第3章計算機控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)(05)

1、第三章 計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)3.1、OSI 參考模型 3.2、物理層協(xié)議3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議3.4、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 3.5、傳輸層及高層協(xié)議 3.6、現(xiàn)場總線通信模型 為實現(xiàn)開放系統(tǒng)互連所建立的分層模型，簡為實現(xiàn)開放系統(tǒng)互連所建立的分層模型，簡稱稱OSIOSI參考模型。參考模型。 其目的是為異種計算機互連提供一個共同的其目的是為異種計算機互連提供一個共同的基礎(chǔ)和標準框架，并為保持相關(guān)標準的一致性和基礎(chǔ)和標準框架，并為保持相關(guān)標準的一致性和兼容性提供共同的參考。兼容性提供共同的參考。 一個系統(tǒng)是開放的，是指它可以與世界上任一個系統(tǒng)是開放的，是指它可以與世界上任何地方的遵守相同標準的其他任何系統(tǒng)通信。

2、何地方的遵守相同標準的其他任何系統(tǒng)通信。3.1、OSI 參考模型 開放系統(tǒng)互連開放系統(tǒng)互連(OSI)(OSI)參考模型是在博采眾長得基礎(chǔ)參考模型是在博采眾長得基礎(chǔ)上形成的系統(tǒng)互連技術(shù)的產(chǎn)物。它不僅促進了數(shù)據(jù)通上形成的系統(tǒng)互連技術(shù)的產(chǎn)物。它不僅促進了數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，而且還導(dǎo)致了整個計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。信的發(fā)展，而且還導(dǎo)致了整個計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。OSIOSI參考模型提供了概念性和功能性結(jié)構(gòu)。該模型將開放參考模型提供了概念性和功能性結(jié)構(gòu)。該模型將開放系統(tǒng)的通信功能劃分為七個層次，從鄰近物理媒體的系統(tǒng)的通信功能劃分為七個層次，從鄰近物理媒體的層次開始，分別劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、層次開始，分別

3、劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。3.1、OSI 參考模型 OSI OSI參考模型每一層的功能是獨立的，它利用下一參考模型每一層的功能是獨立的，它利用下一層提供的服務(wù)并為其上一層提供服務(wù)，而與其它層層層提供的服務(wù)并為其上一層提供服務(wù)，而與其它層層的具體實況無關(guān)。這里所謂的的具體實況無關(guān)。這里所謂的“服務(wù)服務(wù)”就是下一層向就是下一層向上一層提供的通信功能和層之間的會話規(guī)定，一般用上一層提供的通信功能和層之間的會話規(guī)定，一般用通信服務(wù)實現(xiàn)。通信服務(wù)實現(xiàn)。 兩個開放系統(tǒng)中的同等層之間的通信規(guī)則和約兩個開放系統(tǒng)中的同等層之間的通信規(guī)則和約

4、定稱之為協(xié)議。定稱之為協(xié)議。 第第1 1、2 2、3 3層功能稱之為低層功能（層功能稱之為低層功能（LLFLLF），即），即通信傳送功能，這是網(wǎng)絡(luò)與終端均需具備的功能。通信傳送功能，這是網(wǎng)絡(luò)與終端均需具備的功能。 第第4 4、5 5、6 6、7 7層功能稱之為高層功能（層功能稱之為高層功能（HLFHLF），），即通信處理功能，通常需要終端來提供。即通信處理功能，通常需要終端來提供。 OSIOSI參考模型如圖所示。參考模型如圖所示。3.1、OSI 參考模型3.1、OSI 參考模型1物理層（第1層） 物理層并不是物理媒體本身，它只是開放系物理層并不是物理媒體本身，它只是開放系統(tǒng)中利用物理媒體實現(xiàn)物

5、理連接的功能描述和執(zhí)統(tǒng)中利用物理媒體實現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程。物理層提供用于建立、保持和斷行連接的規(guī)程。物理層提供用于建立、保持和斷開物理連接的機械的、電氣的、功能的和過程的開物理連接的機械的、電氣的、功能的和過程的條件。簡而言之，物理層提供有關(guān)同步和比特流條件。簡而言之，物理層提供有關(guān)同步和比特流在物理媒體上的傳輸手段，其典型的協(xié)議有在物理媒體上的傳輸手段，其典型的協(xié)議有EIAEIA232232D D等。等。3.1、OSI 參考模型 數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實現(xiàn)無差錯傳輸?shù)墓δ?。實現(xiàn)無差錯傳輸?shù)墓δ堋?在點到點或點到多點的

