網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及應(yīng)用重點(diǎn)

1、第一章現(xiàn)代用于信息交流的三大網(wǎng)絡(luò)是電信網(wǎng)、電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成與發(fā)展的階段：第1階段 計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雛形。從嚴(yán)格意義上講，這時(shí)的系統(tǒng)不能算計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，終端不具備自主處理能力；第2階段 完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議研究，形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。形成ARPA網(wǎng)、公共數(shù)據(jù)網(wǎng) PDN ( Public Data Network )、局部網(wǎng)絡(luò) LN ( Local Network)，提出不同的 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議， 女口 IBM 的 SNA( System Network Architecture )、DEC 的 DNA ( Digital Networ

2、k Architecture )；第3階段加速網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議國際標(biāo)準(zhǔn)化的研究與應(yīng)用。國 際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1984年頒布ISO/IEC7498國際標(biāo)準(zhǔn)，即開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI RM(Open System Interconnection Referenee Model );第4階段 各種類型的網(wǎng)絡(luò)全面互聯(lián)，并向?qū)拵Щ?、高速化、智能化方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義：將地理位置不冋并且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信線路和通信設(shè)備相互連接在一起，由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件進(jìn)行管理，以實(shí)現(xiàn)資源共享和相互通信的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立的主要目的是資源共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)具有自治特點(diǎn)。分別

3、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理主要由主計(jì)算機(jī)系 向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)都要遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與組成： 從邏輯上可以分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng), 和數(shù)據(jù)通信兩個(gè)基本功能。 資源子網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)中面向數(shù)據(jù)處理的資源集合， 統(tǒng)、終端及各種軟件資源和數(shù)據(jù)資源組成， 負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通信子網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)中面向數(shù)據(jù)傳輸或者數(shù)據(jù)通信的部分資源集合，包括傳輸線路、網(wǎng)絡(luò)通信控制處理機(jī)與其他通信設(shè)備， 主要完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸、 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等功計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的定義及特點(diǎn)： 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有輸入端口和輸出端口

4、，節(jié)點(diǎn)間通過線路首尾相接，組成一個(gè)閉合的環(huán)路。(1)每個(gè)站點(diǎn)接收從一端鏈路傳來的數(shù)據(jù)，并送到另一端鏈路，為單向傳遞。(2)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)帶有目的地址，目的節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)復(fù)制數(shù)據(jù)，該 數(shù)據(jù)最終回到發(fā)送節(jié)點(diǎn)。(3)各節(jié)點(diǎn)共享環(huán)路信道，需要媒體訪問控制策略?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的定義及特點(diǎn)：有一條被稱為總線的公共傳輸介質(zhì)，所有站點(diǎn)都通過相應(yīng)的硬件接口直接連到總線上，它是一個(gè)能被總線上所有節(jié)點(diǎn)使用的公共信道。(1)任何站點(diǎn)都可以向總線上發(fā)出數(shù)據(jù)， 任何站點(diǎn)都可以接收到數(shù)據(jù)信號(hào)。(2)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)帶有目 的地址，目的節(jié)點(diǎn)復(fù)制該數(shù)據(jù)。 （ 3）所有站點(diǎn)共享一條傳輸信道， 同一時(shí)刻只能由一個(gè)節(jié)點(diǎn) 發(fā)送數(shù)據(jù)。按

5、照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為：廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展階段：第 1 階段 人工控制階段 氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)（ 20 世紀(jì) 50 年代以前）。第 2 階段 模擬控制階段（ 20 世紀(jì) 50 年代）。生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、多點(diǎn)測(cè)控，出現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)儀表與集中控制室； 控制理論： 以傳遞函數(shù)作為模型描述方法，以根軌跡、頻率法作為 基本的分析和綜合方法；控制方法：基本 PID 控制與串級(jí)、前饋控制等；控制儀表：氣動(dòng)、 電動(dòng)單元組合式儀表， 0.02O.IMPa氣壓信號(hào)、420mA直流電流信號(hào)、15V直流電壓 信號(hào)等模擬信號(hào)傳送到集中控制室， 信號(hào)傳遞困難，變化緩慢，抗干擾能力較差。第 3

6、 階段集中式數(shù)字控制階段 20世紀(jì)60年代 70年代中期。（ 1 ）直接數(shù)字控制一臺(tái)計(jì)算機(jī) 替代一組模擬控制器， 實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過程被控參數(shù)的信息， 按照控制算法運(yùn)算后， 控制執(zhí)行 器。（ 2）集中型計(jì)算機(jī)控制一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代控制室的所有儀表，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度和工廠管理的部分功能。 （ 3）分層計(jì)算機(jī)控制過程現(xiàn)場(chǎng)控制與集中顯示操作相分離。第4階段集散控制系統(tǒng)（DCS）階段一一20世紀(jì)70年代中期。集中與分散相結(jié)合；總體邏輯結(jié)構(gòu)上 是一個(gè)分支型結(jié)構(gòu)， 分為過程控制級(jí)、 控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)。 體現(xiàn)了管理的集中性和控 制的分散性， 把控制功能分散到若干臺(tái)控制站，在監(jiān)控操作站進(jìn)行集中監(jiān)視操作。第 5階段

7、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)階段 20世紀(jì) 80年代中后期。全分布式測(cè)控系統(tǒng)；溝通生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng) 控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的關(guān)系； 雙向通信全雙工數(shù)字智能儀表，傳輸信號(hào)數(shù)字化；產(chǎn)品互換性和互操作性。國際電工委員會(huì)制定的國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61158對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）的定義：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?，F(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)： （ 1）現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。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。 （ 2）數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)底

8、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)。（ 3）開放互連網(wǎng)絡(luò)。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。（ 4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)。用一根通信線直接互連 N 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 （ 5）結(jié)構(gòu)與功能高度分散的系統(tǒng)。 （ 6） 互操作性與互換性網(wǎng)絡(luò)。 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

9、似的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以互相替換?，F(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)。（ 1）導(dǎo)線和連接附件大量減少。（ 2）儀表和輸入輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）大量減少。（ 3）設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低。（ 4）維護(hù)開銷大幅度下降。（ 5）系統(tǒng)可靠性提高。 （ 6）系統(tǒng)測(cè)量與控制精度提高。（ 7）系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。（ 8）系統(tǒng)具有強(qiáng)大的（遠(yuǎn)程）故障診斷功能。（9）設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和系統(tǒng)集成方便自由。（10）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)展更為方便。（11）為企業(yè)信息系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了重要條件。1989 年 Profibus 成

