現(xiàn)場總線 考點(diǎn)總結(jié)

1、現(xiàn)場總線:現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。IEC對現(xiàn)場總線的定義:現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。/涉及智能儀表、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)。現(xiàn)場總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由于采用智能現(xiàn)場設(shè)備，能夠把DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場設(shè)備中，在現(xiàn)場直接完成采集和控制。由于不需要其他的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，且一對電線能傳輸多個信號，因而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了設(shè)備及安裝維護(hù)費(fèi)用。FCS與DCS的對比：1結(jié)構(gòu)：FCS: 一對多：一

2、對傳輸線接多臺儀表，雙向傳輸多個信號。DCS: 一對一：一對傳輸線接一臺儀表，單向傳輸一個信號。2可靠性：FCS: 可靠性好：數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高；DCS: 可靠性差：模擬信號傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。3失控狀態(tài)：FCS: 操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測或?qū)ふ夜收?，使設(shè)備始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)視與可控狀態(tài)之中；DCS:操作員在控制室既不能了解模擬儀表的工作狀態(tài)，也不能對其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測故障，導(dǎo)致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)。4互換性：FCS: 用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備和儀表，并

3、將不同品牌的儀表互連；DCS:盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標(biāo)準(zhǔn)(4-20mA DC)，可大部分參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表互換難度較大。5儀表：FCS: 智能儀表，除了具有模擬儀表的檢測、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運(yùn)算的能力；DCS: 模擬儀表只具有檢測、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋?控制：FCS: 控制功能分散在各個智能儀表中；DCS: 所有控制功能集中在控制站中。技術(shù)特點(diǎn)：系統(tǒng)的開放性：通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換?；タ刹僮餍耘c互用性、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省硬件數(shù)量與投資、節(jié)省安

4、裝費(fèi)用、節(jié)約維護(hù)開銷、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)：制定標(biāo)準(zhǔn)時參照OSI七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)/大多采用第1層(物理層)、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)和第7層(應(yīng)用層)，并增加第8層用戶層。/物理層：定義了信號的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號傳輸速率等/現(xiàn)場總線有兩種編碼方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但頻帶利用率低，后者剛好相反。前者采用基帶傳輸，后者采用頻帶傳輸。傳輸介質(zhì)主要有：有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。數(shù)據(jù)鏈路層:分為兩個子層：介質(zhì)訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。MAC對傳輸介質(zhì)傳送的信號進(jìn)行發(fā)送和接收

5、控制；LLC對數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場總線上的設(shè)備可以是主站，也可以是從站。/MAC層的三種協(xié)議：集中式輪詢協(xié)議、令牌總線協(xié)議和總線仲裁協(xié)議。應(yīng)用層:分為兩子層：應(yīng)用服務(wù)層(FMS)，用于為用戶提供服務(wù)；現(xiàn)場總線存取層(FAS)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的連接。用戶層：定義了從現(xiàn)場裝置中讀寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)應(yīng)具有三層結(jié)構(gòu)，從底向上依次是：過程控制層(PCS)、制造執(zhí)行層(MES)、企業(yè)資源規(guī)劃層(ERP)。過程控制層：依照現(xiàn)場總線的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，智能設(shè)備采用功能塊的

6、結(jié)構(gòu)，通過組態(tài)設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度壓力補(bǔ)償、PID控制等功能。智能轉(zhuǎn)換模塊對傳統(tǒng)檢測儀表的電流電壓進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償。過程控制層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)形網(wǎng)：時延確定性好，重載時網(wǎng)絡(luò)效率高；總線網(wǎng)：成本低，時延不確定，重載時效率低；樹形網(wǎng)：可擴(kuò)張性好，頻帶較寬，但節(jié)點(diǎn)間通信不便；令牌總線網(wǎng)：物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是令牌網(wǎng)。制造執(zhí)行層：從現(xiàn)場設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測、報(bào)警和趨勢分析等功能，還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)和下裝。通過總線接口轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)段和以太網(wǎng)段的連接。企業(yè)資源規(guī)劃層：在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。首先將中間監(jiān)控層的數(shù)據(jù)庫中的信息

7、轉(zhuǎn)入上層關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，使遠(yuǎn)程用戶能通過瀏覽器查詢網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時的遠(yuǎn)程監(jiān)控；對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和整理，為相關(guān)的各種管理、經(jīng)營決策提供支持，實(shí)現(xiàn)管控一體化?，F(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)局域網(wǎng)的區(qū)別：用途不同：現(xiàn)場總線主要用于對生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要用于通信、辦公，提供文字、聲音和圖像等數(shù)據(jù)信息。技術(shù)要求不同：現(xiàn)場總線要求具備高度的實(shí)時性、安全性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)接口盡可能簡單，成本盡量降低，數(shù)據(jù)量一般較?。粩?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則需要大批量數(shù)據(jù)傳輸和處理?，F(xiàn)場總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)：第一種方式：采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場總線網(wǎng)段或DCS網(wǎng)段連接到以太網(wǎng)上。第二種方式：將現(xiàn)場總線網(wǎng)卡

8、和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)插槽上，在PC機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。第三種方式：將Web服務(wù)器直接置入PLC或現(xiàn)場總線設(shè)備內(nèi)，借助Web服務(wù)器和通用瀏覽工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)交互?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素：控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（適應(yīng)工業(yè)控制應(yīng)用環(huán)境，要求實(shí)時性強(qiáng)，可靠性高，安全性好；網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖箿y控?cái)?shù)據(jù)及其相關(guān)信息，短幀，傳輸速率低）、標(biāo)準(zhǔn)支持(國際、國家、地區(qū)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)數(shù)等）、網(wǎng)絡(luò)性能（傳輸速率、時間同步準(zhǔn)確度、訪問控制方式等）、測控系統(tǒng)應(yīng)用考慮、市場及其他因素?，F(xiàn)場總線簡介：基金會現(xiàn)場總線（前身為以Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、

9、ABB、西門子等公司的ISP協(xié)議，以及以Honeywell為首的WorldFIP協(xié)議，合并后成立現(xiàn)場總線基金會；以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，并增加用戶層；分低速H1(31.25Kbps,距離1900m)和高速H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)兩種通信速率；介質(zhì)支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，傳輸信號采用曼徹斯特編碼）。Profibus現(xiàn)場總線（德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)；參考模型也是ISO/OSI模型；由PROFIBUS-DP、-FMS和-PA組成；PROFIBUS-DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用；PROFIB