6、鏈路上，保證信息的可在點到點或點到多點的鏈路上，保證信息的可靠傳遞。該層對連接通信的通路進行差錯控制、數(shù)靠傳遞。該層對連接通信的通路進行差錯控制、數(shù)據(jù)成幀、同步等控制。據(jù)成幀、同步等控制。 檢測差錯一般采用循環(huán)冗余校驗（檢測差錯一般采用循環(huán)冗余校驗（CRCCRC），糾正），糾正差錯采用計時器恢復(fù)和自動請求重發(fā)（差錯采用計時器恢復(fù)和自動請求重發(fā)（ARQARQ）等技術(shù)。）等技術(shù)。其典型的協(xié)議有其典型的協(xié)議有OSIOSI標準協(xié)議集中的高級數(shù)據(jù)鏈路控標準協(xié)議集中的高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議制協(xié)議HDLCHDLC。3.1、OSI 參考模型2數(shù)據(jù)鏈路層（第2層） 網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)網(wǎng)絡(luò)層

7、規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。它的主要功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層所提供的相鄰議。它的主要功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層所提供的相鄰節(jié)點間的無差錯數(shù)據(jù)傳輸功能，通過路由選擇和中節(jié)點間的無差錯數(shù)據(jù)傳輸功能，通過路由選擇和中繼功能，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間的連接。在計算機網(wǎng)絡(luò)繼功能，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間的連接。在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層還具有多路復(fù)用的功能。系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層還具有多路復(fù)用的功能。3.1、OSI 參考模型3網(wǎng)絡(luò)層（第3層） 4傳輸層（第4層）3.1、OSI 參考模型 傳輸層完成開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送控制。主傳輸層完成開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送控制。主要功能是開放系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)收發(fā)確認。同時，還用要功能是開放系

8、統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)收發(fā)確認。同時，還用于彌補各種通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量差異，對經(jīng)過下三層之后于彌補各種通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量差異，對經(jīng)過下三層之后仍然存在的傳輸差錯進行恢復(fù)，進一步提高可靠性。仍然存在的傳輸差錯進行恢復(fù)，進一步提高可靠性。另外，還通過復(fù)用、分段和組合、連接和分離、分流另外，還通過復(fù)用、分段和組合、連接和分離、分流和合流等技術(shù)措施，提高吞吐量和服務(wù)質(zhì)量。和合流等技術(shù)措施，提高吞吐量和服務(wù)質(zhì)量。5會話層（第5層） 3.1、OSI 參考模型 會話層依靠傳輸層以下的通信功能使數(shù)據(jù)傳送會話層依靠傳輸層以下的通信功能使數(shù)據(jù)傳送功能在開放系統(tǒng)間有效地進行。其主要功能是按照功能在開放系統(tǒng)間有效地進行。其主要功能是按

9、照在應(yīng)用進程之間的約定，按照正確的順序收、發(fā)數(shù)在應(yīng)用進程之間的約定，按照正確的順序收、發(fā)數(shù)據(jù)，進行各種形式的對話。據(jù)，進行各種形式的對話。 會話層控制方式可以歸納為以下兩類：會話層控制方式可以歸納為以下兩類： 一是為了在會話應(yīng)用中易于實現(xiàn)接收處理和發(fā)送一是為了在會話應(yīng)用中易于實現(xiàn)接收處理和發(fā)送處理的逐次交替變換，設(shè)置某一時刻只有一端發(fā)送數(shù)處理的逐次交替變換，設(shè)置某一時刻只有一端發(fā)送數(shù)據(jù)。因此需要有交替改變發(fā)信端的傳送控制。據(jù)。因此需要有交替改變發(fā)信端的傳送控制。 二是在類似文件傳送等單方向傳送大量數(shù)據(jù)的情二是在類似文件傳送等單方向傳送大量數(shù)據(jù)的情況下，為了防備應(yīng)用處理中出現(xiàn)意外，在傳送數(shù)據(jù)的況