10、為德國現(xiàn)場(chǎng)總線國家標(biāo)準(zhǔn)。1990 年 FIP 成為法國國家標(biāo)準(zhǔn)。目前， IEC 公布的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)為 IEC61158。通信的三個(gè)要素：信源、信宿和信道。通信系統(tǒng)的任務(wù)是把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過介質(zhì)傳送到目的地。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)的定義及三者的關(guān)系：信息是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的方式， 是認(rèn)識(shí)主體所感知或表述事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方式。數(shù)據(jù)是傳遞信息的載體，是事物的表示形式。信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表現(xiàn)形式，即數(shù)據(jù)的物理量編碼， 數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式傳播。信道：信號(hào)傳輸?shù)耐?，也叫物理信道，由發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備以及二者間的傳 輸介質(zhì)組成。在物理信道的基礎(chǔ)上，只

11、考慮發(fā)、送雙方的通路關(guān)系，叫做邏輯信道。信道帶寬：信道上能夠傳送信號(hào)的最大頻率范圍，即信道可傳信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差。當(dāng)信號(hào)帶寬大于信道帶寬時(shí)，信號(hào)就不能在該信道上正確傳輸，或信號(hào)失真。比特率：數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈凰俾?bps，b/s)。碼元：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。波特率：信號(hào)碼元的傳輸速率(l/s，baud)。信道容量：信道的最大傳輸速率，指一個(gè)信道在傳輸差錯(cuò)率趨于零的情況下可能傳輸最 大信息量的能力。用單位時(shí)間內(nèi)最大可傳送信息的比特?cái)?shù)表示?；鶐鬏敚涸跀?shù)字通信信道上直接傳輸數(shù)據(jù)基帶信號(hào)的傳輸方法。頻帶傳輸：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再通過帶通型模擬信道傳輸調(diào)制后的信號(hào)，接收方通過解調(diào)得到原來

12、的基帶信號(hào)的傳輸方法。信源編碼：在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的終端設(shè)備中將原始的信息轉(zhuǎn)換成用代碼表示的數(shù)據(jù)的過 程。信號(hào)編碼：將數(shù)據(jù)的信源編碼形式變換到某一種適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式的過程。數(shù)據(jù)的模擬編碼方法：幅移鍵控ASK(Amplitude Shift Keying)，調(diào)幅；頻移鍵控FSK(Frequency Shift Keying)，調(diào)頻；相移鍵控 PSK(Phase Shift Keying)，調(diào)相。*0 ； 0iiii1 :! 11ao :1ro : 01；01H1111i申iidi11ImimIi11i<t>i411mKi1ll1imhi1fl1(Hi4il1n1TIIII|!II

13、I1IIIl|!I|iI|4I|IIIIBIIIIIIIIIIIihIdiII111II非歸零編碼 NRZ( Non-Return to Zero)：二進(jìn)制數(shù)字 0、1分別用負(fù)電平和正電平來 表示。常用-5V表示1，+5V表示0。非歸零反向編碼：電平發(fā)生跳變表示1，不跳變表示0。信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼：用三個(gè)電平表示二進(jìn)制的數(shù)據(jù)(零、正、負(fù))；二進(jìn)制數(shù)字“ 0用無電壓狀態(tài)表示；二進(jìn)制數(shù)字“ 1用正脈沖或負(fù)脈沖表示，數(shù)字“ 1脈沖在極性上交替進(jìn)行。偽三元碼：用三個(gè)電平表示二進(jìn)制的數(shù)據(jù)；二進(jìn)制數(shù)字“ 1”無電壓狀態(tài)表示；二進(jìn)制數(shù)字“0用正脈沖或負(fù)脈沖表示，數(shù)字“0脈沖在極性上交替進(jìn)行。曼徹斯特編碼(Man

14、chester code):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 t低的跳變一一0,低t高的跳變 一一1oV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)，使接收端的時(shí)鐘與發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘保持一致。曼徹斯特編碼也稱為自同步碼(Self-Synchronizing Code )。它具有自同步機(jī)制，無需外同步信號(hào)。差分曼徹斯特編碼 (Difference Manchester code) ：每一位數(shù)據(jù)的中間位置也出現(xiàn)電平的跳 變，二進(jìn)制數(shù)據(jù)并不決定于電平跳變的方向， 而是以數(shù)據(jù)位開始時(shí)刻是否出現(xiàn)電平跳變作為 編碼依據(jù)，在數(shù)據(jù)開始邊界發(fā)生跳變表示 “0，”否則表

15、示 “1”。奈奎斯特定理(采樣定理)：如果連續(xù)變化的模擬信號(hào)最高頻率為F,若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則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)。香農(nóng)定理：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限信息傳輸速率為C=Blb(1+S/N) 。若要提高系統(tǒng)的傳輸速率，只有通過提高信道帶寬和提高信噪比兩種途徑。Nyquist公式和Shannel公式的比較：C= 2W log2M，此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加。 C= W log2(1+S/N) ，無論采樣頻率多高，信號(hào)編碼分多少級(jí)，此公式 給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。并行通信： 數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸， 每位

16、單獨(dú)使用一條線路。 通 信速度高， 不必過多地考慮同步問題，適用于距離較近時(shí)的數(shù)據(jù)通信； 距離較遠(yuǎn)時(shí)，增加通 信電纜費(fèi)用。串行通信：數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸。易于實(shí)現(xiàn)，比較便宜，適用于長距離 通信；傳輸速度慢，傳輸中需考慮同步問題。數(shù)據(jù)傳輸模式 (通信方式 ) 數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向：單工通信( simplex communication )，信 道是單向通道；信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸，發(fā)送端和接收端是固定的。半雙工通信(half-duplex communication )，信號(hào)可以雙向傳輸； 兩個(gè)方向只能交替進(jìn)行， 不能同時(shí)進(jìn)行； 通信雙方可以是發(fā)送端和接收端，但任意時(shí)刻一方只能是發(fā)送端或接