10、US-PA用于過程自動化。PROFIBUS-FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、PLC等一般自動化；輸速率為9.6Kbps-12Mbps，最大傳輸距離為9.6Kbps時1200m，1.5Mbps時200m，可用中級器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線、光纜）。LonWorks（由美國Echelon公司和Motorola、Toshiba公司倡導(dǎo)；采用ISO/OSI模型的全部七層協(xié)議；通信速率300bps-1.5Mbps，支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻等多種介質(zhì)；采用Neuron芯片，包含3片8位CPU，分別完成1-2層、3-6層協(xié)議和應(yīng)用處理；鼓勵OEM開發(fā)商運(yùn)用LonWorks和神經(jīng)

11、元芯片開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品）CAN（是控制器局域網(wǎng)的簡稱，由德國BOSCH公司提出，得到Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司支持；采用ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層；通信速率最高1Mbps/40m，傳輸介質(zhì)為雙絞線；采用短幀結(jié)構(gòu)傳輸，傳輸時間短，受干擾的概率低；）HART（是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，即可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道。由Rosemount公司提出，并于1993年成立HART通信基金會；特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的工業(yè)過程控制的過渡性

12、產(chǎn)品；由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。物理層采用FSK(頻移鍵控)技術(shù)在4-20mA信號上疊加一個頻率信號，代表0和1；支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式，數(shù)據(jù)更新速率為2-3次/秒，傳輸距離最大3000m）總線與總線段總線是傳輸信號或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式。一組設(shè)備通過總線連接在一起稱為總線段。總線的基本概念：總線主設(shè)備：可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備；總線從設(shè)備：不能在總線上主動發(fā)起通信，只能掛在總線上，對總線信息進(jìn)行接收查詢；總線協(xié)議：管理主、從設(shè)備使用總線的規(guī)則；總線操作：總線上命令者與響應(yīng)者之間的“連接-數(shù)據(jù)傳送-脫開”這一操作序列稱為一次總線操作。尋址

13、：物理尋址：用于選擇某一總線段上某一特定位置的從設(shè)備作為響應(yīng)者；邏輯尋址：選擇從設(shè)備與位置無關(guān)；廣播尋址：用于選擇多個響應(yīng)者?？偩€仲裁：用于裁決哪一個主設(shè)備是下一個占有總線的設(shè)備。某一時刻只允許某一主設(shè)備占有總線，等到它完成總線操作，釋放總線占有權(quán)后才允許其他總線主設(shè)備使用總線?？偩€定時：總線通過定時信號進(jìn)行同步。定時信號用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址在什么時刻是有效的。模擬信號與數(shù)字信號：隨時間連續(xù)變化的信號稱為模擬信號，隨時間離散變化的信號稱為數(shù)字信號。碼元：時間軸上的一個信號編碼單元稱為碼元。信源、信宿和信道：在數(shù)據(jù)通信中，通常將數(shù)據(jù)的發(fā)送方稱為信源，數(shù)據(jù)的接收方稱為信宿，在信源與信宿之間傳

14、輸數(shù)據(jù)的通道稱為信道。通信方式：按照字節(jié)使用的信道數(shù)，數(shù)據(jù)通信可以分為串行通信和并行通信兩種方式。按照數(shù)據(jù)在傳輸線路上的傳輸方向，可分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種方式。性能指標(biāo)：傳輸速率是衡量數(shù)據(jù)傳輸有效性的指標(biāo)。指通信系統(tǒng)每秒傳送的數(shù)據(jù)量。工業(yè)中常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號速率為：9600bps, 500Kbps, 1Mbps, 2.5Mbps, 10Mbps, 100Mbps比特(bit)率S指單位時間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制序列的位數(shù)，單位：bps波特(Baud)率B - 指信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，即每秒鐘傳輸?shù)拿}沖（波形）信號個數(shù)（通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)）。- 1Baud表示每秒鐘傳送一個碼元

15、或一個波形。- 比特率和波特率之間的關(guān)系為： T為發(fā)送一位代碼的最小單位時間,T=1/B，n為一個脈沖信號所表示的有效狀態(tài)數(shù)，當(dāng)n=2時，S=B。誤碼率Pe指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，又稱為出錯率。其定義為： 其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制位的總數(shù)，Ne為被傳錯的比特?cái)?shù)。理論上N趨盡無窮，實(shí)際應(yīng)用中，N應(yīng)足夠大才能把Pe近似為誤碼率。通信信道的頻率特性描述通信信道在不同頻率的信號通過以后，其波形發(fā)生變化的特性。分為幅頻特性和相頻特性。幅頻特性指不同頻率信號通過以后，其幅值受到不同衰減的特性；相頻特性指不同頻率的信號通過信道后，其相角發(fā)生不同程度改變的特性。理想的頻率特性是對不同頻率產(chǎn)生均

16、勻的幅頻特性和相頻特性。信號的頻率在信道帶寬范圍內(nèi)，則傳輸?shù)男盘柣静皇д妫駝t信號的失真將較嚴(yán)重。傳輸線路上存在的電阻電感和電容會造成信道的頻率特性不理想。介質(zhì)帶寬：頻譜：通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)臄?shù)字信號可以分解為無窮多個頻率、幅度、相位各不相同的正弦波。信號所含頻率分量的集合稱為頻譜。帶寬：頻譜所占的頻率寬度稱為帶寬。有效帶寬：有效頻譜的頻帶寬度。信道帶寬是指物理信道的頻帶寬度，即可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲(Hz)（單個矩形脈沖的頻譜覆蓋了整個頻率范圍，所以矩形信號的絕對無失真?zhèn)鬏斒遣豢赡艿模┤绻橘|(zhì)帶寬小于信號的有效帶寬，信號就可能產(chǎn)生失真而使接收端難以正確辨認(rèn)。當(dāng)傳輸速率

17、升高時，信號的有效帶寬會隨之增加，因而需要傳輸介質(zhì)具有更大的介質(zhì)帶寬。即傳輸介質(zhì)的帶寬會限制傳輸速率的增高。信道容量指在某種傳輸介質(zhì)中單位時間內(nèi)可能傳送的最大比特率，即該傳輸介質(zhì)容許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)。按照Nyquist定理，若信號由V級離散值組成， ，L為信號所含比特?cái)?shù)，W為帶寬，則信道容量C為： 一般電話線帶寬3000Hz，L=8時，即使無噪聲，信道容量也不會超過48kbps。數(shù)據(jù)的傳輸速率應(yīng)該在信道容量容許的范圍之內(nèi)。只要信號速率低于信道容量，總可以找到一個編碼方式，實(shí)現(xiàn)低誤碼率傳輸。若實(shí)際傳輸速率超過信道容量，則無法進(jìn)行正確傳輸。信噪比信號功率S與噪聲功率N的比值稱為信噪比。