10、下，為了防備應(yīng)用處理中出現(xiàn)意外，在傳送數(shù)據(jù)的過程中需要給數(shù)據(jù)打上標記。當出現(xiàn)意外時，可以由過程中需要給數(shù)據(jù)打上標記。當出現(xiàn)意外時，可以由打標記處重發(fā)。例如可以將長文件分頁發(fā)送，當收到打標記處重發(fā)。例如可以將長文件分頁發(fā)送，當收到上頁的確認后，再發(fā)下頁的內(nèi)容。上頁的確認后，再發(fā)下頁的內(nèi)容。3.1、OSI 參考模型6表示層（第6層）3.1、OSI 參考模型 表示層的主要功能是把應(yīng)用層提供的信息變表示層的主要功能是把應(yīng)用層提供的信息變換為能夠共同理解的形式，提供字符代碼、數(shù)據(jù)換為能夠共同理解的形式，提供字符代碼、數(shù)據(jù)格式、控制信息格式、加密等的統(tǒng)一表示。表示格式、控制信息格式、加密等的統(tǒng)一表示。表示

11、層僅對應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式進行變換，而不改層僅對應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式進行變換，而不改變其內(nèi)容本身。變其內(nèi)容本身。7應(yīng)用層（第7層）3.1、OSI 參考模型 應(yīng)用層是應(yīng)用層是OSIOSI參考模型的最高層。其功能是參考模型的最高層。其功能是實現(xiàn)應(yīng)用進程（如用戶程序、終端操作員等）之實現(xiàn)應(yīng)用進程（如用戶程序、終端操作員等）之間的信息交換。同時，還具有一系列業(yè)務(wù)處理所間的信息交換。同時，還具有一系列業(yè)務(wù)處理所需要的服務(wù)功能。需要的服務(wù)功能。3.2.1 物理層的功能與特性物理層協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中最低層協(xié)議。它連接兩個物理設(shè)備，為鏈路層提供透明位流傳輸所必須遵循的規(guī)則，有時也被稱為物理接口。接口兩邊的設(shè)備，在I

12、SO術(shù)語中被叫做DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備），物理層協(xié)議主要提供在DTE和DCE之間接口。物理層要在DTE與DCE之間完成物理連接和傳送通路的建立、維持和釋放等操作。它為在物理上連接的兩個數(shù)據(jù)鏈路實體之間提供透明的位流傳送。物理連接可能是永久性的，也可能是動態(tài)的連接和釋放。物理連接允許進行全雙工或半雙工的位流傳送。在傳送過程中，它能對傳送通路的工作情況進行監(jiān)督，一旦出現(xiàn)故障立即通知DTE和DCE。3.2、物理層協(xié)議物理層有四個重要特性：（1）物理層的機械特性規(guī)定了物理連接時所使用的可接插連接器的形狀尺寸、連接器中引腳的數(shù)量與排列情況等。（2）物理層的電氣特性規(guī)定了在物理連接器

13、上傳輸二進制比特流時線路上信號電平的高低、阻抗及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。早期的標準定義了物理連接邊界點上的電氣特性，而較新的標準定義了發(fā)送器和接收器的電氣特性，同時給出互連電纜的有關(guān)規(guī)定。新的標準更利于發(fā)送和接收電路的集成化工作。（3）物理層的功能特性規(guī)定了物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為：數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線等幾類。（4）物理層的規(guī)程特性定義了利用信號線進行二進制比特流傳輸?shù)囊唤M操作過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序。3.2、物理層協(xié)議3.2.2 物理接口標準EIA-232-D不同物理接口標準在以上四個重要特性上都不盡相同。下面將以實際網(wǎng)絡(luò)中比較

14、廣泛使用的物理接口標準EIA-232-D為例介紹其特性。EIA-232-D是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA,Electronic Industries Association）制定的物理接口標準，也是目前數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的一種標準。它的前身是EIA在1969年制定的RS232C標準。RS（Recommended Standard）為推薦標準詞頭的縮寫，232是標準號。RS232C是RS232標準的第三版。RS232C是一種應(yīng)用十分廣泛的物理接口標準。經(jīng)1987年1月修改后，定名為EIA232D。由于兩者相差不大，因此EIA-232-D與EIA RS232C在物理接口標準中基本成為等同的標準