17、收端。全雙工通信(full-duplex communication )，信道可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸；通信雙方可以同時(shí)是發(fā)送端和 接收端。數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要討論通信雙方如何通過子網(wǎng)有序地交換數(shù)據(jù)，可分為線路交換方式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。線路交換： 是指雙方在通信時(shí)在通信子網(wǎng)中具有一個(gè)實(shí)際的物理連接，這一物理連接是兩者間的專用通信線路。 一旦建立連接就獨(dú)占線路； 無糾錯(cuò)機(jī)制； 建立連接后， 傳輸延遲??； 線路利用率低。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)： 在交換過程中， 交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)， 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， 分為報(bào)文交換和報(bào)文分組交換。多個(gè)節(jié)點(diǎn)分時(shí)共享通信信道，線路利用率高； 節(jié)

18、點(diǎn)具有路選功能， 報(bào)文動(dòng)態(tài)得到最佳路徑，平滑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信量；差錯(cuò)控制，提高通信可靠性；實(shí)現(xiàn)不同速率轉(zhuǎn)換，不同代碼格式轉(zhuǎn)換；具有較大傳輸延遲；附加信 息增加通信設(shè)備開銷。報(bào)文交換：整個(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體一起發(fā)送。1)報(bào)文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜；2)大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長；3)出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。報(bào)文分組交換： 限制數(shù)據(jù)包的最大長度， 將一個(gè)長報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組， 在接收端再 組合成一個(gè)長報(bào)文， 分為數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式。1)報(bào)文分組短，存儲(chǔ)量要求較小，可以用內(nèi)存來緩沖分組 速度快； 2)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小 適用于交互式通信； 3)某個(gè)分組出錯(cuò) 僅重發(fā)該分組 效率高。數(shù)據(jù)報(bào)方式：每個(gè)數(shù)據(jù)

19、包的存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)發(fā)都是獨(dú)立進(jìn)行的，與原先發(fā)送的其他報(bào)文 分組無關(guān)。 1)每個(gè)分組中都必須有目的地址和源地址； 2)同一報(bào)文的不同報(bào)文分組可以通 過不同的路徑，數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路； 3)有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控 制和路由選擇功能； 4)可能在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)報(bào)文分組的亂序、重復(fù)和丟失。虛電路方式：報(bào)文分組發(fā)送之前，必須建立一條預(yù)定的路由連接(邏輯連接) ，之后報(bào) 文分組都沿著這條路由傳遞。 1)除呼叫外，其他分組不必帶目的地址、源地址，只需差錯(cuò) 控制，不必路由選擇，延遲較小； 2)到達(dá)時(shí)不會(huì)丟失、重復(fù)和亂序； 3)每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以建立 多條虛電路。雙絞線：由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線

20、按一定規(guī)則螺旋絞合在一起構(gòu)成。 分為屏蔽雙絞線(STP)和非屏蔽雙絞線(UTP )?；鶐S電纜：一條電纜只用于一個(gè)信道， 50 ，用于數(shù)字傳輸。 寬帶同軸電纜：一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)， 75 ，用于模擬傳輸， 300450MHz , 100km，需要放大器。多路復(fù)用技術(shù)： FDM (頻分復(fù)用 )、WDM ( 波分復(fù)用 )、TDM ( 時(shí)分復(fù)用 )。頻分復(fù)用： 物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號(hào)帶寬時(shí)， 將物理信道的總帶寬劃分為 多條較小帶寬的信道，各信道間保留一個(gè)保護(hù)頻帶，每條信道供一對(duì)用戶使用。波分復(fù)用： 整個(gè)波長頻帶被劃分為若干個(gè)波長范圍， 每個(gè)用戶占用一個(gè)波長范圍來進(jìn)行

21、 傳輸。時(shí)分復(fù)用： 當(dāng)傳輸介質(zhì)的傳輸速率超過了傳輸信號(hào)所需的數(shù)據(jù)傳輸率時(shí)，將傳輸時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片，在這一時(shí)間片內(nèi)用戶使用信道全部帶寬。競爭的介質(zhì)訪問方法： ALOHA 方法、時(shí)間片 ALOHA 方法、載波偵聽多路存取方法 (CSMA )、CSMA/CD 帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多點(diǎn)訪問。ALOHA 方法：有數(shù)就發(fā)， 發(fā)送后等待應(yīng)答， 無應(yīng)答延時(shí)重發(fā)， 直至返回應(yīng)答成功。 ( 1) 任何節(jié)點(diǎn)只要有數(shù)據(jù)就立即發(fā)送。( 2)發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答，即判斷為發(fā)送成功；未收到接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答，則認(rèn)為傳輸出錯(cuò)，重發(fā)數(shù)據(jù)。( 3)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)也發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)出現(xiàn)

22、沖突，接收節(jié)點(diǎn)不能正確接收數(shù)據(jù)，也就不回送應(yīng)答。( 4)發(fā)現(xiàn)傳輸出錯(cuò)后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)隨機(jī)延時(shí)后重發(fā)，直至成功為止。時(shí)間片 ALOHA 方法：將信道時(shí)間分成相等的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片等于(或稍大于)一 幀數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間， 網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)都使用同一時(shí)鐘， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能在每個(gè)時(shí)間片開始的時(shí)刻 發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，沖突重發(fā)幀也必須如此。載波偵聽多路存取方法( CSMA )：( 1)工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽。每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù) 之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。 若有，則此站不能發(fā)送， 需等待一段時(shí)間后重試。 ( 2) 載波監(jiān)聽策略：非堅(jiān)持 CSMA ：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再 次監(jiān)聽。堅(jiān)持 C

23、SMA ：監(jiān)聽到信道忙時(shí)，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。1-堅(jiān)持 CSMA ：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)；P-堅(jiān)持CSMA :聽到信道空閑時(shí)，以概率 p發(fā)送數(shù)據(jù)(以概率1-p 延遲一段時(shí)間后再發(fā)送) 。CSMA/CD 帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多點(diǎn)訪問:發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑 則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時(shí)，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送。等待一段 隨機(jī)時(shí)間(稱為退避)以后，再重新嘗試。 CSMA/CD 可歸結(jié)為四句話:發(fā)前先偵聽，空閑 即發(fā)送，邊發(fā)邊檢測(cè)，沖突時(shí)退避。確定型介質(zhì)訪問控制方法:令牌總線( IEEE 802.4)、令牌環(huán)( IEEE802.5)。令牌總線( IEEE 8

