)（工作站、服務(wù)器）都與中央結(jié)點(diǎn)直接相連。

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)通過(guò)通信線路組成閉合回路，環(huán)中數(shù)據(jù)只能單向傳輸，信息在每臺(tái)設(shè)備上的延時(shí)時(shí)間是固定的，特別適合實(shí)時(shí)控制的局域網(wǎng)系統(tǒng)。環(huán)形結(jié)構(gòu)就如一串珍珠項(xiàng)鏈，環(huán)形結(jié)構(gòu)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)就是項(xiàng)鏈上的一個(gè)個(gè)珠子。

總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接連接到公共總線上，結(jié)點(diǎn)之間按廣播方式通信，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，總線上的其他結(jié)點(diǎn)均可“收聽(tīng)”到?？偩€型結(jié)構(gòu)就像一張樹(shù)葉，有一條主干線，主干線上面有很多分支。

樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種層次結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)按層次連接，信息交換主要在上下結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，相鄰結(jié)點(diǎn)或同層結(jié)點(diǎn)之間一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的樹(shù)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)又有“全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”和“半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”兩種。所謂“全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”就是指網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是相互連接的。而所謂的“半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是指網(wǎng)絡(luò)中并不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都與網(wǎng)絡(luò)的其他所有節(jié)點(diǎn)有連接，可能只是一部分節(jié)點(diǎn)間有互聯(lián)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又稱作無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，沒(méi)有規(guī)律。這種結(jié)構(gòu)在廣域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)是不受瓶頸問(wèn)題和失效問(wèn)題的影響。由于節(jié)點(diǎn)之間有許多條路徑相連，可以為數(shù)據(jù)流的傳輸選擇適當(dāng)?shù)穆酚?，從而繞過(guò)失效的部件或過(guò)忙的節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，成本也比較高，提供上述功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也較復(fù)雜，但由于它的可靠性高，仍然受到用戶的歡迎。

（4）按通信方式分為：?jiǎn)尾ゾW(wǎng)絡(luò)、組播網(wǎng)絡(luò)、廣播網(wǎng)絡(luò)。單播是指封包在網(wǎng)絡(luò)的傳輸中目的地址為單一目標(biāo)的一種傳輸方式。每次只有兩個(gè)實(shí)體相互通信，發(fā)送端和接收端都是唯一確定的。它是現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信方式，通常所使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或服務(wù)大多采用單播傳輸，例如一切基于TCP的協(xié)議。組播也叫多播，是指把信息同時(shí)傳遞給一組目的地址。它使用策略是最高效的，因?yàn)橄⒃诿織l網(wǎng)絡(luò)鏈路上只需傳遞一次，而且只有在鏈路分叉的時(shí)候，消息才會(huì)被復(fù)制。廣播是“一對(duì)所有”的通信模式，網(wǎng)絡(luò)對(duì)其中每一源地址發(fā)出的信號(hào)都進(jìn)行無(wú)條件復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，鏈路中的所有地址都可以接收到這個(gè)信息（不管你是否需要），由于其不用路徑選擇，所以其網(wǎng)絡(luò)成本可以很低廉。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中也允許廣播的存在，但其被限制在二層交換機(jī)的局域網(wǎng)范圍內(nèi)，禁止廣播數(shù)據(jù)穿過(guò)路由器，防止廣播數(shù)據(jù)影響大面積的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。

（5）按網(wǎng)絡(luò)使用的目的分為：共享資源網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。其中，共享資源網(wǎng)以資源共享為主要目的網(wǎng)絡(luò)，使用者可共享網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，如文件、掃描儀、繪圖儀、打印機(jī)以及各種服務(wù)，Internet網(wǎng)是典型的共享資源網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理網(wǎng)用于處理數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，例如科學(xué)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理用網(wǎng)絡(luò)等。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)主要用來(lái)收集、交換、傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，如情報(bào)檢索網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)管理用網(wǎng)絡(luò)等。目前網(wǎng)絡(luò)使用目的都不是唯一的。

（6）按邏輯功能可分為：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)。通信子網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能的硬件和其軟件的集合，通信設(shè)備、通信協(xié)議、通信控制軟件等都屬于通信子網(wǎng)，負(fù)責(zé)信息的傳輸。如網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)卡、藍(lán)牙設(shè)備、WIFI設(shè)備等。資源子網(wǎng)指網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源共享功能的設(shè)備及其軟件的集合，主要負(fù)責(zé)全網(wǎng)的信息處理數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、終端、終端控制器、連網(wǎng)外設(shè)、各種軟件資源與信息資源等。

1.1.3網(wǎng)絡(luò)的分類任務(wù)目標(biāo)：了解網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用。任務(wù)準(zhǔn)備：參觀工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室或查閱青島雙星輪胎工業(yè)有限公司的《雙星胎聯(lián)網(wǎng)“智慧云”平臺(tái)創(chuàng)新應(yīng)用》案例，了解工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，思考如何解決工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化問(wèn)題。