15、，人們經(jīng)常簡稱它們?yōu)椤癛S232標準”。3.2、物理層協(xié)議1EIA-232-D的機械特征在機械特性方面，EIA-232-D規(guī)定使用一個25根插針（DB25）的標準連接器（結(jié)構(gòu)如圖3.2所示）。這一點與ISO2110標準是一致的。EIA-232-D對DB25連接器的機械尺寸及每根針排列的位置均做了明確的規(guī)定，從而保證符合EIA-232-D標準的接口在國際上是通用的。2EIA-232-D的電氣特征非平衡型每個信號用一根導(dǎo)線，所有信號回路公用一根地線。信號速率限于20Kbps之內(nèi)，電纜長度限于15m之內(nèi)。由于是單線，線間干擾較大。其電性能用12V標準脈沖，值得注意的是EIA-232-D采用負邏輯。

16、3.2、物理層協(xié)議在數(shù)據(jù)線上：Mark（傳號）5V15V，邏輯“1”電平Space（空號）515V，邏輯“0”電平在控制線上：On（通）5V15V，邏輯“0”電平Off（斷）5V15V，邏輯“1”電平EIA-232-D的邏輯電平與TTL電平不兼容，為了與TTL器件相連必須進行轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有成品組件SN75188驅(qū)動器和SN75189接收器即是EIA-232-D通用的集成電路轉(zhuǎn)換器件。電路電容不大于2500pf，接收器輸入阻抗約為37k。 3.2、物理層協(xié)議一個報文（message）是由若干個字符組成的完整的信息。直接對冗長的報文進行檢錯和糾錯，不但原理和設(shè)備十分復(fù)雜，而且效率很低，往往無法實際采用

17、。為此，通常把報文按一定要求分塊，每個代碼塊加上一定的頭部信息，指明該代碼的源和目的地址，屬于哪個報文，是該報文的第幾塊代碼，是否屬于報文的最初或最后一塊代碼等。這樣的代碼塊稱為包或分組（packet）。在相鄰兩點間（或主機與節(jié)點間）傳輸這些包時，為了差錯控制，還要加上一層“封皮”，就構(gòu)成了幀（frame）。這層封皮分頭尾兩部分，把包夾在中間。當幀從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點后，幀的頭尾被用過后取消，包的內(nèi)容原封不動。若收到幀的節(jié)點還要把該包傳至下一節(jié)點，另加上新的頭尾信息。因此，幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單位。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議又稱為幀傳送協(xié)議。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路是在兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間保證數(shù)據(jù)

18、正常交換的通路。主要功能是保證相鄰節(jié)點的正確傳輸。相鄰節(jié)點間傳輸一個幀可能出現(xiàn)的差錯有：位出錯、幀丟失、幀重復(fù)、幀順序錯。鏈路層協(xié)議要針對這些情況加以解決，保證所傳送信息在內(nèi)容上、順序上都正確。位出錯的分布規(guī)律及出錯位的數(shù)量很難限制在預(yù)定的簡單模式之中，一般采用漏檢率極其微小的CRC檢錯碼再加上反饋重傳的方法解決。幀丟失是通信線路受較長時間的連續(xù)干擾，通信設(shè)施的瞬間失效或通信雙方失去同步造成的，而幀重復(fù)和幀順序錯則是反饋重傳方法帶來的副作用。為了發(fā)現(xiàn)幀丟失、幀重復(fù)及幀順序錯等錯誤，通常采用給幀進行編號來解決。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路層所承擔的任務(wù)或者說它的主要功能有：數(shù)據(jù)鏈路的建立和拆

19、除，包括同步、站址確認、收發(fā)關(guān)系的確定、最終一次傳輸?shù)氖镜?。信息傳輸，包括信息格式、?shù)量、順序編號、接收認可、信息流量調(diào)節(jié)方案等。傳輸差錯控制，包括一套防止信息丟失、重復(fù)和失序的方法。異常情況處理，包括如何現(xiàn)可以出現(xiàn)的異常情況及發(fā)現(xiàn)后的處理過程。協(xié)議中對異常情況的處理主要用于發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)永久性故障。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 發(fā)送方數(shù)據(jù)鏈路層的具體工作是接受來自高層的數(shù)據(jù)，并將它加工成幀，然后經(jīng)物理通道將幀發(fā)送給接收方，如圖3.6所示。幀包含頭、尾、控制信息、數(shù)據(jù)、校驗和等部分，校驗和、頭、尾部分一般由發(fā)送設(shè)備的硬件實現(xiàn)，數(shù)據(jù)鏈路層不必考慮其實現(xiàn)方法。當幀到達接收站時，首先檢查校驗和。若校驗和錯，則