18、一般采用如下方法表示，單位為分貝dB 信道容量C跟信道帶寬W和信噪比S/N之間的香農(nóng)計(jì)算公式為： 由香農(nóng)公式，提高信噪比可以增加信道容量。在信道容量一定時，帶寬與信噪比之間可以相互彌補(bǔ)。若介質(zhì)帶寬W為3000Hz，當(dāng)信噪比為10dB時，S/N=10，信道容量為： 若信噪比提高到20dB，即S/N=100時， 可見，信道容量隨信噪比的提高增加了許多。延遲、抖動、吞吐量和丟包率延遲指將一個比特從一端傳輸?shù)搅硪欢怂ㄙM(fèi)的時間；抖動指在同一條路由上發(fā)送數(shù)據(jù)包之間的時間差異；吞吐量指網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率；丟包率指在發(fā)送數(shù)據(jù)包時丟棄數(shù)據(jù)包的最高比例。數(shù)據(jù)傳輸方式：基帶傳輸指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況

19、下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號。即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不包含任何調(diào)制。是目前廣泛使用的最基本的傳輸方式。信號按數(shù)據(jù)位流的基本形式傳輸，整個系統(tǒng)不需調(diào)制解調(diào)器，使得系統(tǒng)價格低廉；可采用雙絞線或同軸電纜、光纜作為傳輸介質(zhì)，傳輸介質(zhì)相對寬帶較為便宜；可達(dá)到較高的傳輸速率(一般為1-10Mbps)，但傳輸距離一般不超過25公里。頻帶傳輸：指先用數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?。最基本的調(diào)制方式有：幅值鍵控(ASK)，頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。在載波傳輸中，發(fā)送設(shè)備首先要產(chǎn)生某個頻率的信號做為基波來承載信息信號，這個基波就稱為載波信號，基波頻率稱為載波頻率。然后按

20、上述三種方式改變載波信號的幅值、頻率、相位行程調(diào)制信號后發(fā)送。寬帶傳輸使用射頻(RF)模擬脈沖，其中，信號被調(diào)制到不同頻率范圍。應(yīng)用于傳輸圖像文字語音等大數(shù)據(jù)量信號。與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別為：數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的傳輸速率范圍為0-10Mbps，寬帶可達(dá)0-400Mbps；寬帶可劃分為多條基帶信道，提供良好的通信路徑。數(shù)據(jù)同步方式：同步：接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元的重復(fù)頻率以及起止時間來接收數(shù)據(jù)。在通信時，接收端要校準(zhǔn)自己的時間和重復(fù)頻率，以便和發(fā)送端取得一致，這一過程稱為同步過程。信息傳輸?shù)耐椒椒ǚ譃?異步傳輸、同步傳輸。異步傳輸又稱起止同步方式。它在傳送的字符之前設(shè)置一個起始位

21、，在信息代碼結(jié)束后設(shè)置1-2位的終止位。在起始位和停止位之間，形成一個需要傳送的字符；起始位起到了使該字符內(nèi)各比特同步的作用；各字符互不同步，字符的間隔是任意的；一個字符的傳送時間由起始位和終止位之間的時間來決定。同步傳輸：同步傳輸時，需在每個數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)束處各加一個幀頭和一個幀尾，使得接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束。加有幀頭和幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀。在同步傳輸中，所有設(shè)備都使用一個共同的時鐘，所有傳輸數(shù)據(jù)位都和該時鐘信號同步，接收方利用時鐘跳變來決定什么時候讀取一個輸入的數(shù)據(jù)位。同步傳輸可用于一個單塊電路板元件之間的數(shù)據(jù)傳輸，也可用于30-40cm甚至更短距離的數(shù)據(jù)通信，對于更長距離的數(shù)據(jù)

22、通信，同步傳輸代價較高，因?yàn)樗枰粭l額外的線來傳輸時鐘信號，并且容易受到噪聲干擾。同步式優(yōu)點(diǎn)：效率高，一般在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中采用同步式。異步式優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，頻率漂移不會積累。但缺點(diǎn)是線路效率低，每個字符都占用2-3各位的開銷。數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼：數(shù)據(jù)編碼是指通信系統(tǒng)中以何種物理信號的形式來表達(dá)數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)編：分別用模擬信號的不同幅度、不同頻率、不同相位來表達(dá)數(shù)據(jù)的0,1狀態(tài)的編碼方式。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼：用高低電平的矩形脈沖信號來表達(dá)數(shù)據(jù)的0,1狀態(tài)的編碼方式。單極性碼：邏輯1為高電平，0為低電平；雙極性碼：邏輯0為負(fù)電平；歸零碼(RZ)：每一位傳輸后均返回0電平；非歸零碼(NRZ)：整個碼元

23、時間內(nèi)維持有效電平。在基帶傳輸中，數(shù)字信號的編碼方式主要有3種：不歸零碼：缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器，不具備自同步機(jī)制，必須使用外同步。曼徹斯特編碼：用電壓變化表示0和1；時間被劃分為等間隔的小段，每小段代表一位。每段分為兩半，前半段傳送位的反碼，后半段傳送位本身。具有內(nèi)在時鐘信息，無需外同步信號。缺點(diǎn)是需要雙倍的傳輸帶寬。差分曼徹斯特編碼：用碼元開始處有無跳變來表示0和1，有：0，無：1。/模擬數(shù)據(jù)編碼采用模擬信號來表達(dá)數(shù)據(jù)0和1。按照改變幅度、頻率和相位三個參數(shù)可分為幅度鍵控ASK，頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK三種方法。多路復(fù)用技術(shù)：當(dāng)傳輸介質(zhì)的帶寬超過了傳輸單個信號所需的

24、帶寬時，就通過在一條介質(zhì)上同時攜帶多個傳輸信號的方法來提高傳輸系統(tǒng)的利用率，即多路復(fù)用。多路復(fù)用提高了信道的利用率。通常有：頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用等。頻分多路復(fù)用(FDM)是將具有一定帶寬的信道分割成若干個有較小頻帶的子信道，每個信道供一個用戶使用。這樣，在信道中就可以同時傳送多個不同頻率的信號。FDM適用于模擬信號傳輸。時分多路復(fù)用(TDM)是將一條物理信道的傳輸時間分成若干個時間片輪流地供多個信號源使用，每個時間片被復(fù)用的一路信號占用。這樣，當(dāng)多路信號準(zhǔn)備傳輸時，一個信道就能在不同的時間片傳輸多路信號。TDM適用于數(shù)字信號傳輸。波分多路復(fù)用(WDM)是頻率分割技術(shù)在光纖介