知識(shí)鏈接：航天云網(wǎng)是中國(guó)航天科工集團(tuán)基于云制造所提出的理念、模式、技術(shù)手段和業(yè)態(tài)，研究開(kāi)發(fā)的一種“云制造系統(tǒng)”平臺(tái)。目前航天云網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)在工業(yè)智能云系統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)布置了云制造支持系統(tǒng)，構(gòu)建和涵養(yǎng)了以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的云制造系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群生態(tài)，開(kāi)發(fā)了“三朵云”——“國(guó)際云、公有云、專有云”應(yīng)用子平臺(tái)，并且在航空航天、通用設(shè)備制造、模具制造等十大行業(yè)圍繞縱向（設(shè)備云、車間云、企業(yè)云、區(qū)域云等不同層次云制造系統(tǒng)）、橫向（制造全產(chǎn)業(yè)鏈活動(dòng)）兩個(gè)維度進(jìn)行了應(yīng)用推廣，形成了一些典型的應(yīng)用范例。這些“云”的產(chǎn)生離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的支持。。

網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是把分散的具有獨(dú)立自主功能的軟件資源、硬件資源通過(guò)通信線路連接起來(lái)組成的系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)，通過(guò)深度連接工業(yè)要素、價(jià)值鏈環(huán)節(jié)以及產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效傳遞，其主要有以下作用：（1）資源共享。網(wǎng)絡(luò)的主要功能就是資源共享。共享的資源包括軟件資源、硬件資源以及存儲(chǔ)在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類數(shù)據(jù)資源。網(wǎng)上用戶能部分或全部地共享這些資源，使網(wǎng)絡(luò)中的資源能夠互通有無(wú)、分工協(xié)作，從而大大提高系統(tǒng)資源的利用率。（2）快速傳輸信息。分布在不同地區(qū)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)、高速地傳遞各種信息，交換數(shù)據(jù)，發(fā)送電子郵件，使人們之間的聯(lián)系更加緊密。

（3）提高系統(tǒng)可靠性。在網(wǎng)絡(luò)中，由于計(jì)算機(jī)之間是互相協(xié)作、互相備份的關(guān)系，以及在網(wǎng)絡(luò)中采用一些備份的設(shè)備和一些負(fù)載調(diào)度、數(shù)據(jù)容錯(cuò)等技術(shù)，使得當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他部分可以自動(dòng)接替其任務(wù)。因此，與單機(jī)系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有較高的可靠性。（4）易于進(jìn)行分布式處理。在網(wǎng)絡(luò)中，還可以將一個(gè)比較大的問(wèn)題或任務(wù)分解為若干個(gè)子問(wèn)題或任務(wù)，分散到網(wǎng)絡(luò)中不同的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理計(jì)算。這種分布處理能力在進(jìn)行一些重大課題的研究開(kāi)發(fā)時(shí)是卓有成效的。

（5）綜合信息服務(wù)。在當(dāng)今的信息化社會(huì)中，個(gè)人、辦公室、圖書(shū)館、企業(yè)和學(xué)校等，每時(shí)每刻都在產(chǎn)生并處理大量的信息。這些信息可能是文字、數(shù)字、圖像、聲音甚至是視頻，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就能夠收集、處理這些信息，并進(jìn)行信息的傳送。因此，綜合信息服務(wù)將成為網(wǎng)絡(luò)的基本服務(wù)功能。。

1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念任務(wù)目標(biāo)：了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念及常見(jiàn)的三種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。任務(wù)準(zhǔn)備：分別以“OSI體系結(jié)構(gòu)”、“TCP/IP體系結(jié)構(gòu)”為關(guān)鍵字查閱相關(guān)資料，了解網(wǎng)絡(luò)所常用的體系架構(gòu)，對(duì)比不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有初步認(rèn)識(shí)。

知識(shí)鏈接：所謂網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是為了完成設(shè)備（包含硬件、軟件）之間的通信合作，把每個(gè)設(shè)備互連的功能劃分成定義明確的層次，規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口和服務(wù)。將這樣的層次結(jié)構(gòu)模型和通信協(xié)議統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。它為網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件、協(xié)議、存取控制和拓?fù)涮峁?biāo)準(zhǔn)。它廣泛采用的是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在1979年提出的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI-OpenSystemInterconnection）的參考模型。OSI定義了開(kāi)放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系以及各層所包括的可能的任務(wù)，作為一個(gè)框架來(lái)協(xié)調(diào)和組織各層所提供的服務(wù)。它并沒(méi)有提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的方法，而是描述了一些概念，用來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)的制定。即OSI參考模型并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性框架。

現(xiàn)今規(guī)模最大的、覆蓋全球的、基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)并未使用OSI標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)90年代初期，雖然整套的OSI國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已制定出來(lái)，但基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)已搶先在全球相當(dāng)大的范圍成功地運(yùn)行了，而同時(shí)卻幾乎找不到有廠家生產(chǎn)出符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)產(chǎn)品。OSI只獲得了一些理論研究的成果，市場(chǎng)化方面則徹底失敗了。將OSI參考模型中的會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層合并為應(yīng)用層后即為五層體系結(jié)構(gòu)（或稱為原理體系結(jié)構(gòu)），將物理層與數(shù)據(jù)鏈路層再合并為網(wǎng)絡(luò)接口層即為TCP/IP的四層協(xié)議體系，TCP/IP協(xié)議體系不嚴(yán)格遵循OSI分層概念，應(yīng)用層可能會(huì)直接使用IP層或網(wǎng)絡(luò)接口層。網(wǎng)絡(luò)專家組提出的七層ISO（OpenSystemsInterconnection）體系結(jié)構(gòu)，實(shí)際工業(yè)界實(shí)現(xiàn)的四層TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，理解原理和教學(xué)使用的五層體系結(jié)構(gòu)。TCP/IP常被稱為是事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