20、向接收計算機發(fā)出校驗和錯的中斷信息；若校驗和正確，確認無傳輸錯誤，則向接收計算機發(fā)送幀正確到達信息，接收方的數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)檢查幀中的控制信息，確認無誤后，才將數(shù)據(jù)部分送往高層。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 3.3.2 高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC在OSI標準協(xié)議集中，數(shù)據(jù)鏈路層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC（High-level Data Link Control）。它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中被普遍采用。HDLC的內(nèi)容分為三個部分：幀結(jié)構(gòu)、幀類型與動作規(guī)程。1HDLC的幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸是以幀為單位。在OSI術(shù)語中，幀被作數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元。HDLC的幀結(jié)構(gòu)如圖2示。幀由以下字段組成： （1）標志字段F

21、。幀首尾均有一個由固定比特序列01111110組成的幀標志字段F。標志字段F的作用主要有兩個：一是幀的起始與終止定界，二是幀同步。為確保幀標志字段F在幀內(nèi)唯一性，在幀地址字段、控制字段、信息字段、幀校驗字段中采用0比特插入和刪除技術(shù)，從而保證了幀內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍浴?.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 （2）地址字段A。在主從結(jié)構(gòu)中，幀地址字段總是寫入從站地址；在平等結(jié)構(gòu)中，幀地址字段填入應(yīng)答站地址。全1地址為廣播地址；按照協(xié)議規(guī)定，地址字段可以按8位的整數(shù)倍擴展。（3）控制字段C。控制字段HDLC幀的關(guān)鍵字段，它表示了幀類型、幀編號、命令和控制信息。（4）信息字段I。信息字段可以是任意的比特序列組合。為保

22、證數(shù)據(jù)的透明性，必須執(zhí)行0比特插入和刪除操作。信息字段長度通常不大于256字節(jié)。（5）幀校驗字段。HDLC采用CRC循環(huán)冗余編碼進行校驗，生成多項式為G(x)=x16+x12+x5+1。校驗范圍為地址字段A、控制字段C、信息字段I。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 2HDLC幀類型HDLC中的幀類型可以分為三種：信息幀（I）、監(jiān)控幀（S）與無編號幀（U）。一類為控制幀（包括監(jiān)控幀與無編號幀），另一類為信息幀?？刂茙糜跀?shù)據(jù)鏈路的建立、數(shù)據(jù)鏈路維護與數(shù)據(jù)鏈路釋放，以及信息幀發(fā)卷宗過程中的流量控制與差錯控制功能，以保證信息幀在數(shù)據(jù)鏈路上正確傳輸。它們分別由幀控制字段C中的幀格式識別位指示。3數(shù)據(jù)鏈路層工作過

23、程數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)用戶是網(wǎng)絡(luò)層，它為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，同時它又使用物理層所提供的服務(wù)。以圖3中主站A與從站B在正常響應(yīng)模式下鏈路的通信過程為例，簡述其工作過程。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 在執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議動作時，數(shù)據(jù)鏈路層對等實體間的通信，一般要經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)鏈路釋放三個階段。（1）數(shù)據(jù)鏈路建立階段。圖3中，主站A在多個從站的多點連接結(jié)構(gòu)中，選擇B為從站，在主站A與從站B之間以正常響應(yīng)模式NRM進行數(shù)據(jù)幀的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路工作的第一階段應(yīng)為數(shù)據(jù)鏈路建立階段。在數(shù)據(jù)鏈路建立階段，主站A使用無編號幀的置正接到SNAM命令，地址字段填入B，表示選擇B站為從站，探詢位P為1。從站B接到

24、SNMA命令后，用U幀的無編號確認UA命令，作為響應(yīng)主站建立數(shù)據(jù)鏈路的確認。UA命令中地址字段為B，表示從站中B站對主站A的響應(yīng)；終止位F用作對主站A探詢P的應(yīng)答。在HDLC中，探詢位P與終止位F總是成對出現(xiàn)。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 （2）數(shù)據(jù)幀傳輸階段。在數(shù)據(jù)鏈路建立之后，進入數(shù)據(jù)幀傳輸階段。主站A向從站B發(fā)送第一個編號為0的信息幀，因此N（S）0；由于未接到從站幀，因而N（R）0；此時I幀中發(fā)送號N（S）0，接收號N（R）0。主站A連續(xù)發(fā)送的第二、三個信息幀分別記為N（S）1，N（R）0，N（S）2，N（R）0。在正常響應(yīng)模式中，從站要在主站探詢后才可以發(fā)送信息幀。如果主站A在發(fā)送第三個信

