第五、六次(控制網(wǎng)絡及網(wǎng)絡互連)

控制網(wǎng)絡與網(wǎng)路互連現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡：把具備數(shù)字計算、處理與通信能力的自控設備通過現(xiàn)場總線連接組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)節(jié)點：各類自控設備計算機網(wǎng)絡：各類計算機為網(wǎng)絡節(jié)點，采用傳輸線路和網(wǎng)絡互連設備連接，資源共享。WAN、MAN、LAN聯(lián)系：現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡：特殊計算機網(wǎng)絡；受互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)技術發(fā)展影響；一般為局域網(wǎng)。區(qū)別：控制網(wǎng)絡工作在生產(chǎn)現(xiàn)場，節(jié)點的設備類型、傳輸信息的種類、網(wǎng)絡執(zhí)行的任務、網(wǎng)絡環(huán)境不同現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的節(jié)點：具有計算、通信能力的測控設備計算處理能力不如普通計算機現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的任務：將現(xiàn)場運行的信息傳送到遠離現(xiàn)場的控制室；控制、維護、組態(tài)命令送往位于現(xiàn)場的測控設備；現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)聯(lián)系與溝通；與操作終端、上層管理網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)連接和信息共享?，F(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的工作環(huán)境：強電磁干擾；機械振動；野外工作環(huán)境；自控設備千差萬別，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡的互聯(lián)與互操作困難?，F(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的要求：實時性、可靠性測量控制作用：時限性系統(tǒng)動作：順序正確實時系統(tǒng)：硬實時、軟實時分布式實時系統(tǒng)，實時任務在不同節(jié)點上周期性進行，通過任務的實時調(diào)度，使網(wǎng)絡通信具有確定性?，F(xiàn)場總線對OSI通信參考模型的簡化簡化原因：控制網(wǎng)絡：工業(yè)數(shù)據(jù)通信的底層；各類測控設備零散分布在較大范圍，構成控制網(wǎng)絡；單個節(jié)點面向控制的信息量不大，信息傳輸任務簡單；實時性、快速性要求高七層模式：層間操作與轉(zhuǎn)換復雜，網(wǎng)絡接口造價、時間開銷高。降低成本，滿足實時性。P47圖3.3OSI與部分控制網(wǎng)絡通信參考模型的對應關系H1:基金會現(xiàn)場總線FF,物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層（2個子層），增加用戶層（網(wǎng)絡管理、系統(tǒng)管理）HSE:FF基金會定義的高速以太網(wǎng)， H1的高速網(wǎng)段，物理層---傳輸層的分層模型與以太網(wǎng)相似，應用層、用戶層與H1相當PROFIBUS:IEC標準子集之一物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、用戶層LonWorks:全部七層通信協(xié)議，通用控制網(wǎng)絡CAN：ISO11898標準，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層圖3.4網(wǎng)絡互連設備四類型網(wǎng)絡互連設備:局域網(wǎng)內(nèi)部擴展時使用

1.中繼器（用于局域網(wǎng)內(nèi)部擴展；工作在物理層，對信號進行再生、放大。） 2.網(wǎng)橋（用于局域網(wǎng)內(nèi)部擴展，智能化的中繼器；能解析數(shù)據(jù)幀的地址，隔離故障，工作在數(shù)據(jù)鏈路層）用于LAN之間，LAN與WAN之間，或WAN和WAN之間互連；

3.路由器（可以連接不同類型的網(wǎng)絡；具有路由功能；工作在網(wǎng)絡層）4.網(wǎng)關（可以連接使用不同協(xié)議體系結(jié)構的網(wǎng)絡;工作在應用層;沒有通用網(wǎng)關）中繼器物理層作用：對報文信號整形放大、按數(shù)據(jù)位重新復制。延長電纜傳輸距離，增加網(wǎng)段上掛接的節(jié)點數(shù)量；不以任何方式改變網(wǎng)絡功能；不同于放大器，是再生器；位置：在尚可以辨認出信號原有含義的地方。網(wǎng)橋物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備；在局域網(wǎng)中連接同一類型的不同網(wǎng)段（傳輸媒介、電氣接口、數(shù)據(jù)速率可不同，網(wǎng)絡協(xié)議和地址相同）；尋址、路徑選擇：重生信號，檢查目的地址，選擇正確路徑，送到地址所屬網(wǎng)段。例：圖3.6智能中繼器，包過濾。網(wǎng)絡互連中的路由器