我們可以發(fā)現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)完成的功能是一致的，只是不同的體系結(jié)構(gòu)對(duì)層次的劃分不同。

1.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特征任務(wù)目標(biāo)：掌握網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)特征，能夠結(jié)合網(wǎng)絡(luò)體系理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的特征。任務(wù)準(zhǔn)備：分析附近所使用的電腦設(shè)備及其使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。思考OSI體系結(jié)構(gòu)和TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的分層原因，總結(jié)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的優(yōu)點(diǎn)。

知識(shí)鏈接：網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)的特征是：（1）以功能作為劃分層次的基礎(chǔ)。分層將原本復(fù)雜的問(wèn)題層次化和局部化，每個(gè)層次只考慮相應(yīng)的問(wèn)題，不受其他無(wú)關(guān)問(wèn)題的干擾，同時(shí)也保證了網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的高度協(xié)調(diào)工作。數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)是垂直分層，但不同層次的內(nèi)容只能由對(duì)應(yīng)層次來(lái)處理。

（2）各層之間獨(dú)立。各層之間相互獨(dú)立，僅在相鄰層間有接口，且所提供服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)上一層完全屏蔽；每層都可以選擇最合適的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。（3）包含下層服務(wù)。第n層的實(shí)體在實(shí)現(xiàn)自身定義的功能時(shí)，只能使用第n-1層提供的服務(wù)。第n層在向第n+1層提供的服務(wù)時(shí)，此服務(wù)不僅包含第n層本身的功能，還包含由下層服務(wù)提供的功能。（4）靈活性好，有益于標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)被分割為多個(gè)部分，每一層都有明確的定義，十分有利于標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施；并且易于維護(hù)和管理。。

我們以O(shè)SI為例，來(lái)說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)體系的結(jié)構(gòu)特征：（1）高三層是面向應(yīng)用的，負(fù)責(zé)對(duì)信息的處理，邏輯上屬于資源子網(wǎng)；低三層是面向通信的，負(fù)責(zé)信息的傳遞，邏輯上屬于通信子網(wǎng)；它們中間的傳輸層在通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)中起承上啟下的作用。（2）作為信源和信宿的端開(kāi)放系統(tǒng)（主機(jī)）及若干中繼開(kāi)放系統(tǒng)（交換節(jié)點(diǎn)）通過(guò)物理媒體連接構(gòu)成了整個(gè)OSI環(huán)境。其中，只有主機(jī)中才需要包含全部七層的功能，而在通信子網(wǎng)中的中間交換節(jié)點(diǎn)一般只需要負(fù)責(zé)傳遞信息的最低三層，甚至只要最低兩層的功能。（3）在ISO/OSI參考模型中，實(shí)際的物理通信是經(jīng)過(guò)發(fā)送方各層從上到下傳遞到物理媒體，通過(guò)物理媒體（或通信子網(wǎng)）傳輸?shù)浇邮辗胶?，再?jīng)過(guò)從下到上各層的傳遞，最后到達(dá)接收用戶。層間縱向?qū)崿F(xiàn)的是物理通信，橫向?qū)Ρ鹊葘訉?shí)現(xiàn)的是虛擬通信，這樣每層都可以交換信息進(jìn)行通信。

（4）在發(fā)送方從上到下逐層傳遞的過(guò)程中，每層都要加上適當(dāng)?shù)乃徒粚?duì)方對(duì)等層的控制信息，統(tǒng)稱為“報(bào)頭”。到最底層成為由“0”或“1”組成的數(shù)據(jù)比特流，然后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)在物理媒體上傳輸至接收方。接收方在向上傳遞時(shí)，過(guò)程正好相反，各層逐層獲得發(fā)送方對(duì)等層傳給自己的控制信息（報(bào)頭），進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議操作，然后剝?nèi)?bào)頭（本層所需的控制信息），而只將其中的數(shù)據(jù)凈荷向上層傳送。即發(fā)送方將數(shù)據(jù)層層打包，而接收方層層拆包，每層獲得自己所需的信息。如此重復(fù)，最后到達(dá)接收方計(jì)算機(jī)用戶的信息即是發(fā)送方計(jì)算機(jī)用戶的原始信息，計(jì)算機(jī)用戶之間實(shí)現(xiàn)了通信。

1.2.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要功能任務(wù)目標(biāo)：了解不同網(wǎng)絡(luò)體系中各層的功能。任務(wù)準(zhǔn)備：

結(jié)合我們?nèi)粘Ｉ暇W(wǎng)的過(guò)程，理解信息從發(fā)送到接收的全過(guò)程。知識(shí)鏈接：雖然常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有三種，劃分層次不同，但都是根據(jù)功能進(jìn)行分層的，不同的體系結(jié)構(gòu)只是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程進(jìn)行了不同方式的重構(gòu)，都是數(shù)據(jù)從源用戶發(fā)出再到目標(biāo)用戶收到的過(guò)程。