24、02.4):( 1 )物理上是總線結(jié)構(gòu)，邏輯上是環(huán)結(jié)構(gòu)。( 2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄本站地址(TS)、前趨站地址(PS)、后繼站地址(NS)，地址首尾相連，構(gòu)成封閉的環(huán)。( 3)令牌是特殊結(jié)構(gòu)的控制幀，管理節(jié)點(diǎn)對(duì)總線的訪問權(quán)，任何節(jié)點(diǎn)只有在取得令牌后才 能使用公共通信總線發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌持有站交出令牌的條件:(1)該站沒有數(shù)據(jù)幀等待發(fā)送； (2)該站已發(fā)送完所有待發(fā)送的數(shù)據(jù)； (3)令牌持有最大時(shí)間到。特點(diǎn):(1)通過令牌協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系；(2) 提供用戶對(duì)公共通信總線訪問的公平性和優(yōu)先權(quán)；( 3)總線上介質(zhì)訪問延遲具有確定性。令牌環(huán)（IEEE802.5）:點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)。令牌環(huán)操作

25、：1）誰可以發(fā)送幀，是由一個(gè)沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)的稱為“令牌”（TOKEN ）的特殊幀來控制的。只有拿到令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站將令牌轉(zhuǎn)變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。3 ）數(shù)據(jù)幀通過任何一個(gè)站點(diǎn)（除源站點(diǎn)外）時(shí)，該站點(diǎn)都要把幀的目的地址和本站地址相比較：a）如果地址相符合，則將幀拷貝到接收緩沖器，供高層軟件處理，同時(shí)將幀送回環(huán)中；b）如果地址不符合，則直接將幀送回環(huán)中。4）數(shù)據(jù)循環(huán)一周后由發(fā)送站回收。即發(fā)送的幀在環(huán)上循環(huán)一周后再 回到發(fā)送站時(shí)，發(fā)送站將該幀從環(huán)上移去，同時(shí)再放一個(gè)空令牌到環(huán)上，使其余的站點(diǎn)能獲得發(fā)送幀的許可權(quán)。實(shí)際的信道上存在三類損

26、耗：衰減、延遲、噪聲。差錯(cuò)控制通常采用在信息碼元的基礎(chǔ)上增加一些冗余碼元，冗余碼元與信息碼元之間存在一定的關(guān)系，傳輸時(shí)，將信息碼元與冗余碼元組成碼組（碼字）一起傳輸。差錯(cuò)控制方式：（1）在碼組中帶有足夠的冗余信息，以便在接收后能夠發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)，簡稱為糾錯(cuò)；（2 ）在碼組中僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息，靠重發(fā)保 證正確傳輸，簡稱為檢錯(cuò)重發(fā)方式。海明碼：糾錯(cuò)碼編碼，碼組長度、冗余校驗(yàn)位長度、碼組中的最大數(shù)據(jù)位關(guān)系：心2一】n：碼組位長度；r :冗余校驗(yàn)位長度；k :碼組中最大數(shù)據(jù)位長度。當(dāng)數(shù)據(jù)長度不能滿 足最大數(shù)據(jù)位長度值時(shí)，可以用固定的數(shù)據(jù)位填充。冗余碼從左至右依次填充到2j

27、（j=0,1,川）的位置上，碼組中剩余位填充數(shù)據(jù)位24P、p3*p沖phititrtiip5如果冗余碼的位數(shù)為r，則存在這樣一個(gè)（2r-1 ）行*r列的編碼矩陣，矩陣元素等于0或1,并且每一行的元素所組成的二進(jìn)制編碼等于行數(shù)的二進(jìn)制編碼。對(duì)于海明糾錯(cuò)碼，要 求碼組數(shù)據(jù)與這一矩陣相乘滿足：WA*C*C*)如Aj勺- 0A %-A 1 br一Ai Qbl, =0 ； I廠1廠“廠汽廠°矩陣的乘除運(yùn)算與普通矩陣的乘除運(yùn)算一樣，加減運(yùn)算為異或”運(yùn)算。接收方收到數(shù)據(jù)后，將碼組數(shù)據(jù)與發(fā)送方編碼時(shí)用的編碼矩陣相乘，若得到的行矩陣為零矩陣，說明傳輸正確；否則傳輸錯(cuò)誤，且出錯(cuò)位是這一行的元素所組成的二

28、進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng) 的數(shù)據(jù)位。例：給出數(shù)據(jù)（信息）1101的海明碼編碼、譯碼和糾錯(cuò)過程（1）編碼長度確定根據(jù)公式，選擇：數(shù)據(jù)長度 k=4;冗余碼長r=3;碼組長n=7。(2) 計(jì)算海明碼編碼001010011(000)01110111得到：P仁 1, P2=0, P3=0海明編碼為(1 0 1 0 1 0 1)(3) 譯碼過程假設(shè)接收方接收數(shù)據(jù)為(10 1 0 1 11)001010011(1010111)100101110111= (110)說明傳輸出錯(cuò)，(1 1 0)2=6第6位出錯(cuò)。(4) 糾錯(cuò)將接收到的編碼左數(shù)第 6位取反，恢復(fù)出正確數(shù)據(jù)。(1 0 1 0 1 1 1 )t( 1 0 1 0

29、 1 0 1)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC,Cyclic Redundancy Check )編碼：一種通過多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤的 方法。收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)(其最高階和最低階系數(shù)必須為1),發(fā)送方在幀的末尾加上校驗(yàn)和，使帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被G(x)整除。接收方收到后，用 G(x)除多項(xiàng)式，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼步驟：(1)將信息碼組中的全部k位數(shù)據(jù)當(dāng)作一個(gè)從 Xk-1到X0的二進(jìn)制多項(xiàng)式系數(shù)序列，對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式稱為碼多項(xiàng)式。(2)發(fā)收雙方預(yù)先約定好一個(gè)處理多項(xiàng)式，稱為生成多項(xiàng)式，假設(shè)生成多項(xiàng)式是一個(gè)r階多項(xiàng)式。(3)發(fā)送方將信息碼組中的k位數(shù)據(jù)后添加r個(gè)0,相應(yīng)的碼多項(xiàng)