25、質(zhì)中的應(yīng)用，主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。是指在一根光纖上能同時傳送多個波長不同的光載波的復(fù)用技術(shù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)：數(shù)據(jù)交換是指按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。在交換型通信網(wǎng)絡(luò)中，從一個站進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通過從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的交換，被選徑送往目的地。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換、分組交換。電路交換：兩個用戶建立通信時，首先建立一條臨時的專用線路，用戶通信時獨(dú)占這條線路，不與其它用戶共享，直到通信一方釋放這條專用線路。電路交換的步驟分為：建立電路、數(shù)據(jù)傳送和切斷電路。報(bào)文交換：中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)先把收到的信息存儲起來，等到信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)經(jīng)過多個中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)

26、目的節(jié)點(diǎn)。分組交換：先把要傳輸?shù)膱?bào)文分成若干個小的數(shù)據(jù)塊，成為分組，然后以分組為單位按報(bào)文交換方式進(jìn)行傳輸。差錯產(chǎn)生的原因：噪聲；傳輸失真：信號傳輸時的幅度衰減、波形畸變及收發(fā)端失步等；載波干擾：由于載波的振幅、相位和頻率發(fā)生抖動；傳輸反射干擾；線間串?dāng)_：相鄰信號線間電磁感應(yīng)引入干擾；靜電干擾。錯誤分類：單個錯、突發(fā)錯（數(shù)據(jù)傳輸中的主要出錯）差錯控制的目的：保證所有的幀按順序、正確發(fā)送到目的主機(jī)。解決兩個問題：如何檢測出錯；發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何糾正錯誤。常用的差錯控制方法是差錯控制編碼，包括檢錯碼：碼字只有檢錯功能，接收方只能判斷數(shù)據(jù)塊有錯，但不能確切知道錯誤的位置，從而也不能糾正錯誤。糾錯碼：碼

27、字具有一定得糾錯能力，接收方能夠檢錯并判斷出錯誤位置，這時只需將出錯位取反即可獲得正確數(shù)據(jù)。海明距離 兩個碼字的對應(yīng)比特取值不同的比特?cái)?shù)。編碼集的海明距離 一個有效編碼集中，任意兩個碼字的海明距離的最小值?；颍涸谛畔⒕幋a中，兩個合法代碼對應(yīng)位上編碼不同的位數(shù)稱為碼距，又稱海明距離。 檢錯：如果要能檢測出 d 個位差錯，則編碼集的海明距離至少應(yīng)為 d+1。糾錯：如果要能糾正 d 個位差錯，則編碼集的海明距離至少應(yīng)為 2d+1。為了檢測d個錯誤，需要海明距離為d+1的編碼方案。因?yàn)榇藭r，d個1位錯誤不可能將一個有效碼字改編成另一個有效碼字。當(dāng)接收方看到一個無效碼字的時候能判斷出傳輸出錯。為了糾正d

28、個錯誤，需要海明距離為2d+1的編碼方案。因?yàn)榇藭r，合法碼字之間的距離足夠遠(yuǎn)，因而即使發(fā)生了d位變化，則還是原來的碼字離它最近，從而可唯一確定原來的碼字，達(dá)到糾錯的目的。奇偶校驗(yàn)碼：編碼規(guī)則：將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元分組，每一數(shù)據(jù)分組后添加一位奇偶校驗(yàn)位，使該分組數(shù)據(jù)碼元和添加的奇偶校驗(yàn)位組成的碼元中”1”的個數(shù)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))奇偶校驗(yàn)碼在實(shí)際使用時可分為垂直奇偶校驗(yàn)碼、水平奇偶校驗(yàn)碼和水平垂直奇偶校驗(yàn)碼等幾種。垂直奇偶校驗(yàn)碼：檢錯能力：可檢出某列(一字符)的所有奇數(shù)個錯,檢出率50%。水平奇偶校驗(yàn)碼：發(fā)送時按列的次序進(jìn)行，因此能發(fā)現(xiàn)長度n（每列長度）的單個突發(fā)錯。水平垂直奇偶校驗(yàn)

29、碼：檢錯能力：可檢出某行、某列的所有奇數(shù)個錯；能發(fā)現(xiàn)大部分偶數(shù)個錯；可以糾正不能同時滿足行、列校驗(yàn)關(guān)系的一位錯；不能檢出某些互相補(bǔ)償?shù)呐紨?shù)個錯。校驗(yàn)和：發(fā)送：如以16位字為單位進(jìn)行累加，再將最后累加和取“1補(bǔ)碼” (即反碼)，得該字符串的校驗(yàn)和，將校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收：當(dāng)接收者收到該數(shù)據(jù)塊后，同樣以16位字為單位對各數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和進(jìn)行累加，若最后結(jié)果為全1，則正確，否則出錯?？煽啃裕耗軌驒z測出絕大多數(shù)奇數(shù)個和偶數(shù)個數(shù)據(jù)位的變化。除非，一個16位字中的0變成1，而另一個16位字中的相同位置由1變成0。 說明：也可用“2補(bǔ)碼”(即補(bǔ)碼),此時接收校驗(yàn)累加應(yīng)為0.海明碼：一位錯糾錯編碼，其碼組長

30、度、冗余校驗(yàn)位長度和碼組中的最大數(shù)據(jù)位長度滿足： n：碼組位長度，r：冗余校驗(yàn)位長度，k：碼組中的最大數(shù)據(jù)位長度。CRC校驗(yàn)(循環(huán)冗余編碼)的工作原理：將要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)作一個多項(xiàng)式f(x)的系數(shù)，在發(fā)送方用收發(fā)雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除，求得一個余數(shù)多項(xiàng)式。將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后發(fā)送到接收端。接收端用同樣的生成多項(xiàng)式G(x)去除接收數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x),得到余數(shù)多項(xiàng)式。若計(jì)算出的余數(shù)為0，則數(shù)據(jù)傳輸正確。常用的糾錯方法：重發(fā)糾錯：當(dāng)接收端根據(jù)編碼檢測出錯誤，或者接收超時時請求發(fā)送端再次發(fā)送，直到接收正確為止。自動糾錯方式：接收端根據(jù)糾錯碼來判別并糾正錯誤信息?；旌霞m錯：