1.2.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要功能1.OSI參考模型分層及功能OSI體系結(jié)構(gòu)共分七層：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。第1層在底部，最接近硬件設(shè)備。OSI參考模型中各層主要使用協(xié)議。第1層物理層在局部局域網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)幀，它負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)媒體之間的互通。包括了針腳、電壓、線纜規(guī)范、集線器、中繼器、網(wǎng)卡、主機(jī)適配器等。該層包括物理聯(lián)網(wǎng)媒介，比如電纜連線，物理層的協(xié)議產(chǎn)生并檢測(cè)電壓以便發(fā)送和接收攜帶數(shù)據(jù)的信號(hào)。在這一層，數(shù)據(jù)僅作為高低電平處理，單位是bit比特。

第2層數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)尋址、錯(cuò)誤偵測(cè)和改錯(cuò)。當(dāng)表頭和表尾被加至數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)形成幀。數(shù)據(jù)鏈表頭是包含了物理地址和錯(cuò)誤偵測(cè)及改錯(cuò)的方法。該層的作用包括：物理地址尋址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?shù)據(jù)的成幀、數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、重發(fā)等。第3層網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層決定數(shù)據(jù)的路徑選擇和轉(zhuǎn)寄，將網(wǎng)絡(luò)表頭加至數(shù)據(jù)包，以形成分組。主要功能是將網(wǎng)絡(luò)地址（IP）翻譯成對(duì)應(yīng)的物理地址（MAC），并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方。例如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）等。第4層傳輸層：傳輸層把傳輸表頭加至數(shù)據(jù)以形成數(shù)據(jù)包。傳輸表頭包含了所使用的協(xié)議等發(fā)送信息。傳輸層按照網(wǎng)絡(luò)能處理的最大尺寸將較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行強(qiáng)制分割。例如，以太網(wǎng)無(wú)法接收大于1500字節(jié)的數(shù)據(jù)包，發(fā)送方節(jié)點(diǎn)的傳輸層將數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)片，同時(shí)對(duì)每一數(shù)據(jù)片安排一序列號(hào)，以便數(shù)據(jù)到達(dá)接收方節(jié)點(diǎn)的傳輸層時(shí)，能以正確的順序重組。例如傳輸控制協(xié)議（TCP）等。

第5層會(huì)話層：會(huì)話層負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)傳輸中設(shè)置和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中兩臺(tái)終端設(shè)備之間的通信連接。其功能包括：建立通信鏈接，保持會(huì)話過(guò)程通信鏈接的暢通，同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)話，決定通信是否被中斷以及通信中斷時(shí)決定從何處重新發(fā)送。第6層表達(dá)層：表達(dá)層把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能與接收者的系統(tǒng)格式兼容并適合傳輸?shù)母袷?。表示層管理?shù)據(jù)的解密與加密，如系統(tǒng)口令的處理。例如：在Internet上查詢你銀行賬戶，使用的即是一種安全連接。你的賬戶數(shù)據(jù)在發(fā)送前被加密，在網(wǎng)絡(luò)的另一端，表示層將對(duì)接收到的數(shù)據(jù)解密。除此之外，表示層協(xié)議還對(duì)圖片和文件格式信息進(jìn)行解碼和編碼。第7層應(yīng)用層：應(yīng)用層提供為應(yīng)用軟件而設(shè)的接口，以設(shè)置與另一應(yīng)用軟件之間的通信。例如：HTTP，HTTPS，F(xiàn)TP，SSH等。如圖1-8所示，OSI參考模型中各層主要使用協(xié)議，了解各層協(xié)議有助于我們理解設(shè)備的工作原理，并能夠在實(shí)際應(yīng)用中選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。

OSI參考模型中各層主要使用協(xié)議

2.TCP/IP參考模型分層及功能TCP/IP參考模型分為4層，分別為：(1)數(shù)據(jù)鏈路層（網(wǎng)絡(luò)接口層）。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)卡接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，以處理數(shù)據(jù)在物理媒介（比如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等）上的傳輸。它與OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對(duì)應(yīng)。它負(fù)責(zé)監(jiān)視數(shù)據(jù)在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間的交換。事實(shí)上，TCP/IP本身并未定義該層的協(xié)議，而由參與互連的各網(wǎng)絡(luò)使用自己的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，然后與TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接入層進(jìn)行連接。地址解析協(xié)議（ARP）工作在此層，即OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)常用的協(xié)議是ARP協(xié)議（AddressResolveProtocol，地址解析協(xié)議）和RARP協(xié)議（ReverseAddressResolveProtocol，逆地址解析協(xié)議）。它們實(shí)現(xiàn)了IP地址和機(jī)器物理地址（通常是MAC地址，以太網(wǎng)、令牌環(huán)和802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都使用MAC地址）之間的相互轉(zhuǎn)換。