30、式變成一個(gè)(k+r-1 )階多項(xiàng)式。(4)將新多項(xiàng)式與生成 多項(xiàng)式相除，乘除運(yùn)算與普通代數(shù)多項(xiàng)式的乘除運(yùn)算一樣，加減運(yùn)算相當(dāng)于對(duì)應(yīng)系數(shù)的異或運(yùn)算，求得一個(gè)(r-1 )階余數(shù)多項(xiàng)式。(最高次Xr-1的系數(shù)可以為零)。(5)將余數(shù)多項(xiàng)式 的系數(shù)作為冗余數(shù)據(jù)加到原來的k位數(shù)據(jù)后，構(gòu)成一個(gè)(k+r )位的碼組，發(fā)送方將這一碼組數(shù)據(jù)發(fā)出。(6)接收方接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)作為多項(xiàng)式系數(shù)形成一個(gè)(k+r-1 )階的多項(xiàng)式，并用這一多項(xiàng)式與生成多項(xiàng)式相除，如果余數(shù)多項(xiàng)式的系數(shù)均為0,則說明傳輸正確；否則，認(rèn)為傳輸出錯(cuò)。例：待校驗(yàn)數(shù)據(jù)1101011011，生成多項(xiàng)式 G(x)系數(shù)為10011，求發(fā)送方發(fā)出的比特

31、序 列(1) G(x)系數(shù)為10011,則G(x) = x4+x+1 ,即生成多項(xiàng)式階數(shù) r=4。(2) 數(shù)據(jù)碼后添加 4個(gè)0，新多項(xiàng)式系數(shù)為 (3) 多項(xiàng)式相除，求余數(shù)多項(xiàng)式，多項(xiàng)式的運(yùn)算實(shí)際是系數(shù)間的運(yùn)算:1 1 0 0 0 0 1 0 1 010011/110101103100(1010 0 111 0 0 1 I10 0 11n n n o 1 o 1 i o10 0 111 C 1 0 010 0 111110余數(shù)余數(shù)多項(xiàng)式的系數(shù)為 1110。(4) 傳送序列 第三章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合，也就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能的定義和抽象。國

32、際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于1997年成立了專門的機(jī)構(gòu)來研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo) 準(zhǔn)化問題。不久之后，ISO就提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI RM ( Open SystemInterconnection Referenee Model)。開放是指遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)的任何系統(tǒng)之間均可通信；系統(tǒng)是指各系統(tǒng)中與互連有關(guān)的部分模型層次劃分的原則： 網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)都有相同的層次， 相同層次具有同樣的功能； 同一節(jié) 點(diǎn)內(nèi)相鄰層次間通過接口通信； 每一層使用下層提供的服務(wù)， 并向上層提供服務(wù)； 不同節(jié)點(diǎn) 的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的通信。在OSI參考模型中，層次越靠上，其與信息處理的關(guān)系越密切，層次越靠下，其

33、與通 信的關(guān)系越密切。數(shù)據(jù)單元在 OSI參考模型不同的層次中名稱也不相同，物理層以比特流方式傳輸；數(shù) 據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元稱為幀；網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)報(bào)文分組；傳輸層的數(shù)據(jù)單元稱為報(bào)文；會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層的數(shù)據(jù)單元統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)包。服務(wù)是同一開放系統(tǒng)中相鄰層之間的操作，協(xié)議則是不同開放系統(tǒng)的對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行虛通信所必須遵守的規(guī)定。OSI參考模型中每一層都要依靠下一層提供的服務(wù)。為了提供服務(wù)，下層把上層的PDU作為本層的數(shù)據(jù)封裝，然后加入本層的頭部(和尾部)。頭部中含有完成數(shù)據(jù)傳輸所需的控制信息。這樣，數(shù)據(jù)自上而下遞交的過程實(shí)際上就是不斷封裝的過程。到達(dá)目的地后自下而上遞交的過程就是不斷拆封的過

34、程。由此可知，在物理線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，其外面實(shí)際上被包封了多層 信封”。但是，某一層只能識(shí)別由對(duì)等層封裝的信封”而對(duì)于被封裝在 信封”內(nèi)部的數(shù)據(jù)僅僅是拆封后將其提交給上層，本層不作任何處理。物理層是OSI RM的最低層，向下是物理設(shè)備，物理設(shè)備直接與物理傳輸介質(zhì)相連接。通信設(shè)備一一DTE與DCE : DTE是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指具有一定數(shù)據(jù)處理能力和具有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備，可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可以是一個(gè)I/O設(shè)備。DCE是數(shù)據(jù)通信(或電路端接)設(shè)備，是介于傳輸介質(zhì)與DTE之間的設(shè)備，提供信號(hào)交換和編碼功能，負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放物理連接，Modem就是典型的DCE。DTE和DCE之間既有數(shù)據(jù)信

35、息傳輸，又有控制信息傳輸，它們之間的協(xié)議就是物理接口協(xié)議。目前所說的物理層協(xié)議實(shí)際上是物理接口協(xié)議，也就是DTE與DCE之間的一組約定。標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C接口定義了 25個(gè)信號(hào)針，常用9針的簡化接插件。薦號(hào)站針引腳9軒引腳借號(hào)就甸TU)23笈逞數(shù)掘Kxl)32Kta按收?qǐng)?bào)楓RTS47輸出請(qǐng)求岌送CTSsS輸人漬僚發(fā)送DSR66輸入雜摒袞覺塔備好GND75盤號(hào)地DCDn1DTR104R】229輸人RS-232C采用了較高的傳輸電平，且為雙極性、公共地和負(fù)邏輯，即規(guī)定邏輯“1 狀態(tài)電平為-15 -5V，邏輯“0狀態(tài)電平為+5+15V，其中-5+5V用作信號(hào)狀態(tài)的變遷區(qū)。計(jì)算 機(jī)均采用TTL邏輯電

36、平。TTL電平規(guī)定低電平 “0在 0+0.8V之間，高電平 “ 1在+2.4+5V 之間，因此在TTL電路與RS-232C總線之間要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換及正反邏輯的轉(zhuǎn)換，否則將 使TTL電路燒毀。MAX232芯片：T1IN引腳為TTL電平輸入端，轉(zhuǎn)換后的RS-232C電平由T1OUT送出； 而R1IN引腳接受RS-232C電平，轉(zhuǎn)換后的 TTL電平由R1OUT輸出。如此，完成了 TTL 到RS-232C （發(fā)送）以及 RS-232C到TTL （接收）的電平與邏輯的轉(zhuǎn)換。丁丄飾入TIinTTL® 出RIhttRIlnRS-232C 扎7MAX232PC機(jī)與單片機(jī)之間的 RS-232C通信網(wǎng)絡(luò)