31、上述兩種方法的綜合，錯誤位數(shù)在接收端的糾錯能力以內(nèi)的則自動糾錯，否則請求重發(fā)。流量控制：當(dāng)通信流量超過網(wǎng)絡(luò)最大傳輸能力時，網(wǎng)絡(luò)吞吐量會下降，數(shù)據(jù)包丟失。流量控制是一種限制網(wǎng)絡(luò)訪問的機(jī)制。流量控制的基本原則是發(fā)送端的發(fā)送幀速率應(yīng)不超過接收端接收幀的速率。流量控制方法：停止等待流量控制、滑動窗口流量控制。理想化的數(shù)據(jù)傳輸兩個假定:1：理想的傳輸信道，所傳送的任何數(shù)據(jù)既不會出差錯也不會丟失。2：不管發(fā)送方以多快的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方總是來得及收下，并及時上交主機(jī)。停止等待流量控制優(yōu)點(diǎn)：比較簡單，缺點(diǎn)：通信信道的利用率不高?；瑒哟傲髁靠刂疲捍翱跈C(jī)制：發(fā)送方和接收方都具有一定容量的緩沖區(qū)（即窗口），允許

32、發(fā)送站連續(xù)發(fā)送多個幀而不需要等待應(yīng)答。發(fā)送窗口是發(fā)送端允許連續(xù)發(fā)送的幀的序號表，發(fā)送端可以不等待應(yīng)答而連續(xù)發(fā)送的最大幀數(shù)稱為發(fā)送窗口的尺寸。接收窗口是接收方允許接收的幀的序號表，凡落在接收窗口內(nèi)的幀，接收方都必須處理，落在接收窗口外的幀被丟棄。接收方每次允許接收的幀數(shù)稱為接收窗口的尺寸。目的：對可以連續(xù)發(fā)出的最多幀數(shù)（已發(fā)出但未確認(rèn)的幀）作限制。網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：指網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通道，常用的傳輸介質(zhì)有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維電纜、無線和衛(wèi)星通信等。傳輸介質(zhì)的主要特性包括：物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率

33、范圍；連通特性：允許點(diǎn)-點(diǎn)或多點(diǎn)連接；地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。雙絞線既可以傳輸數(shù)字信號，又可以傳輸模擬信號。在電話系統(tǒng)和局域網(wǎng)中，雙絞線得到了廣泛的應(yīng)用?？梢苑譃槠帘坞p絞線和無屏蔽雙絞線。分為1-6類：1類線：在電話系統(tǒng)中使用，只適合傳輸語音和低速數(shù)據(jù)，帶寬268kHz;2類線：可用于語音和數(shù)字通信，最大速率為4Mb/s;3類線：目前電話系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電纜，帶寬16MHz,數(shù)據(jù)傳輸速率10Mb/s，主要用于10Base-T以太網(wǎng);4類線：帶寬20MHz,傳輸速率16Mb/s,主要用于10Base-T和令牌局域網(wǎng)；5類線：帶寬100M

34、Hz,傳輸速率100Mb/s,主要用于10Base-T和100Base-T局域網(wǎng)；6類線：電纜由十字交叉中心將四對線分開，傳輸帶寬可達(dá)250MHz?？垢蓴_性：取決于相鄰線對的扭曲長度和適當(dāng)?shù)钠帘?。低頻時抗干擾能力相當(dāng)于同軸電纜。同軸電纜：基帶同軸電纜：阻抗50歐，通常用來傳輸數(shù)字信號，速率最高可達(dá)10Mbps。粗纜的傳輸距離為500m, 細(xì)纜180m；寬帶同軸電纜：阻抗75歐，通常用來傳輸有線電視模擬信號。其帶寬可達(dá)750MHz以上，通常利用FDM技術(shù)。傳輸距離：基帶電纜最大幾公里，寬帶同軸電纜最大幾十公里?？垢蓴_性：高于雙絞線。光纖物理特性：光纖為直徑2-125um的導(dǎo)光介質(zhì)；傳輸特性：傳輸

35、速率可達(dá)幾千Mbps。分為單模和多模兩類。單模性能優(yōu)于多模光纖；連通性：可以用于點(diǎn)-點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接；地理范圍：衰減極小，可在6-8公里內(nèi)不使用中繼器；抗干擾性：不受外界電磁干擾，誤碼率極低。光纖通信優(yōu)點(diǎn)：傳輸信號的頻帶寬，通信容量大；信號衰減小，傳輸距離大?？垢蓴_能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，適用于一些特殊環(huán)境下布線。安全性好，信息不易被竊取。光纖通信缺點(diǎn)：成本高，連接時需要專用設(shè)備。串行通信通常需要在外設(shè)和計(jì)算機(jī)之間使用一條數(shù)據(jù)信號線和地線（可能還需要控制線），數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上一位一位的傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，

36、缺點(diǎn)：傳輸速度比并行傳輸慢。需要使用UART進(jìn)行并行/串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。異步通信數(shù)據(jù)傳送以字符為單位，字符與字符間的傳送是完全異步的，位與位之間的傳送基本上是同步的。接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的。串行異步通信數(shù)據(jù)格式：起始位: 邏輯0電平。發(fā)送方在任何時刻將傳號變成空號（即1跳至0），并持續(xù)1位時間表明發(fā)送方開始傳輸數(shù)據(jù)。與此同時，接收方收到空號后，開始與發(fā)送方同步，并期望收到隨后的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)位: 5-8位，緊跟在起始位后，是要被傳送的數(shù)據(jù)。傳送時，先傳送低位，后傳送高位；奇偶校驗(yàn)位: 占1位，奇效驗(yàn)或偶效驗(yàn)；停止位: 可以是1位、1.5位或2位，它一定是邏輯1電平。同步通信數(shù)

37、據(jù)傳送以數(shù)據(jù)塊為單位，字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都同步。接收器和發(fā)送器由同一個時鐘源控制?？朔嗽诋惒酵ㄐ胖?，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位而占用的傳輸時間。保證串行通信有效性的方法：使用輪詢或中斷來檢測、接收信息；設(shè)置通信幀的起始、停止位；建立連接握手；實(shí)行對接收數(shù)據(jù)的確認(rèn)、數(shù)據(jù)緩存以及錯誤檢查等。常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)：RS232：非平衡型接口，3線雙工；RS422：二線差分平衡傳輸，4線雙工；RS485：二線差分平衡傳輸，2線單工。RS-232 串行通信及其應(yīng)用：是目前最常用的一種串行通信接口，由美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布。用途是定義數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備(

38、DCE)接口的電氣特性及它們之間的信息交換的方式和功能。接口包括25針和9針接口。RS232接口標(biāo)準(zhǔn)存在的問題：接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片；因與TTL電平不兼容，故需使用電平轉(zhuǎn)換電路；最高傳輸速率為20kbps時，最遠(yuǎn)距離僅為15m；接口使用一根信號線和一根信號返回線構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱；傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為15.24m，實(shí)際也只能用在50m左右。 RS-232邏輯電平”1”的傳送電壓：-3.-15V；邏輯電平”0”的傳送電壓：+3.+15V；電平轉(zhuǎn)換芯片：MAX232。RS422：邏輯電平”1”的差分電壓信號為+2