2.TCP/IP參考模型分層及功能TCP/IP參考模型分為4層，分別為：(1)數(shù)據(jù)鏈路層（網(wǎng)絡(luò)接口層）。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)卡接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，以處理數(shù)據(jù)在物理媒介（比如以太網(wǎng)、令牌環(huán)等）上的傳輸。它與OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相對(duì)應(yīng)。它負(fù)責(zé)監(jiān)視數(shù)據(jù)在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間的交換。事實(shí)上，TCP/IP本身并未定義該層的協(xié)議，而由參與互連的各網(wǎng)絡(luò)使用自己的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，然后與TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接入層進(jìn)行連接。地址解析協(xié)議（ARP）工作在此層，即OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)常用的協(xié)議是ARP協(xié)議（AddressResolveProtocol，地址解析協(xié)議）和RARP協(xié)議（ReverseAddressResolveProtocol，逆地址解析協(xié)議）。它們實(shí)現(xiàn)了IP地址和機(jī)器物理地址（通常是MAC地址，以太網(wǎng)、令牌環(huán)和802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都使用MAC地址）之間的相互轉(zhuǎn)換。

(2)網(wǎng)際層。網(wǎng)際層對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層，主要解決主機(jī)到主機(jī)的通信問(wèn)題。它所包含的協(xié)議設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的邏輯傳輸。注重重新賦予主機(jī)一個(gè)IP地址來(lái)完成對(duì)主機(jī)的尋址，它還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包在多種網(wǎng)絡(luò)中的路由。該層有三個(gè)主要協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（IP）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）和互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）。IP協(xié)議是網(wǎng)際互聯(lián)層最重要的協(xié)議，它提供的是一個(gè)可靠、無(wú)連接的數(shù)據(jù)包傳遞服務(wù)。網(wǎng)際層另外一個(gè)重要的協(xié)議是ICMP協(xié)議（InternetControlMessageProtocol，因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）。它是IP協(xié)議的重要補(bǔ)充，主要用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接。

(3)傳輸層。傳輸層對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的傳輸層，為兩個(gè)進(jìn)程之間的通信（不一定是不同主機(jī)）提供服務(wù)，建立“端口到端口”的通信。保證了數(shù)據(jù)包的順序傳送及數(shù)據(jù)的完整性。該層定義了兩個(gè)主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。TCP協(xié)議提供的是一種可靠的、通過(guò)“三次握手”來(lái)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；而UDP協(xié)議提供的則是不保證可靠的（并不是不可靠）、無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

(3)傳輸層。傳輸層對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的傳輸層，為兩個(gè)進(jìn)程之間的通信（不一定是不同主機(jī)）提供服務(wù)，建立“端口到端口”的通信。保證了數(shù)據(jù)包的順序傳送及數(shù)據(jù)的完整性。該層定義了兩個(gè)主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。TCP協(xié)議提供的是一種可靠的、通過(guò)“三次握手”來(lái)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；而UDP協(xié)議提供的則是不保證可靠的（并不是不可靠）、無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

(4)應(yīng)用層。應(yīng)用層對(duì)應(yīng)于OSI參考模型的高層，為用戶提供所需要的各種服務(wù)，負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序的邏輯。例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)，這部分必須既穩(wěn)定又高效，因此它們都在內(nèi)核空間中實(shí)現(xiàn)。而應(yīng)用層則在用戶空間實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗?fù)責(zé)處理眾多邏輯，比如文件傳輸、名稱查詢和網(wǎng)絡(luò)管理等。如果應(yīng)用層也在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，則會(huì)使內(nèi)核變得非常龐大。當(dāng)然，也有少數(shù)服務(wù)器程序是在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的，這樣代碼就無(wú)須在用戶空間和內(nèi)核空間來(lái)回切換（主要是數(shù)據(jù)的復(fù)制），極大地提高了工作效率。不過(guò)這種代碼實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜，不夠靈活，且不便于移植。應(yīng)用層協(xié)議（或程序）可能跳過(guò)傳輸層直接使用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)，比如ping程序和OSPF協(xié)議。應(yīng)用層協(xié)議（或程序）通常既可以使用TCP服務(wù)，又可以使用UDP服務(wù)，比如DNS協(xié)議。

3.五層體系結(jié)構(gòu)（原理參考模型）分層及功能這種體系結(jié)構(gòu)是OSI參考模型和TCP/IP參考模型的結(jié)合，只是為了研究和教學(xué)使用，并無(wú)真正的實(shí)用性，所以也叫原理參考模型。(1)物理層。物理層不是指具體的物理設(shè)備或者信號(hào)傳輸?shù)奈锢砻襟w（包括雙絞線、同軸電纜等），而是指在物理媒體之上為上一層（鏈路層）提供一個(gè)傳輸原始比特流的物理連接。它的作用在于確保數(shù)據(jù)可以在各種物理媒介上進(jìn)行傳輸，為數(shù)據(jù)的傳輸提供可靠的環(huán)境，為鏈路層傳輸比特流。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層通常簡(jiǎn)稱為鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀，在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（同步信息、地址信息、差錯(cuò)控制）。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，控制信息使接收端能夠知道一個(gè)幀從哪個(gè)比特開(kāi)始到哪個(gè)比特結(jié)束，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層接收到一個(gè)幀后就可以提取數(shù)據(jù)部分，然后提交到網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層分別與四層體系結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)層功能一致。

1.3IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)1.3.1IT網(wǎng)絡(luò)的概念任務(wù)目標(biāo)：了解IT網(wǎng)絡(luò)概念及功能。任務(wù)準(zhǔn)備：查閱IT及IT網(wǎng)絡(luò)的概念，收集身邊使用了IT技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的案例，了解這些案例中使用了哪些IT技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)。