37、：PC機(jī)串行口給出的已是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C電RS-423A/RS-422A總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)線也是負(fù)邏輯且參考電平為地，與平，而單片機(jī)則為 TTL電平，采用 MAX232芯片就可實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)RS-232C規(guī)定為 -15+15V 有所不同， 這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 -6+6V 。與 RS-232C 的單端驅(qū)動(dòng)非差分接收方式相 比， RS-423A 是一個(gè)單端驅(qū)動(dòng)差分接收方式，而 RS-422A 則是平衡驅(qū)動(dòng)差分接收方式，因 此抗干擾能力一個(gè)比一個(gè)強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳送速率與傳送距離也更快、更遠(yuǎn)。RS-422 為全雙工，采用兩對(duì)差分平衡信號(hào)線；而 RS-485 為半雙工，只需一對(duì)平衡差分 信號(hào)線。數(shù)據(jù)鏈路層

38、的目的：將一條原始的、有差錯(cuò)的物理鏈路變?yōu)闊o差錯(cuò)的邏輯數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層基本功能： （ 1）鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。鏈路兩端的節(jié)點(diǎn) 在進(jìn)行通信之前， 通信雙方必須預(yù)先交換一些必要的信息， 從而建立起數(shù)據(jù)鏈路連接； 在數(shù) 據(jù)傳輸階段要維持?jǐn)?shù)據(jù)連接；在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后要釋放這一連接。（ 2）幀同步：接收方可以從接收到的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束，確定出幀的邊界。（ 3）尋址： 幀中擁有必要的信息部分， 保證每一幀都能發(fā)送到正確的目的節(jié)點(diǎn)， 目的節(jié)點(diǎn)也知道發(fā)送方是哪個(gè) 節(jié)點(diǎn)。（ 4）訪問控制： 當(dāng)多個(gè)設(shè)備連接到同一條鏈路上時(shí)， 數(shù)據(jù)鏈路層能夠決定出哪個(gè)設(shè)備 可以取得鏈路的控制

39、權(quán)。 （5）差錯(cuò)控制和流量控制。 （ 6）透明傳輸：無論鏈路上傳輸?shù)氖呛?種比特組合，都能夠正常傳輸。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某個(gè)控制信息完全一樣時(shí)， 必須采取有效措施， 使接收方不會(huì)誤將數(shù)據(jù)信息當(dāng)做控制信息， 從而保證數(shù)據(jù)鏈路層的透明 傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的目的： 使報(bào)文分組以最佳路徑通過通信子網(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。網(wǎng)絡(luò)層的基本功能： （ 1）尋址。當(dāng)傳輸信息的信源和信宿分屬于不同的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要網(wǎng) 絡(luò)層參與解決尋址問題。 （ 2）路由選擇與中繼。 當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元經(jīng)過通信子網(wǎng)時(shí)， 各個(gè)中 繼節(jié)點(diǎn)在

40、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程中， 采用合適的路由選擇算法， 保證數(shù)據(jù)單元以某些指標(biāo)最優(yōu) 的方式通過子網(wǎng)。路由選擇是網(wǎng)絡(luò)層的最主要功能之一。（ 3）流量控制。 對(duì)進(jìn)入分組交換網(wǎng)的通信量加以控制， 使通信子網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行， 盡量防止通信量過大造成通信子網(wǎng)性能下降。 （ 4） 網(wǎng)絡(luò)連接建立與管理。 在面向連接服務(wù)中， 網(wǎng)絡(luò)連接是傳輸實(shí)體之間傳遞數(shù)據(jù)邏輯的、 貫通 通信子網(wǎng)的端 -端通信信道。 （5）面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。又稱虛電路服務(wù)。包括網(wǎng)絡(luò)連接建 立、數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)釋放三個(gè)階段。 （ 6）無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 兩個(gè)實(shí)體之間的通信不需要事 先建立好一個(gè)連接。固定路選算法：每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)上保存一張由此節(jié)點(diǎn)到其他相鄰節(jié)點(diǎn)

41、的輸出路徑選擇表， 表上標(biāo)明了每一個(gè)目的地址應(yīng)選擇的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。分散通信量法： 事先在節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存中設(shè)置路由表， 每條鏈路賦予一個(gè)概率， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)除 數(shù)據(jù)來源鏈路外，各鏈路的概率和為1。每個(gè)報(bào)文或分組到達(dá)該節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，根據(jù)隨機(jī)數(shù)選擇轉(zhuǎn)發(fā)輸出鏈路。擴(kuò)散算法： 又叫洪泛法。 將進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的信息包從所有輸出鏈路 （除輸入鏈路外）上發(fā)送 出去。 每個(gè)報(bào)文或報(bào)文分組都有多條通路到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)只選取先到達(dá)的報(bào)文， 刪除后到的報(bào)文。優(yōu)點(diǎn)：可靠性高。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)發(fā)存在盲目性，存在大量報(bào)文或報(bào)文分組重復(fù)，造 成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信量劇增。 改進(jìn)： 限制分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的最大站數(shù)；轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)只選擇靠近目的節(jié)

42、點(diǎn)的那些輸出鏈路輸出。孤立自適應(yīng)路選算法： 只考慮本節(jié)點(diǎn)不同輸出線上等待輸出的分組排隊(duì)隊(duì)列長短， 將報(bào) 文或報(bào)文分組發(fā)往選擇排隊(duì)隊(duì)列最短 （某一指標(biāo)最優(yōu)） 的鏈路。 類似于日常生活中的選擇排 隊(duì)。反向感知法： 利用接收分組所帶的信息來反向推算從本節(jié)點(diǎn)發(fā)往這些節(jié)點(diǎn)時(shí)可能具有的 傳輸時(shí)延， 根據(jù)推算的結(jié)果修改當(dāng)前的路由選擇表。 類似于司機(jī)通過向?qū)γ嫠緳C(jī)詢問前方的 路況來決定驅(qū)車路線。分布式路選法：通過與相鄰節(jié)點(diǎn)定期或不定期地交換路由選擇信息修改路由選擇表。集中式路選法： 在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一個(gè)節(jié)點(diǎn)專門收集各節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送來的信息， 動(dòng)態(tài)計(jì)算路 由選擇表， 再發(fā)往網(wǎng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。 類似于目前城市交通中由各交