25、息幀時使用探詢位P，那么從站B如果有信息幀發(fā)送時，可以發(fā)送N（S）0，N（R）2的I幀。這里的N（S）0表示從站B發(fā)送序號為0的I幀；N（R）2表示已正確接收序號為2及它以前的I幀，下一次主站A應(yīng)發(fā)送序號為3的I幀。這時N（R）可以起到對主站A發(fā)送I幀捎帶確認作用。如果從站B只有一幀信息發(fā)送，應(yīng)標志終止位F。這樣，從站B發(fā)送的I幀應(yīng)記為N（S）0，N（R）2，并發(fā)標志終止位F。3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 （3）數(shù)據(jù)鏈路釋放階段。當主站A與從站B都沒有信息幀發(fā)送時，應(yīng)釋放此次數(shù)據(jù)鏈路連接。主站A可以使用U幀釋放連接DISC命令，從站B可以使用U幀的UA予以確認。至此，一次完整的數(shù)據(jù)鏈路中幀傳輸?shù)倪^程

26、結(jié)束了。應(yīng)該指出的是，物理連接與數(shù)據(jù)鏈路連接是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)鏈據(jù)是建立在物理連接之上的，一個物理連接生存期間允許有多個數(shù)據(jù)鏈路生存期。數(shù)據(jù)連接釋放時，物理連接不一定要釋放。在物理層完成物理連接并提供數(shù)據(jù)傳輸能力的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層使用物理層的服務(wù)來傳輸數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀。實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的建立、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)鏈路釋放，以及信息幀發(fā)送過程中的流量控制與差錯控制功能，保證信息幀在數(shù)據(jù)鏈路上的正確傳輸，從而完成OSI參考模型規(guī)定數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能的實現(xiàn)，為網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的節(jié)點節(jié)點間幀傳輸服務(wù)。 3.3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層OSI七層協(xié)議模型中的第三層，它是主機與通信網(wǎng)絡(luò)的接口。它以鏈路層提供的

27、無差錯傳輸為基礎(chǔ)，高層（傳輸層）提供兩個主機之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是相鄰兩直接節(jié)點間的通信協(xié)議，它不能解決數(shù)據(jù)經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)中多個轉(zhuǎn)接點的通信問題。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層的主要目的就是要為報文分組以最佳路徑通過網(wǎng)絡(luò)到達目的主機而提供服務(wù)，讓網(wǎng)絡(luò)用戶不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的拓撲模型與所使用的通信介質(zhì)。OSI參考模型規(guī)定網(wǎng)絡(luò)層的主要功能為路徑選擇與中繼、網(wǎng)絡(luò)流量控制、網(wǎng)絡(luò)的連接與管理等。 3.4、 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 3.5.1 傳輸層前面討論的三層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層統(tǒng)稱為低層協(xié)議。低層協(xié)議涉及的是節(jié)點之間或主機與節(jié)點之間的協(xié)議和接口。傳輸層以上，不再考慮主機如何與網(wǎng)絡(luò)相連，它們是主機到主機之間的協(xié)議。傳輸

28、層是OSI參考模型的七層中比較特殊的一層。在OSI參考模型的討論中，人們經(jīng)常將七層分為高層和低層。如果從面向通信和面向信息處理角度進行分類，傳輸層一般劃在低層；如果從用戶功能與網(wǎng)絡(luò)功能角度進行分類，傳輸層又被劃在高層。這種差異正好反映出傳輸層在OSI參考模型中的特殊地位和作用。設(shè)置傳輸層的主要目的是在源主機和目的主機進程之間提供可靠的端端通信。傳輸層協(xié)議為點點協(xié)議，傳輸層的協(xié)議軟件只在主機上運行，而低層協(xié)議則出現(xiàn)在主機和通信節(jié)點機上。傳輸層為上層提供傳 輸服務(wù)，完成無差錯按序的報文傳送。3. 5 3. 5 傳輸層及高層協(xié)議傳輸層及高層協(xié)議3.5.2 會話層會話層建立在傳輸層上，利用傳輸層提供的