知識(shí)鏈接：1.IT的概念I(lǐng)T是InformationTechnology英文的縮寫(xiě)，涵蓋的范圍很廣，主要包括：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信等信息領(lǐng)域的技術(shù)。IT實(shí)際上有三個(gè)層次：第一層是硬件，主要指數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)闹鳈C(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備；第二層是指軟件，包括可用來(lái)搜集、存儲(chǔ)、檢索、分析、應(yīng)用、評(píng)估信息的各種軟件，它包括通常所指的ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、CRM（客戶關(guān)系治理）、SCM（供應(yīng)鏈治理）等商用治理軟件，也包括用來(lái)加強(qiáng)流程治理的WF（工作流）治理軟件、輔助分析的DW/DM（數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘）軟件等；第三層是指應(yīng)用，指搜集、存儲(chǔ)、檢索、分析、應(yīng)用、評(píng)估使用各種信息，包括應(yīng)用ERP、CRM、SCM等軟件直接輔助決策，也包括利用其他決策分析模型或借助DW/DM等技術(shù)手段來(lái)進(jìn)一步提高分析的質(zhì)量，輔助決策者決策。

2.IT網(wǎng)絡(luò)的概念I(lǐng)T主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)，它主要是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、安裝和實(shí)施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。例如提供輸入、存儲(chǔ)、恢復(fù)、傳輸、操縱和保護(hù)數(shù)據(jù)或信息，以便可以在不同組織之間交換數(shù)據(jù)。IT網(wǎng)絡(luò)（即信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)）是使用IT技術(shù)建立的網(wǎng)絡(luò)，IT網(wǎng)絡(luò)包含硬件（計(jì)算機(jī)、物理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），軟件（操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序）和外圍設(shè)備。無(wú)須執(zhí)行靜態(tài)功能集，而是可以采用多種不同方式對(duì)IT進(jìn)行調(diào)整和重新編程，以滿足不斷變化的應(yīng)用程序、業(yè)務(wù)需求和用戶需求。任何行業(yè)中的IT網(wǎng)絡(luò)都可用于以更安全的方式管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和公司數(shù)據(jù)。

1.3IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)1.3.2OT網(wǎng)絡(luò)的概念任務(wù)目標(biāo)：了解OT網(wǎng)絡(luò)概念及功能。任務(wù)準(zhǔn)備：調(diào)研身邊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例，參觀工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室或本地自動(dòng)化程度較高的企業(yè)，找出控制器、傳感器等硬件，并了解相關(guān)的軟件控制系統(tǒng)，了解各設(shè)備間數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。

知識(shí)鏈接：1.OT的概念早期工業(yè)的數(shù)據(jù)大多是模擬的，但沒(méi)有可擴(kuò)展的方法來(lái)收集和處理這些真實(shí)世界的信息。在歷史上，筆和紙是記錄工業(yè)界運(yùn)營(yíng)信息的最常用工具。后來(lái)，數(shù)字負(fù)載設(shè)備和儀器被開(kāi)發(fā)出來(lái)－－將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可存儲(chǔ)的數(shù)字表示的儀器。這種設(shè)備既可以處理數(shù)字輸入，也可以處理這些負(fù)載設(shè)備的數(shù)字輸出。這意味著，可以處理數(shù)字信息的信息技術(shù)現(xiàn)在可以用來(lái)處理操作信息。這就產(chǎn)生了“運(yùn)營(yíng)技術(shù)”（OT）這個(gè)術(shù)語(yǔ)。OT即OperationalTechnology的簡(jiǎn)寫(xiě)，雖然通常翻譯為運(yùn)營(yíng)技術(shù)，其實(shí)質(zhì)為電子、信息、軟件與控制技術(shù)的綜合運(yùn)用。OT可定義為：對(duì)企業(yè)的各類終端、流程和事件進(jìn)行監(jiān)控或控制的軟硬件技術(shù)，含數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制技術(shù)。因此，OT既包括硬件設(shè)施（如機(jī)器人、電機(jī)、閥門、數(shù)控機(jī)床等），也包括對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行控制的各種軟件技術(shù)。

OT從微觀看可以理解為操作，比如操作一臺(tái)設(shè)備；從中觀看可以翻譯為運(yùn)行，比如運(yùn)行一條生產(chǎn)線；從宏觀看則可翻譯為運(yùn)營(yíng)，比如運(yùn)營(yíng)一家工廠。而不管采用哪一種層級(jí)的含義，其本質(zhì)都是用特定的硬件和軟件，對(duì)物理設(shè)備如閥、泵等進(jìn)行控制，從而控制物理過(guò)程與狀態(tài)的變化。OT技術(shù)最為容易被忽視的一個(gè)核心基礎(chǔ)，就是：工業(yè)知識(shí)的積累和傳遞，將人的隱性知識(shí)，轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言，成為一種可執(zhí)行的知識(shí)體系。硬件既包括控制層的PLC、SCADA、DCS、CNC、RTU、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人等，也包括底層的傳感器（按鈕、開(kāi)關(guān)、閱讀器、條碼掃描器、各種溫度、壓力、流量、液位變送器等）和執(zhí)行器（繼電器、電磁閥、電機(jī)、閥門、指示燈等），還有現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)。嵌入式系統(tǒng)（例如智能儀表）、數(shù)控機(jī)床設(shè)備等也可以歸于其中。在軟件方面，除了指按照工藝要求對(duì)PLC的編程、DCS組態(tài)、SCADA的圖形頁(yè)面繪制、CNC的加工曲線、機(jī)器人的動(dòng)作等，更重要的是它包含了制造過(guò)程的技術(shù)秘籍、加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)，以及企業(yè)員工的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