43、通臺(tái)發(fā)布路況信息， 司機(jī) 根據(jù)路況信息選擇行車路線。缺點(diǎn)：可靠性差在OSI參考模型中，通常稱 13層的功能為低層功能，它們是通信網(wǎng)絡(luò)所完成數(shù)據(jù)通 信功能的集合；通常稱 57層的功能為高層功能，它們是由各端系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)程所完成的面 向應(yīng)用的集合。 傳輸層位于通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)之間， 是低層與高層之間的特殊一層， 從面 向通信和面向信息處理角度來看， 傳輸層應(yīng)劃在低層； 從用戶功能和網(wǎng)絡(luò)功能角度分類， 傳 輸層劃在高層。數(shù)據(jù)鏈路層解決的是相鄰兩點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸可靠問題， 傳輸層解決的是通信子網(wǎng)之上的 兩個(gè)主機(jī)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳輸可靠性問題。表示層要處理通信中的語法， 解決通信雙方之間的數(shù)據(jù)表示問題， 使

44、描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與 機(jī)器無關(guān)，按照一些編碼規(guī)則定義，在通信中傳送這些信息所需要的編碼。轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器、集線器） ：目的：延伸網(wǎng)段、改變傳輸媒體；過程：信號(hào)（含噪聲） 的接收和再生；形式：電纜延伸、光電轉(zhuǎn)換等；特點(diǎn)：通過轉(zhuǎn)發(fā)器互連的設(shè)備處于同一廣播 域。網(wǎng)橋（含交換器） ：目的：互連兩個(gè)獨(dú)立的、僅在低兩層實(shí)現(xiàn)上有差異的子網(wǎng)；過程： 信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)（含異構(gòu)網(wǎng)互連時(shí)的重新封裝） ；功能： （1） 地址廣播和過濾。 具有統(tǒng)一 的數(shù)據(jù)鏈路層的編址格式， 網(wǎng)橋能夠識(shí)別各種地址， 并根據(jù)數(shù)據(jù)幀的宿地址， 有選擇地讓數(shù) 據(jù)幀穿越網(wǎng)橋。 （2） 幀限制。網(wǎng)橋不對(duì)幀進(jìn)行分段，只進(jìn)行必要的幀格式轉(zhuǎn)換；超長幀被丟 棄；子

45、網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，控制幀不能穿越網(wǎng)橋。 （3） 監(jiān)控功能。作為單個(gè)子網(wǎng)的一部分，參與對(duì) 子網(wǎng)的監(jiān)控和對(duì)信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)。一般的動(dòng)作包括接收、校驗(yàn)和轉(zhuǎn)發(fā)幀。（4） 緩沖能力。可以解決數(shù)據(jù)傳輸不匹配的子網(wǎng)之間的互連。 （5） 透明性。不應(yīng)影響原有子網(wǎng)的通信能力。路由器：目的：互連兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的同構(gòu)或異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，如局域網(wǎng)/廣域網(wǎng)、局域網(wǎng) /局域網(wǎng)的互連；過程：分組的封裝和轉(zhuǎn)發(fā)，屏蔽 3層以下的差異；主要功能： （ 1 ）尋址。全 網(wǎng)地址格式統(tǒng)一，如 IP 地址；（2） 路由選擇。了解互連的子網(wǎng)工作狀態(tài)，旁路故障和防止 擁塞； （ 3 ）分組分段。根據(jù)子網(wǎng)的分組長度要求，進(jìn)行分組的分段和合段；（4）格式封裝。

46、構(gòu)建適合子網(wǎng)傳輸和處理的分組； （5）存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā)。分組校驗(yàn)（丟棄出錯(cuò)的分組） 、存儲(chǔ)和 轉(zhuǎn)發(fā)。在現(xiàn)場(chǎng)總線中，參與通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是傳感器、控制器、執(zhí)行器等，網(wǎng)絡(luò)的功能并不復(fù) 雜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也不大，但是卻要求網(wǎng)絡(luò)具有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性。因此，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng) 總線的網(wǎng)絡(luò)通信模型對(duì) ISO/OSI RM 的七層模型進(jìn)行了簡化， 一般只包括物理層、 數(shù)據(jù)鏈路 層和應(yīng)用層，有的還針對(duì)具體應(yīng)用在應(yīng)用層上定義了一個(gè)用戶層。第四章1993 年 11 月出版了 CAN 的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文標(biāo)識(shí)符有 11 位，報(bào)文數(shù)可達(dá) 2032 種CAN 的分層結(jié)構(gòu)： 邏輯鏈路控制子層 （LLC） ：為遠(yuǎn)程數(shù)

47、據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)； 確定由實(shí)際要使用的 LLC 子層接收哪一個(gè)報(bào)文；為恢復(fù)管理和過載通知提供手段。媒體訪 問控制子層（ MAC ）：負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定；把接收到的報(bào)文提供 給 LLC 子層，并接收來自 LLC 子層的報(bào)文；被稱作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管，此故障界 定為自檢機(jī)制， 以便把永久故障和短時(shí)擾動(dòng)區(qū)別開來。 物理層： 定義信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸 的，因此涉及到位時(shí)間、位編碼、同步的解釋；沒有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化。CAN 報(bào)文仲裁（ Arbitration ）：只要總線空閑， 任何節(jié)點(diǎn)都可以開始發(fā)送

48、報(bào)文。 如果 2 個(gè) 或 2 個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問沖突。通過使用標(biāo)識(shí)符的逐位 仲裁可以解決這個(gè)沖突。 仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。 當(dāng)具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù) 幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)， 數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。 仲裁期間， 每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電 平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。 如果電平相同， 則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。 如果發(fā)送的是 一“隱性 ”電平而監(jiān)視的是一 “顯性”電平，那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。CAN總線值(Bus values):總線有一個(gè)補(bǔ)充的邏輯值： 顯性”或 隱性” 顯性”位和 隱 性”位同時(shí)傳送時(shí)，總線的結(jié)果值為 “顯性 ”。比如

49、，在總線的 “寫-與”執(zhí)行時(shí)， 邏輯 0 代表“顯 性”等級(jí)，邏輯 1代表“隱性 ”等級(jí)。報(bào)文傳輸由 4 個(gè)不同的幀類型所表示和控制： 數(shù)據(jù)幀： 數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇?收器。遠(yuǎn)程幀：總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。錯(cuò)誤幀：任何單 元檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。 過載幀： 過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀 (或遠(yuǎn)程幀) 之間提供一附加的延時(shí)。數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始( Start of Frame)、仲裁域(Arbitration Field )、 控制域(Control Field )、數(shù)據(jù)域(Data Field )、CRC 域(CRC Field )、