39、500.+200mV；邏輯電平”0”的差分電壓信號為-2500.-200mV；若差分電壓信號為-200.+200mV則為高阻狀態(tài)。RS485：邏輯電平”1”的差分電壓信號為+2500.+200mV；邏輯電平”0”的差分電壓信號為-2500.-200mV；若差分電壓信號為-200.+200mV則為高阻狀態(tài)；接口芯片：MAX485等。RS485終端電阻：當(dāng)終端電阻等于電纜的特征阻抗時，可以削弱甚至消除信號的反射。特征阻抗：導(dǎo)線的特征參數(shù)，與導(dǎo)線的直徑、絕緣類型、與其它導(dǎo)線的相對距離有關(guān)，與導(dǎo)線的長度無關(guān)。一般雙絞線的特征阻抗為100-150歐；RS485能驅(qū)動32個終端。網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu) 原因：通信過

40、程復(fù)雜。好處：各層之間相互獨(dú)立, 相鄰層間交互只通過接口，整個問題復(fù)雜度下降;結(jié)構(gòu)上可分割開，各層都可以采用最合適的技術(shù)來實(shí)現(xiàn);每一層功能簡單, 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù);某一層需改動時, 只要不改變接口服務(wù)關(guān)系, 其它層則不受影響?；靖拍睿簠f(xié)議：為進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。接口：相鄰兩層之間的邊界，在接口處規(guī)定了低層向上層提供的服務(wù)，以及服務(wù)所使用的形式規(guī)范語句(服務(wù)原語)。服務(wù)：某一層提供的功能，并能通過接口提供給其相鄰上層。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，是對網(wǎng)絡(luò)及其組成部分所應(yīng)完成的功能的精確定義。協(xié)議棧：網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議按層次順序排列而成的協(xié)議序列

41、。數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸過程：應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。OSI參考模型為異種計(jì)算機(jī)互聯(lián)提供的一個共同基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)框架。OSI參考模型提供了概念性和功能性結(jié)構(gòu)，將開放系統(tǒng)的通信劃分為7個層次，各層次的協(xié)議細(xì)節(jié)由各層次獨(dú)立進(jìn)行；分層原則為將相似的功能集中在同一層中，功能差別較大時分層處理，每層只對相鄰的上下層定義接口。物理層：功能：在物理媒體上傳輸原始的數(shù)據(jù)比特流；內(nèi)容：同具體的物理媒體有關(guān)，定義了設(shè)備間的物理接口及比特傳輸規(guī)則。數(shù)據(jù)鏈路層：功能：在相鄰節(jié)點(diǎn)間無差錯地傳輸一幀數(shù)據(jù)內(nèi)容：尋址和封裝加入頭尾信息（如頭部的源和目標(biāo)的物理地址）；同步通知接收者開始接收幀數(shù)據(jù)；差錯控制

42、加入數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼；流控制協(xié)調(diào)收、發(fā)雙方數(shù)據(jù)傳輸速率，以免收方緩沖溢出。網(wǎng)絡(luò)層目的：數(shù)據(jù)鏈路層解決了相鄰兩直接連接節(jié)點(diǎn)之間的通信問題，不涉及數(shù)據(jù)經(jīng)過通信子網(wǎng)中多個轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)的通信問題。設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層的目的是要使報(bào)文分組以最佳路徑通過子網(wǎng)到達(dá)目的主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)用戶不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及所使用的通信介質(zhì)，通過網(wǎng)絡(luò)層的控制作用，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。主要功能：提供虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)兩種分組傳輸服務(wù)；分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由更新；擁塞控制。擁塞控制：當(dāng)注入通信子網(wǎng)中分組太多，受限于處理能力和緩沖能力中間節(jié)點(diǎn)來不及處理，而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能大幅度下降的現(xiàn)象稱為擁塞?？刹捎妙A(yù)先分配緩沖期資源、允許節(jié)點(diǎn)在必要時丟棄分組、限制進(jìn)入通信子

43、網(wǎng)的分組數(shù)等方法進(jìn)行擁塞控制。傳輸層：傳輸層在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間提供端到端的可靠地傳輸服務(wù)。端到端指的是源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的兩個傳輸層實(shí)體之間，不涉及路由器等中間節(jié)點(diǎn)。傳輸層具備功能：傳輸連接的建立和拆除、流量控制、擁塞控制、差錯控制、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的選擇等。會話層：在傳輸層服務(wù)的基礎(chǔ)上增加控制會話的機(jī)制，建立、組織和協(xié)調(diào)應(yīng)用進(jìn)程之間的交互過程；表示層：定義用戶或應(yīng)用程序之間交換數(shù)據(jù)的格式，提供數(shù)據(jù)表示之間的轉(zhuǎn)換服務(wù)，保證傳輸?shù)男畔⒌竭_(dá)目的端后意義不變；應(yīng)用層：直接面向用戶應(yīng)用，為用戶提供對各種網(wǎng)絡(luò)資源方便的訪問服務(wù)。TCP/IP參考模型-模型結(jié)構(gòu)：主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層；互聯(lián)網(wǎng)層主要功能是使主機(jī)可以把分

44、組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨(dú)立地傳向目標(biāo)；傳輸層功能是使源端和目標(biāo)端主機(jī)上的對等實(shí)體可以進(jìn)行會話，包含TCP和UDP兩個協(xié)議；TCP：傳輸控制協(xié)議，面向連接的協(xié)議；UDP：用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是不可靠的，無連接協(xié)議。應(yīng)用層。IEEE 802.3總線局域網(wǎng)網(wǎng)卡功能：網(wǎng)卡完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的大部分功能，包括物理連接、介質(zhì)訪問控制（CSMA/CD）、數(shù)據(jù)幀的封裝與解封、幀的發(fā)送與接收、錯誤校驗(yàn)、數(shù)據(jù)信號的編碼與解碼、數(shù)據(jù)的串、并行轉(zhuǎn)換等功能。MAC地址：每塊網(wǎng)卡上都有一個全球唯一的 MAC 地址，存放在網(wǎng)卡的站地址寄存器（PROM）中。MAC 地址是一個 48 位地址，前 24位是IEEE統(tǒng)一分配的網(wǎng)卡