2.OT網(wǎng)絡(luò)的概念相比于IT網(wǎng)絡(luò)，OT網(wǎng)絡(luò)不全部采用基于標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)通信；在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層基于TCP/IP協(xié)議來(lái)完成通信工作，同時(shí)又有很多非以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信方式混雜，比如硬接線、串口通信、短距離或長(zhǎng)距離無(wú)線通信、RFID、圖像識(shí)別、條碼掃描等等。這是因?yàn)镺T網(wǎng)絡(luò)本身的發(fā)展其實(shí)就是適應(yīng)工業(yè)環(huán)境（比如通信量的變換，維護(hù)方便性）以及滿足性價(jià)比或是基于不同使用目的和供應(yīng)商，復(fù)雜的環(huán)境孕育了很多的、基于不同技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信，導(dǎo)致出現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)通信。OT網(wǎng)絡(luò)是在工業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，用于連接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。它直接訪問(wèn)控制各種設(shè)備并對(duì)生產(chǎn)、監(jiān)控、控制過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，為操作、運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)。

1.3.3IT網(wǎng)絡(luò)與OT網(wǎng)絡(luò)的深度融合任務(wù)目標(biāo)：了解IT網(wǎng)絡(luò)和OT網(wǎng)絡(luò)的融合的原因。任務(wù)準(zhǔn)備：在海爾卡奧斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用體驗(yàn)中心，有全球首個(gè)智能+5G大規(guī)模定制驗(yàn)證平臺(tái)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)交互定制、數(shù)字營(yíng)銷、迭代研發(fā)、模塊采購(gòu)等方面的案例，其中可以模擬電冰箱或者洗衣機(jī)的生產(chǎn)線。首先是人臉識(shí)別的錄入，然后注冊(cè)賬號(hào)，后期用戶可以通過(guò)人臉識(shí)別進(jìn)行取貨。用戶可以在登錄自己賬號(hào)后“私人訂制”電冰箱，在用戶自己的家中就可以選擇自己的喜好，選擇箱體、面板和頂蓋的顏色，輸入自己的簽名或者錄入自己喜歡的照片，然后打印到冰箱指定的位置上；客戶還可以根據(jù)自己的需求對(duì)電冰箱的實(shí)際性能進(jìn)行個(gè)性化定制。這些數(shù)據(jù)會(huì)傳到生產(chǎn)中心，通過(guò)控制中心在生產(chǎn)線上按訂制要求進(jìn)行生產(chǎn)，最后通過(guò)物流系統(tǒng)信息送到客戶家中。

知識(shí)鏈接：隨著新一輪工業(yè)革命的推進(jìn)，制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型正在讓現(xiàn)實(shí)與虛擬世界之間的界限變得越來(lái)越模糊，帶有IP地址的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正在快速大面積覆蓋智能化工廠。當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程和信息合二為一，呼喚新的運(yùn)營(yíng)模式，要求IT和OT進(jìn)一步深度融合，形成了一個(gè)貫穿整個(gè)制造企業(yè)的技術(shù)架構(gòu)。IT和OT的融合會(huì)成為一個(gè)必然的趨勢(shì)，未來(lái)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)核心是彈性決策。深度挖掘客戶需求和生產(chǎn)規(guī)劃，使制造業(yè)得以更好地發(fā)展。IT和OT的融合會(huì)幫助制造企業(yè)改善業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及各部門之間的整體的信息流動(dòng)，從而提升企業(yè)的運(yùn)營(yíng)水平。企業(yè)在面對(duì)黑天鵝事件如何運(yùn)營(yíng)、盈利、發(fā)展，都與彈性決策息息相關(guān)。在數(shù)字孿生的環(huán)境中，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)也會(huì)愈加智能化，應(yīng)對(duì)前提是做好IT/OT工作，確保二者的融合程度才能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和良好使用。

1.兩者融合是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要朝著數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展是世界工業(yè)大國(guó)的主要發(fā)力方向，以德國(guó)工業(yè)4.0為代表的一批工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的發(fā)布，標(biāo)志著工業(yè)數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要求從工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等涉及企業(yè)從創(chuàng)立到結(jié)束的全生命周期串聯(lián)起來(lái)。將賦能整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)使其擁有描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策、控制的智能化功能，并最終將人機(jī)連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力?！景咐治觥亢幽虾教煲簤簹鈩?dòng)技術(shù)有限公司是中國(guó)航天科工集團(tuán)高端液壓氣動(dòng)元件生產(chǎn)企業(yè)，以往存在重復(fù)勞動(dòng)、工作效率低下、產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證等問(wèn)題。