29、服務(wù)，使得兩個會話實體之間不考慮它們之間相隔多遠、有什么樣的通信細節(jié)，進行透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。當兩個應(yīng)用進程進行相互通信時，希望有個作為第三者的進程能組織它們的會話，協(xié)調(diào)它們之間的數(shù)據(jù)流，以便使應(yīng)用進程專注于信息交互。設(shè)立會話層就是為了達到這個目的。從ISO參考模型看，會話層之上各層是面向應(yīng)用的，會話層之下各層是面向網(wǎng)絡(luò)通信的。會話層在兩者之間起到連接的作用。會話層的主要功能是向會話的應(yīng)用進程之間提供會話組織和同步服務(wù)，對數(shù)據(jù)的傳送提供控制和管理，以便協(xié)調(diào)會話過程、為表示層實體提供更好的服務(wù)。會話層與傳輸層有明顯的區(qū)別。傳輸層協(xié)議負責建立和維護點點之間的邏輯連接。傳輸服務(wù)比較簡單，目的是提

30、供一個可靠的傳輸服務(wù)。會話層在發(fā)出一個會話協(xié)議數(shù)據(jù)單元時，傳輸層可以保證將它正確地傳送到對等的會話實體。3. 5 3. 5 傳輸層及高層協(xié)議傳輸層及高層協(xié)議從這個角度來看，傳輸層協(xié)議使會話協(xié)議得到了簡化。但是為了達到為各種應(yīng)用進程服務(wù)的目的，會話層應(yīng)該為數(shù)據(jù)交換提供非常豐富和復(fù)雜的種服務(wù)。會話層定義了多種服務(wù)可供選擇。它將相關(guān)的服務(wù)組成了功能單元。目前定義了12個功能單元，每個功能單元提供一種可供選擇的工作類型，在會話建立時可以就這些功能單元進行協(xié)商。最重要的功能單元是核心功能單元，它包括：會話連接、正常數(shù)據(jù)傳送、有序釋放、用戶放棄與提供者放棄等5種服務(wù)。3. 5 3. 5 傳輸層及高層協(xié)議傳

31、輸層及高層協(xié)議3.5.4 應(yīng)用層 應(yīng)用層是OSI模型的最高層，實現(xiàn)功能分為兩大部分，即用戶應(yīng)用進程和系統(tǒng)應(yīng)用管理進程。系統(tǒng)應(yīng)用管理進程管理系統(tǒng)資源，如優(yōu)化分配系統(tǒng)資源和控制資源的使用等。由管理進程向系統(tǒng)各層發(fā)出下列要求：請求診斷，提交運行報告，收集統(tǒng)計資料和修改控制等。除此之外，系統(tǒng)應(yīng)用管理進程還負責系統(tǒng)的重啟動，包括從頭啟動和由指定點重啟動。 用戶應(yīng)用進程由用戶要求決定。通常的應(yīng)用有數(shù)據(jù)庫訪問、分布計算和分布處理等。通用的應(yīng)用程序有如電子郵件、事務(wù)處理、文件傳輸協(xié)議和作業(yè)操作協(xié)議等。 3. 5 3. 5 傳輸層及高層協(xié)議傳輸層及高層協(xié)議 具有七層結(jié)構(gòu)的具有七層結(jié)構(gòu)的OSIOSI參考模型可支持

32、的通信功能是參考模型可支持的通信功能是相當強大的。作為一個通用參考模型，需要解決各方相當強大的。作為一個通用參考模型，需要解決各方面可能遇到的問題，需要具備豐富的功能。面可能遇到的問題，需要具備豐富的功能。3.6 現(xiàn)場總線通信模型現(xiàn)場總線通信模型 作為工業(yè)控制現(xiàn)場底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線，要構(gòu)成作為工業(yè)控制現(xiàn)場底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線，要構(gòu)成開放互連系統(tǒng)，應(yīng)該如何選擇通信模型？是采用完全開放互連系統(tǒng)，應(yīng)該如何選擇通信模型？是采用完全型還是簡化型？是否需要實現(xiàn)型還是簡化型？是否需要實現(xiàn)OSIOSI的全部功能？是否要的全部功能？是否要采用那樣復(fù)雜的協(xié)議？具有七層采用那樣復(fù)雜的協(xié)議？具有七層OSIOSI參考模型