路由器亦稱選徑器，是在網(wǎng)絡層上實現(xiàn)互連的設備，與網(wǎng)橋相比，具有更強的互連功能和更大的靈活性。工作方式與特點：路由器：連接具有獨立地址空間、不同數(shù)據(jù)速率、傳輸媒介網(wǎng)段，協(xié)議一致。遠程局域網(wǎng)互連時往往被選用。利用路由器連接，可使局域網(wǎng)間存在多條路由通路。網(wǎng)絡出現(xiàn)少量路由器或傳輸鏈路故障時，不影響通信網(wǎng)絡的正常工作。路由器基于路由器的通信網(wǎng)絡中，任意兩點之間存在多條傳輸路徑，所以路由器包含相應的軟件（路由算法），根據(jù)網(wǎng)絡的當前狀態(tài)，在若干路徑中選擇一條最好的傳輸路徑。路由是OSI第三層的功能，路由器屬于第三層的設備路由器的TCP/IP模型提供信源到信宿的連接網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應用層網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應用層網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層設備A設備B路由器網(wǎng)關網(wǎng)關又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。在傳輸層以上實現(xiàn)網(wǎng)絡互連，屬于應用層的設備。通常是安裝在路由器內(nèi)部的軟件。它的功能體現(xiàn)在OSI模型的最高層，對協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，以便在兩個不同網(wǎng)絡之間進行通信（協(xié)議不同、體系結(jié)構不同）。網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應用層網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層傳輸層應用層網(wǎng)絡接口層物理層互聯(lián)網(wǎng)層設備A設備B網(wǎng)關傳輸層應用層網(wǎng)關網(wǎng)關可以轉(zhuǎn)換的應用層協(xié)議包括：電子郵件傳輸協(xié)議（SMTP，MIME）文件傳輸協(xié)議（FTP，TFTP，NFS）遠程登錄協(xié)議（TELENT，rlogin）網(wǎng)關可以轉(zhuǎn)換的傳輸層協(xié)議包括：TCP、UDP網(wǎng)關網(wǎng)關還可以用于不同體系結(jié)構的網(wǎng)絡互連。不同公司的網(wǎng)絡體系結(jié)構SNA（SystemNetworkArchitecture）——IBM公司DNA（DigitalNetworkArchitecture）——Digital公司BNA(BurroughsNetworkArchitecture)——寶來機器公司DSA(DistributedSystemsArchitecture)——Honeywell公司NetWare網(wǎng)絡——Novell公司例如：IBM公司的SNA網(wǎng)絡與Novell公司的NetWare網(wǎng)絡互連。連接SNA網(wǎng)與NetWare網(wǎng)的一個網(wǎng)關根據(jù)通信雙方協(xié)議和體系結(jié)構的不同，對應特定的網(wǎng)關。不存在通用網(wǎng)關。傳輸媒介有線媒介：使用物理導體來傳輸信號雙絞線同軸電纜光纖電纜無線媒介：將信號通過空氣進行傳輸無線電波微波衛(wèi)星性能比較：費用，傳輸速度，信號衰減，電磁干擾，安全性網(wǎng)絡傳輸媒介的性能1）傳輸介質(zhì)的頻率特性幅頻特性相頻特性如通信信號的頻率在信道帶寬范圍內(nèi)，傳輸信號基本不失真取決于傳輸介質(zhì)的物理特性和中間通信設備的電氣特性。2）介質(zhì)帶寬傳輸介質(zhì)能通過的物理信號的頻率范圍有限同軸電纜帶寬>雙絞線帶寬越大，傳輸能力越強信號頻譜、信號帶寬圖3.15介質(zhì)帶寬與信號畸變信道容量：限制數(shù)據(jù)傳輸速率3）信噪比對信道容量的影響信噪比：信號功率s與噪聲功率N的比值；信道容量計算公式增加信噪比、帶寬4）導線傳輸介質(zhì)的性能參數(shù)特征阻抗：直徑、相對距離、絕緣類型現(xiàn)場總線電纜，電氣參數(shù)要求網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)的訪問控制目的：解決同一時間多個設備同時發(fā)起通信，引起爭用傳輸介質(zhì)，總線仲裁。計算機網(wǎng)絡：載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，隨機訪問方式；現(xiàn)場總線系統(tǒng)：確定性（時間、順序），主/從、令牌、時分復用主從通信一個主節(jié)點，多個從節(jié)點；主節(jié)點：控制該網(wǎng)段上所有通信連接；主節(jié)點：對從節(jié)點依次逐一輪詢，周期性報文傳輸；主節(jié)點呼叫發(fā)送—主節(jié)點暫?！獜墓?jié)點應答—從節(jié)點暫停主節(jié)點在規(guī)定時間內(nèi)未收到應答信號，不等待，下一次呼叫。載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測

（CSMA/CD）節(jié)點隨機發(fā)起通信；沖突—多個節(jié)點同時發(fā)起通信，信號在傳輸線上混淆遭破壞；載波監(jiān)聽—每個節(jié)點在發(fā)送信息前，偵聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送；沖突檢測—節(jié)點發(fā)送信息之后，繼續(xù)偵聽，判讀是否沖突，發(fā)現(xiàn)，中止當前發(fā)送,向總線發(fā)擁塞信號，通知各個節(jié)點；總線上傳輸數(shù)據(jù)破壞先聽再講。避免沖突：發(fā)送等待，堅持退避算法1）不堅持CSMA；2）1堅持CSMA；3）P堅持CSMA節(jié)點自主隨機發(fā)起通信，非確定性載波監(jiān)聽多路訪問/逐位仲裁相同點：使用CSMA，先聽再講，各節(jié)點自主隨機發(fā)起通信；不同點：出現(xiàn)多路同時訪問，仲裁機制。將節(jié)點按通信實時性要求緊急程度劃分優(yōu)先級，編號；沖突發(fā)生時，優(yōu)先級較低的節(jié)點主動退出發(fā)送，最高優(yōu)先級節(jié)點不受影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，總線上傳輸數(shù)據(jù)不破壞。CAN總線令牌令牌：獲得介質(zhì)訪問權的標志，獲得令牌---發(fā)起通信，避免多個節(jié)點同時發(fā)；令牌環(huán)：環(huán)形局域網(wǎng)。令牌在環(huán)路上順次傳，一個節(jié)點發(fā)送，其它節(jié)點允許接收；令牌總線：網(wǎng)上各節(jié)點按預定順序形成邏輯環(huán)；數(shù)據(jù)傳輸階段+令牌傳送階段交替。時分復用（TDM）為每個節(jié)點預先分配一段特定的