50、應(yīng)答域(ACK Field )、 幀結(jié)尾( End of Frame)。幀起始(SOF)標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，僅由一個(gè)顯性”位組成。標(biāo)準(zhǔn)格式里，仲裁域由 11 位標(biāo)識(shí)符和 RTR 位組成。擴(kuò)展格式里，仲裁場(chǎng)包括 29 位標(biāo) 識(shí)符、 SRR 位、 IDE 位、 RTR 位。 7 個(gè)最高位( ID-28 - ID-22 )必須不能全是 “隱性”。RTR 的全稱為 “遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位( Remote Transmission Request BIT)”， RTR 位在數(shù)據(jù) 幀里必須為 “顯性 ”，而在遠(yuǎn)程幀里必須為 “隱性 ”CAN位流編碼(Bit Stream Coding )：幀的部分，諸如幀

51、起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù) 域以及 CRC 序列，均通過位填充的方法編碼。無論何時(shí)，發(fā)送器只要檢測(cè)到位流里有5 個(gè)連續(xù)相同值的位，便自動(dòng)在位流里插入一補(bǔ)充位。數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的剩余位域(CRC 界定符、應(yīng)答域和幀結(jié)尾)形式固定，不填充。錯(cuò)誤幀和過載幀的形式也固定，但并不通過位填 充的方法進(jìn)行編碼。其報(bào)文里的位流根據(jù) “不歸零 ”(NRZ )方法來編碼。這就是說，在整個(gè) 位時(shí)間里，位的電平要么為 “顯性”，要么為 “隱性 ”。錯(cuò)誤檢測(cè)：位錯(cuò)誤(Bit Error )；填充錯(cuò)誤(Struff Error ) ； CRC錯(cuò)誤(CRC Error)；形 式錯(cuò)誤( Form Error )；應(yīng)答錯(cuò)誤( A

52、cknowledgment Error )標(biāo)稱位時(shí)間：同步段(SYNC SEG),位時(shí)間的同步段用于同步總線上不同的節(jié)點(diǎn)，這 一段內(nèi)要有一個(gè)跳變沿；傳播段( PROP SEG)，傳播段用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延時(shí)時(shí)間， 它是總線上輸入比較器延時(shí)和輸出驅(qū)動(dòng)器延時(shí)總和的兩倍；相位緩沖段1、相位緩沖段 2(PHASE SEG1、PHASE SEG2)，相位緩沖段用于補(bǔ)償邊沿階段的誤差。這兩個(gè)段可以通 過重新同步加長或縮短；采樣點(diǎn)( SAMPLE POINT )，采樣點(diǎn)是讀總線電平并解釋各位的值 的 一 個(gè)時(shí) 間 點(diǎn) ， 采樣點(diǎn) 位 于 相 位 緩 沖 段 1 ( PHASE_SEG1 ) 之 后 ； 信

53、息 處 理時(shí) 間 (INFORMATION PROCESSING TIME )，信息處理時(shí)間是一個(gè)以采樣點(diǎn)作為起始的時(shí)間段。 采樣點(diǎn)用于計(jì)算后續(xù)位的位電平。時(shí)間段的長度(Length of Time Segments):同步段(SYNC_SEG )為1個(gè)時(shí)間份額； 傳播段(PROP_SEG)的長度可設(shè)置為1, 2,，8個(gè)時(shí)間份額；緩沖段1 (PHASE_SEG1 ) 的長度可設(shè)置為1 , 2,，8個(gè)時(shí)間份額；相位緩沖段2 ( PHASE_SEG2 )的長度為相位緩沖段 1 ( PHASE_SEG1 )和信息處理時(shí)間( INFORMA TION PROCESSING TIME )之間 的最大值；

54、信息處理時(shí)間少于或等于 2 個(gè)時(shí)間份額；一個(gè)位時(shí)間總的的時(shí)間份額值可以設(shè) 置在 8 25 的范圍。SJA1000 是一種獨(dú)立 CAN 控制器,是 PHILIPS 半導(dǎo)體 PCA82C200 CAN 控制器 ( BasicCAN )的替代產(chǎn)品,而且它增加了一種新的工作模式( PeliCAN ) ,這種模式支持具 有很多新特性的 CAN2.0B協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000增加修改了兩種模式：BasicCAN 模式，與 PCA82C200兼容；PeliCAN模式，擴(kuò)展特性。工作模式通過時(shí)鐘分頻寄存器中的CAN模式位來選擇。復(fù)位默認(rèn)模式是 Basic CAN模式。接口管理邏輯IML :接口管

55、理邏輯解釋來自CPU的命令，控制 CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。發(fā)送緩沖器TXB :發(fā)送緩沖器是 CPU和BSP （位流處理器）之間的接口，能夠存儲(chǔ)發(fā) 送到CAN網(wǎng)絡(luò)上的完整信息。緩沖器長 13個(gè)字節(jié)，由CPU寫入，BSP讀出。接收緩沖器 RXB，RXFIFO :接收緩沖器是驗(yàn)收濾波器和CPU之間的接口，用來儲(chǔ)存從CAN總線上接收和接收的信息。接收緩沖器（RXB ,13個(gè)字節(jié)）作為接收FIFO（ RXFIFO，長64字節(jié)）的一個(gè)窗口，可被 CPU訪問。CPU在此FIFO的支持下，可以在處理信息的 時(shí)候接收其它信息。驗(yàn)收濾波器ACF :驗(yàn)收濾波器把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識(shí)別碼的內(nèi)容相比較，以決定 是否接收信息。在純粹的接收測(cè)試中，所有的信息都保存在RXFIFO中。位流處理器BSP：位流處理器是一個(gè)在發(fā)送緩沖器， RXFIFO和CAN總線之間控制數(shù) 據(jù)流的程序裝置。它還在 CAN總線上執(zhí)行錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁、填充和錯(cuò)誤處理。位時(shí)序邏輯BTL :位時(shí)序邏輯監(jiān)視串口的 CAN總線和處理與總線有關(guān)的位時(shí)序。它在信息開頭的總線傳輸時(shí)同