33、是否適應(yīng)參考模型是否適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的通信環(huán)境？這是現(xiàn)場總線技術(shù)形成的過程工業(yè)現(xiàn)場的通信環(huán)境？這是現(xiàn)場總線技術(shù)形成的過程中必須考慮的重要問題。中必須考慮的重要問題。 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場存在大量傳感器、控制器、執(zhí)行工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場存在大量傳感器、控制器、執(zhí)行器等，它們通常相當零散地分布在一個較大范圍內(nèi)。器等，它們通常相當零散地分布在一個較大范圍內(nèi)。對由它們組成的工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò)來說，單個節(jié)點對由它們組成的工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò)來說，單個節(jié)點面向控制的信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)相對比較面向控制的信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)相對比較簡單，但實時性、快速性的要求較高。如果按照七簡單，但實時性、快速性的要求較高。如果按照七層

34、模式的參考模型，由于層間操作與轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，層模式的參考模型，由于層間操作與轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)接口的造價與時間開銷顯得過高。網(wǎng)絡(luò)接口的造價與時間開銷顯得過高。3.6 現(xiàn)場總線通信模型現(xiàn)場總線通信模型一、現(xiàn)場總線通信模型特點 為滿足實時性要求，也為了實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的低為滿足實時性要求，也為了實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的低成本，現(xiàn)場總線采用的通信模型大都在成本，現(xiàn)場總線采用的通信模型大都在OISOIS模型的基模型的基礎(chǔ)上進行了不同程度的簡化。礎(chǔ)上進行了不同程度的簡化。 典型的現(xiàn)場總線協(xié)議模型采用典型的現(xiàn)場總線協(xié)議模型采用OSIOSI模型中的三個典模型中的三個典型層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層型層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路

35、層和應(yīng)用層，在省去中間，在省去中間3 36 6層后，考慮現(xiàn)場總線的通信特點，設(shè)置一個現(xiàn)場總線層后，考慮現(xiàn)場總線的通信特點，設(shè)置一個現(xiàn)場總線訪問子層。訪問子層。 它具有結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行協(xié)議直觀、價格低廉等優(yōu)它具有結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行協(xié)議直觀、價格低廉等優(yōu)點，也滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的性能要求。它是點，也滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的性能要求。它是OSIOSI模型的模型的簡化形式，其流量與差錯控制在數(shù)據(jù)鏈路層中進行。簡化形式，其流量與差錯控制在數(shù)據(jù)鏈路層中進行。因而與因而與OSIOSI模型不完全保持一致。總之，開放系統(tǒng)互連模型不完全保持一致?？傊?，開放系統(tǒng)互連模型是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線參考模型既要模型是現(xiàn)場總線技術(shù)

36、的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線參考模型既要遵循開放系統(tǒng)集成的原則，又要充分兼顧測控應(yīng)用的遵循開放系統(tǒng)集成的原則，又要充分兼顧測控應(yīng)用的特點和特殊要求。特點和特殊要求。3.6 現(xiàn)場總線通信模型現(xiàn)場總線通信模型 二、CAN總線通信模型 CANCAN只采用了只采用了ISO/OSIISO/OSI模型全部七層中的兩層，模型全部七層中的兩層，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 物理層完成電氣連接、實現(xiàn)驅(qū)動器物理層完成電氣連接、實現(xiàn)驅(qū)動器/ /接收器特性、接收器特性、定時、同步、位編碼解碼。定時、同步、位編碼解碼。 數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制與媒體訪問控制兩數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制與媒體訪問控制兩部分，分別完成接收濾波、超載通知、恢復(fù)管理，部分，分別完成接收濾波、超載通知、恢復(fù)管理，以及應(yīng)答、幀編碼、數(shù)據(jù)封裝拆裝、媒體訪問管理、以及應(yīng)答、幀編碼、數(shù)據(jù)封裝拆裝、媒體訪問管理、出錯檢測等。出錯檢測等。3.6 現(xiàn)場總線通信模型現(xiàn)場總線通信模型 CANCAN的分層結(jié)構(gòu)和功能的分層結(jié)構(gòu)和功能3.6 現(xiàn)場總線通信