通過(guò)應(yīng)用INIDICS平臺(tái)（Industrialintelligentcloudsystem，是中國(guó)航天科工集團(tuán)公司于2017年全球發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)），河南航天液壓氣動(dòng)公司將原有的OT系統(tǒng)與IT平臺(tái)融合，打通OT設(shè)備和環(huán)境設(shè)施數(shù)據(jù)、IT基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向互用，并與集團(tuán)公司進(jìn)行了對(duì)接，在整個(gè)集團(tuán)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。在原有OT系統(tǒng)加入IT網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)現(xiàn)了以下幾點(diǎn)要求：一是實(shí)現(xiàn)了云端設(shè)計(jì)，基于云平臺(tái)建立涵蓋復(fù)雜產(chǎn)品多學(xué)科專業(yè)的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化。降低工業(yè)成本，優(yōu)化工業(yè)業(yè)務(wù)流程，降低工業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，更快實(shí)施開(kāi)發(fā)和集成，推進(jìn)通信和控制工業(yè)過(guò)程設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。二者融合之后，現(xiàn)有的IT軟硬件及其環(huán)境設(shè)備可以便捷地訪問(wèn)OT設(shè)備及其運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)，OT設(shè)備和過(guò)程性數(shù)據(jù)可以通過(guò)IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行傳播，利用IT領(lǐng)域的各種算法模型開(kāi)展OT工業(yè)設(shè)備及過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)邊界預(yù)估，有效降低工業(yè)組織的潛在風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)而在整個(gè)企業(yè)（或更大的范圍）中共享這些設(shè)備和過(guò)程數(shù)據(jù)。

二是在運(yùn)行過(guò)程中，可以利用新的IT技術(shù)（如AI、邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈等）來(lái)快速精準(zhǔn)地分析應(yīng)用工業(yè)設(shè)備及工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息共享方式的全局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了與總體設(shè)計(jì)部、總裝廠所的協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)，為工業(yè)制造及其過(guò)程管理提供全面的決策支持。通過(guò)兩者的融合可以建立活躍的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)線程，以透明、無(wú)縫和安全的方式，運(yùn)營(yíng)從工廠車間到企業(yè)最高層級(jí)以及介于兩者之間的所有業(yè)務(wù)，模糊辦公室和車間工廠之間的界限。從客戶關(guān)系管理，到管理信息系統(tǒng)到電子郵件，一切都是在IT基礎(chǔ)架構(gòu)上運(yùn)行的。三是實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)，從ERP的主計(jì)劃到CRP的能力計(jì)劃再到CMES的作業(yè)計(jì)劃的全過(guò)程管控，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃進(jìn)度采集反饋與質(zhì)量采集分析。部署通用的IT基礎(chǔ)設(shè)施，兼顧OT數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和流動(dòng)，OT端可以訪問(wèn)IT端的海量數(shù)據(jù)；在不影響OT方面的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)工作的情況下，借助云和虛擬化技術(shù)，企業(yè)工廠或生產(chǎn)車間的服務(wù)器可以遷移到云上，有助于減少設(shè)備數(shù)量并易于實(shí)施更新。

借助INDICS工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，河南航天液壓氣動(dòng)公司的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期縮短35%、資源有效利用率提升30%，生產(chǎn)效率提高40%，產(chǎn)品質(zhì)量一致性得到大幅度提升。

2.什么是IT和OT融合？信息技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)處理企業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的不同方面，其整合的產(chǎn)物就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，IT部門管理數(shù)據(jù)，而OT部門管理設(shè)備和軟件。IT部門可能專注于制造商的員工計(jì)算機(jī)密碼，而OT部門則專注于裝配線控制系統(tǒng)。這兩個(gè)部門相似且相關(guān)，但通常彼此孤立。IT和OT的融合打破了它們之間的壁壘，反而架起了一座橋梁。這個(gè)想法是，如果他們能夠積極地一起工作，他們就可以更有效地完成工作。他們可以匯集他們的專長(zhǎng)、知識(shí)和資源以實(shí)現(xiàn)互惠互利。IT和OT融合有許多潛在的好處。例如，合并的IT/OT部門可能會(huì)以更少的成本更快地開(kāi)發(fā)新的解決方案。他們還可以改進(jìn)自動(dòng)化流程，更有效地使用資源并更好地遵守監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

隨著智能制造的發(fā)展，對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提出了更多的開(kāi)放性、靈活性、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，以期望實(shí)現(xiàn)商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)真正的互聯(lián)互通。所以目前我們能夠看到OPCUAOverTSN，PROFINETOverTSN，5G以及各種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，都讓我們憧憬工業(yè)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)越來(lái)越開(kāi)放，越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐漸開(kāi)始過(guò)渡到基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信的方式。通過(guò)充分利用以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更高帶寬，更多節(jié)點(diǎn)數(shù)，更高可維護(hù)性，靈活性，安全性的網(wǎng)絡(luò)多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)OT網(wǎng)絡(luò)和IT網(wǎng)絡(luò)的融合，形成新的產(chǎn)業(yè)模式——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

1.3.4IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系任務(wù)目標(biāo)：掌握IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。任務(wù)準(zhǔn)備：研究海爾卡奧斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用體驗(yàn)中心的案例，找出IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景，分析IT網(wǎng)絡(luò)、OT網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。

知識(shí)