45、制造廠家標(biāo)識號，后 24 位是生產(chǎn)廠家分配的網(wǎng)卡序列號，如 00-0F-B0-37-A4-E5；工作過程：當(dāng)網(wǎng)卡收到一個目的地址為非本機(jī)的幀或有差錯的幀時，它就丟棄該幀，并不通知它所在的計(jì)算機(jī)；當(dāng)網(wǎng)卡收到一個正確的幀時，它就使用中斷來通知該計(jì)算機(jī)并交付給上一層。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送高層交下來的數(shù)據(jù)時，就由協(xié)議棧向下交給網(wǎng)卡，組裝成幀后，發(fā)送到局域網(wǎng)。介質(zhì)訪問方法：通過對介質(zhì)訪問的控制可以解決在同一時間上多個設(shè)備同時爭用傳輸介質(zhì)。在隨機(jī)訪問方式中常用的爭用總線技術(shù)為CSMA/CD;在控制訪問方式中常采用令牌總線、令牌環(huán)方式。CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)：需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先需監(jiān)聽總線，

46、以判斷總線上是否存在其他站發(fā)送的信號。如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送；否則以某種算法等待一定時間間隔后重試。三種CSMA/CD堅(jiān)持退避算法：不堅(jiān)持CSMA：若介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；否則等待一段隨機(jī)時間再重復(fù)檢測；1-堅(jiān)持CSMA：若介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；否則繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑為止；p-堅(jiān)持CSMA：若介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送；否則以概率p發(fā)送或以(1-p)概率延遲一段時間后重新檢測。令牌訪問控制方式：按一定順序在各站點(diǎn)之間傳遞令牌，誰得到令牌誰有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)方式、令牌總線方式（特點(diǎn)：物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是令牌網(wǎng)；應(yīng)用：工廠自動化和過程控制 (適合總線狀的裝配線，并具有可預(yù)測的時延，能滿足

47、實(shí)時處理要求)）介質(zhì)訪問方法比較：CSMA/CD 優(yōu)點(diǎn)：協(xié)議簡單、安裝容易、總線可靠性高，在局域網(wǎng)中獲得了廣泛應(yīng)用。該協(xié)議給用戶提供均等的訪問權(quán)，在輕負(fù)載情況下，CSMA/CD有良好的延遲特性和吞吐能力。缺點(diǎn)：必須進(jìn)行沖突檢測，而且對最小幀長度有一定限制，因而對短報(bào)文存在帶寬浪費(fèi)現(xiàn)象。CSMA/CD隨負(fù)載的增加，沖突增加，性能迅速下降。由于隨機(jī)競爭發(fā)送和延遲等待，無法預(yù)知數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笱舆t，又沒有優(yōu)先級，因此不適用于實(shí)時系統(tǒng)。令牌環(huán)優(yōu)點(diǎn)：可使用多種傳輸介質(zhì)，可采用全數(shù)字技術(shù)，支持優(yōu)先級，支持短幀；將令牌環(huán)網(wǎng)做成星形環(huán)可自動檢測和隔離電纜故障；在高負(fù)載下可以獲得很高的傳輸效率。缺點(diǎn)：在低負(fù)載下時

48、延較大；由于采用集中式控制，對監(jiān)控站的可靠性要求較高。令牌總線優(yōu)點(diǎn)：具有極好的吞吐能力，而且其吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率增加而增加，并隨介質(zhì)飽和而穩(wěn)定下降。它不需沖突檢測，可以調(diào)節(jié)對介質(zhì)的訪問權(quán)，既可以公平地訪問，又可以提供優(yōu)先級，而且可以預(yù)知數(shù)據(jù)在網(wǎng)中的最大延遲，適用于實(shí)時系統(tǒng)。缺點(diǎn)：要進(jìn)行邏輯環(huán)的維護(hù)，而且物理層規(guī)范復(fù)雜，在輕負(fù)載情況下可能要等待許多無用的令牌幀傳遞，從而減少了對信道的利用率。結(jié)論在很重的負(fù)載下IEEE 802.3局域網(wǎng)徹底不能用，而基于令牌的局域網(wǎng)則可達(dá)到接近于100的效率。若負(fù)載范圍是從輕到中等，則三種局域網(wǎng)都能勝任。從市場情況看，以太網(wǎng)擁有最大的市場，而令牌總線網(wǎng)則很少使用

49、。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備：中繼器：對信號進(jìn)行整形放大、重新復(fù)制，并將新生成的信號轉(zhuǎn)發(fā)至下一網(wǎng)段或其他介質(zhì)段。中繼器使得網(wǎng)絡(luò)可以跨越一個較大的距離，中繼器兩端的數(shù)據(jù)速率、協(xié)議(數(shù)據(jù)鏈路層)和地址控件相同。網(wǎng)橋：是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接同一類型的局域網(wǎng)；網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯校驗(yàn)，再送到物理層，通過物理傳輸介質(zhì)送到另一個子網(wǎng)或網(wǎng)段；它具有尋址與路徑選擇的功能，在接收到幀之后，要決定正確的路徑將幀送到相應(yīng)的目的站點(diǎn)；網(wǎng)橋可以連接兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸速率、不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。它要求兩個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同或兼容的協(xié)議。路由器:網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，根據(jù)IP地址決定轉(zhuǎn)發(fā)；在路由器

50、所包含的地址之間，可能存在若干路徑，路由器可以為某次特定的傳輸選擇一條最好的路徑；當(dāng)路由器的一個接收包的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位于這個路由器所不連接的網(wǎng)絡(luò)中時，路由器有能力決定哪一個連接網(wǎng)絡(luò)是這個包最好的下一個中繼點(diǎn)。一旦路由器識別出一個包所走的最佳路徑，它將通過合適的網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳遞給下一個路由器。下一個路由器將繼續(xù)這種工作直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地址；路由器連接的所有網(wǎng)段的協(xié)議是一致的。網(wǎng)關(guān):傳輸層設(shè)備，又稱為網(wǎng)間協(xié)議變換器，用于實(shí)現(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間、包括使用不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)；一個普通的網(wǎng)關(guān)可用于連接兩個不同的總線或網(wǎng)絡(luò)。在報(bào)文從一個網(wǎng)段到另一個網(wǎng)段的傳送中，網(wǎng)關(guān)提供了一種把報(bào)文重新封裝

51、形成新的報(bào)文組的方式；在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中網(wǎng)關(guān)最顯著的應(yīng)用就是把一個現(xiàn)場設(shè)備的信號送往另一類不同協(xié)議或更高一層的網(wǎng)絡(luò)。CAN總線性能特點(diǎn):多主工作方式，任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息；節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同實(shí)時性要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最快可在134us內(nèi)得到傳輸；采用非破壞性的總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動退出發(fā)送；只需通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)及廣播等傳輸方式，無需專門的“調(diào)度”；節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)110個；采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的驗(yàn)錯效果；每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他

