第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)互連

*1第一講總結(jié)1.現(xiàn)場總線的定義現(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)。*2傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)*3基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)*4第一講總結(jié)2.現(xiàn)場總線的特點(diǎn)和優(yōu)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)信息交換互可操作性與互用性現(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*5第一講總結(jié)2.現(xiàn)場總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費(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*6第一講總結(jié)3.現(xiàn)場總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)比較特性現(xiàn)場總線管理信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與控制能力強(qiáng)弱可靠性與故障容限高高實(shí)時響應(yīng)快中信息報文長度短長OSI相容性低中、高體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議復(fù)雜性低中、高通信功能級別中級大范圍通信速率低、中高抗干擾能力強(qiáng)中*7第一講總結(jié)4.企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的基本層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)工業(yè)局域網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)Internet過程控制層PCS制造執(zhí)行層MES企業(yè)資源規(guī)劃層ERP*8第一講總結(jié)5.幾種主要的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)基金會現(xiàn)場總線(FF)PROFIBUSLonWorksCANHARTDeviceNet第二講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)*102.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1.1基本概念2.1.2通信系統(tǒng)的組成2.1.3數(shù)據(jù)編碼2.1.4通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.1.5信號的傳輸模式2.1.6通信方式2.1.7同步方式2.1.8局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.1.9網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)2.1.10介質(zhì)訪問控制方式2.1.11差錯控制方式*112.1.1基本概念

---總線的基本術(shù)語總線與總線段

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*12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2.1.1基本概念

---總線的基本術(shù)語*13控制信號 總線上的控制信號通常有三種類型。一類控制連接在總線上的設(shè)備，讓它進(jìn)行所規(guī)定的操作，如設(shè)備清零、初始化、啟動和停止等。另一類用于改變總線操作的方式，例如改變數(shù)據(jù)流的方向，選擇數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)等。還有一些控制信號表明地址和數(shù)據(jù)的含義，如對于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現(xiàn)了廣播操作；對于數(shù)據(jù)，可用于指定它能否轉(zhuǎn)譯成輔助地址或命令。2.1.1基本概念

---總線的基本術(shù)語*142.1.1基本概念

---總線操作的基本內(nèi)容總線操作

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?？偩€傳送通信請求尋址

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*152.1.1基本概念

---總線操作的基本內(nèi)容總線仲裁

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。出錯檢測容錯*16三線“菊花鏈”：總線請求BR、總線允許BG、總線忙BB“菊花鏈”總線仲裁方式*17任一主控器Ci發(fā)出總線請求時，使BR＝1任一主控器Ci占用總線，使BB＝1，禁止BG輸出主控器Ci沒發(fā)請求(BRi=0)，卻收到BG(BGINi＝l)，則將BG向后傳遞(BGOUTi＝l)當(dāng)BR＝l，BB＝0時，仲裁器發(fā)出BG信號。此時，BG＝l，如果仲裁器本身也是一個主控器，如微處理器，則在發(fā)出BG之前BB＝0時，它可以占用一個或幾個總線周期若Ci同時滿足：本地請求(BRi=1)；BB=0；檢測到BGINi端出現(xiàn)了上升沿。接管總線。Ci接管總線后，BG信號不再后傳，即BGOUTi＝0三線菊花鏈仲裁原理*182.1.2通信系統(tǒng)的組成信息源編碼調(diào)制解調(diào)譯碼接收者傳輸介質(zhì)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲干擾*192.1.3數(shù)據(jù)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)編碼：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。基帶傳輸：采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼，在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，直接傳輸信號的傳輸方式。*202.1.3數(shù)據(jù)編碼單極性碼：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)：整個碼元時間內(nèi)維持有效電平。*212.1.3數(shù)據(jù)編碼曼徹斯特編碼

常用的基帶編碼，具有內(nèi)在時鐘信息，因而能使網(wǎng)絡(luò)上的每一個系統(tǒng)保持同步。 時間被劃分為等間隔的小段，每小段代表一個位。每小段又分為兩半，前半段傳送位的反碼，后半段傳送位本身。*222.1.3數(shù)據(jù)編碼模擬數(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。*232.1.4通信性能指標(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：

T為發(fā)送一位代碼的最小單位時間，n為信號的有效狀態(tài)。對二進(jìn)制信號來說，n=2。常稱為比特率工業(yè)數(shù)據(jù)通信中常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號速率為：9600bps,500Kbps,1Mbps,2.5Mbps,10Mbps,100Mbps*242.1.4通信性能指標(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：