52、檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5kbps,通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m；報(bào)文標(biāo)識符可達(dá)2032種(CAN2.0A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的報(bào)文標(biāo)識符幾乎不受限制。CAN 的通信介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖。CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。基本概念：報(bào)文：當(dāng)總線開放時，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報(bào)文。信息路由：在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息(如站地址)。位速率： CAN的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一和固定的。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求：通過

53、發(fā)送一個遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送個相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。多主站：當(dāng)總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報(bào)文，而發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元，贏得總線訪問。仲裁：當(dāng)總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報(bào)文，若同時有兩個或更多的單元開始發(fā)送，總線訪問沖突運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助標(biāo)識符ID解決。安全性：為獲得盡可能高的數(shù)據(jù)傳送安全性，在每個CAN節(jié)點(diǎn)中均設(shè)有錯誤檢測、標(biāo)定和自檢的強(qiáng)有力措施。（檢錯措施：發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報(bào)文格式檢查。）出錯標(biāo)注和恢復(fù)時間：已損報(bào)文由檢出錯誤的任何節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。這樣的報(bào)文將失效，并自動進(jìn)行重發(fā)送。（如果不存在新的錯誤，自檢出錯誤至下一個報(bào)文開始發(fā)送的恢

54、復(fù)時間最多為29個位時間。）故障界定：CAN節(jié)點(diǎn)有能力識別永久性故障和短暫擾動，可自動關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)?？偩€數(shù)值表示：總線上具有兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值：顯性電平或隱性電平。在顯位與隱位同時發(fā)送期間，總線上數(shù)值將是顯位。應(yīng)答：所有接收器均對接收報(bào)文的相容性進(jìn)行檢查，回答一個相容報(bào)文，并標(biāo)注一個不相容報(bào)文。數(shù)據(jù)相容性：在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報(bào)文同時被所有節(jié)點(diǎn)或者沒有節(jié)點(diǎn)接收。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯處理達(dá)到的?？偩€上具有兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值：顯性電平或隱性電平。在顯位與隱位同時發(fā)送期間，總線上數(shù)值將是顯位。在隱性狀態(tài)下，Vcan-h和Vcan-l被固定在平均電壓電平，Vdiff近似為零。顯性狀

55、態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。 當(dāng)總線電壓差小于0.5V時，接收為隱位，隱位電壓差的正常值為0V；當(dāng)電壓差大于0.9V時，為顯位，顯位電壓差的正常值為2.0V，合格的顯位電壓差的最小值為1.2V；0.50.9V為變化的過渡區(qū)；共模電壓為-2+7 V。 CAN總線上任意兩個節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。/報(bào)文的傳送及幀結(jié)構(gòu)：發(fā)出報(bào)文的單元成為該報(bào)文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失仲裁前始終為發(fā)送器。如果一個單元不是報(bào)文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元就是接收器。/報(bào)文中的位流按照非歸零碼(NRZ)方法編碼，即一個完整的位電平要么是顯性，要么是隱性。/報(bào)文傳送由 4 種不同類型的

56、幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀和超載幀。/構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5位連續(xù)的相同數(shù)值時，將自動地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。CSMA/CD非破壞仲裁：CAN網(wǎng)的MAC層采用CSMA/CD的非破壞仲裁技術(shù)?？偩€上當(dāng)顯性位(0)與隱性位(1)進(jìn)行線與時，隱性位被稱為沖突，在競爭中退出。非破壞性優(yōu)先權(quán)逐位仲裁規(guī)則：欲發(fā)幀的節(jié)點(diǎn)當(dāng)總線在空閑時同時發(fā)送幀且同步于SOF的上升沿；各幀的標(biāo)識字段在總線同時相遇，借助總線使

57、標(biāo)識字段逐位“線與”，根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行沖突仲裁；如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)沒有監(jiān)測到?jīng)_突，則繼續(xù)發(fā)送下一位；若監(jiān)測到?jīng)_突，則立即中斷，不再繼續(xù)后面位的傳送；各標(biāo)識字段逐位線與后，未監(jiān)測到?jīng)_突的字節(jié)便獲得優(yōu)先發(fā)送權(quán)，可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀后面的各字段；監(jiān)測到?jīng)_突的節(jié)點(diǎn)，則不能發(fā)送后面的數(shù)據(jù)字段，而等待下一次發(fā)送。報(bào)文傳輸和幀結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀：通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；出錯幀：由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀：用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。幀間空間：數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀通過幀間空間與當(dāng)前幀分開。/數(shù)據(jù)幀：由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)

58、場、 CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)場長度可為0。數(shù)據(jù)幀-幀起始：由一個顯性位構(gòu)成，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許站開始發(fā)送。所有站都必須同步于首先開始發(fā)送的那個站的幀起始前沿。仲裁場:仲裁場由標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位組成。標(biāo)準(zhǔn)幀中仲裁場為12位，擴(kuò)展幀中為32位?？刂茍?6位，由4位長度碼和2個保留位（必須為顯性）組成，表示數(shù)據(jù)碼長度；數(shù)據(jù)場：由控制場確定字節(jié)數(shù)，可以為0-8個字節(jié)，每個字節(jié)8位，先發(fā)送最高有效位；CRC場：16位，包括CRC校驗(yàn)位和1個CRC界定符（隱性位）；應(yīng)答場：2位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，2個隱性位；幀結(jié)束：7個連續(xù)隱性位。/仲裁場(Arbitration Fra

59、me)：由標(biāo)識符和遠(yuǎn)程請求發(fā)送位(RTR)組成。幀的優(yōu)先級：隱性位代表1，顯性位代表0。在仲裁場的標(biāo)識符中，若按0、1計(jì)算的數(shù)值越小，則優(yōu)先級越高。因此，在整個網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級都是不同的（因?yàn)槊抗?jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號不同）。按照以上原則，優(yōu)先級高的幀會自動屏蔽掉優(yōu)先級低的幀。數(shù)據(jù)場：由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括08個字節(jié)，每個字節(jié)8位。首先發(fā)送的是最高有效位。CRC場：包括CRC序列，后隨CRC界定符（隱位）。應(yīng)答場(ACK)：在應(yīng)答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位，當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器就會在應(yīng)答間隙期間向發(fā)送器發(fā)送“顯性”的位以示應(yīng)答。幀結(jié)束：每個數(shù)據(jù)幀由7個隱位組成的標(biāo)志序列界定標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀：在CAN2.0B存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識符的長度，具有11位標(biāo)識符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識符的幀稱為擴(kuò)展幀。遠(yuǎn)程幀：激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以借助于傳送一個遠(yuǎn)程幀初始化各自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個不同分位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。特點(diǎn)：1、不存在數(shù)據(jù)場2、仲裁場中RTR為隱位