T為發(fā)送一位代碼的最小單位時間，n為信號的有效狀態(tài)。對二進(jìn)制信號來說，n=2。常稱為比特率工業(yè)數(shù)據(jù)通信中常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號速率為：9600bps,500Kbps,1Mbps,2.5Mbps,10Mbps,100Mbps*252.1.4通信性能指標(biāo)誤碼率

是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率： 其中N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne為被傳輸錯的碼元數(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。*262.1.4通信性能指標(biāo)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*272.1.4通信性能指標(biāo)理想的頻率特性是對不同頻率產(chǎn)生均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?，否則信號的失真將較嚴(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。*282.1.4通信性能指標(biāo)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。*29基帶傳輸信號的傅立葉分析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?302.1.4通信性能指標(biāo)如果介質(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。*31信道帶寬對數(shù)字信號的影響*322.1.4通信性能指標(biāo)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為信號所含比特數(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。*332.1.4通信性能指標(biāo)信噪比

信號功率S與噪聲功率N的比值稱為信噪比。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)。*342.1.4通信性能指標(biāo)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。*352.1.5信號的傳輸模式基帶傳輸

指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，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。*362.1.5信號的傳輸模式載波傳輸

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，頻移鍵控和相移鍵控。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。*372.1.5信號的傳輸模式寬帶傳輸

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。*382.1.6通信方式單工通信半雙工通信全雙工通信*392.1.7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椒绞椒譃楫惒绞?asynchronous)和同步式(synchronous)。*402.1.7同步方式同步式

分為位同步、字符同步和幀同步。位同步：每個位必須在收發(fā)兩端保持同步。一般在接收端從接受信號中提取位同步信息。因?yàn)樵诮邮招盘柎a元1和0的極性變化中包含了同步信息。在同步方式中一般采用奇校驗(yàn)方法以保證每個字符中至少出現(xiàn)一個代碼轉(zhuǎn)換點(diǎn)。字符同步：將字符組織成組后連續(xù)發(fā)送，每個字符內(nèi)不加位，每組字符之前必須加上一個或多個同步字符SYN。接收端根據(jù)接收到的同步字符SYN來確定字符的起始位。*412.1.7同步方式異步式

又稱起止(start-stop)同步方式。它在傳送的字符之前設(shè)置一個起始位，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*422.1.7同步方式同步式優(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。*432.1.8局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的互連方式星形拓?fù)洵h(huán)形拓?fù)淇偩€形拓?fù)錁湫瓮負(fù)?442.1.9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：物理特性傳輸特性連通特性地理范圍抗干擾性*452.1.9網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)雙絞線物理特性傳輸特性：可以通過使用頻分多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行多路復(fù)用。

使用雙絞線或調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號時，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9600bps，24條音頻通道總的傳輸速率可達(dá)230kbps。連通性：可以用于點(diǎn)-點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接地理范圍：在10Mbps局域網(wǎng)中，與集線器之間大最大距離100m抗干擾性：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*462.1.9網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)同軸電纜物理特性傳輸特性：分為基帶和寬帶同軸電纜。基帶同軸電纜一般僅用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，寬帶同軸電纜可以使用頻分多路復(fù)用方法劃分成多條通信通道。

特征阻抗分為50歐的以太網(wǎng)電纜(傳輸速率10Mbps)和75歐的CATV電纜(帶寬達(dá)400MHz)。 連通性：可以用于點(diǎn)-點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接；地理范圍：基帶電纜最大幾公里，寬帶同軸電纜最大幾十公里；抗干擾性：高于雙絞線。*472.1.9網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)光纖物理特性：光纖位直徑50-100um的導(dǎo)光介質(zhì)；傳輸特性：傳輸速率可達(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。*482.1.9網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)*492.1.10介質(zhì)訪問控制方式通過對介質(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。*502.1.10介質(zhì)訪問控制方式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，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堅持退避算法：不堅持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*512.1.10介質(zhì)訪問控制方式令牌訪問控制方式

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EDCBA*52令牌總線方式2.1.10介質(zhì)訪問控制方式FHCEDBAG*532.1.11差錯控制技術(shù)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*542.1.11差錯控制技術(shù)錯誤檢測奇偶校驗(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))海明碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)*55海明碼一個錯誤校驗(yàn)碼碼集，其碼組長度、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*56海明碼冗余碼填充位置：滿足關(guān)系：舉例：給出數(shù)據(jù)1101的海明碼編碼、譯碼和糾錯過程*571.根據(jù)k=4可得：r=3,n=72.根據(jù)冗余碼填充位置，可得編碼后數(shù)據(jù)形式：(P1P21P3101)3.根據(jù)矩陣等式可解得4.所求海明編碼為(1010101)海明碼:數(shù)據(jù)1101的海明碼編碼、譯碼和糾錯過程*585.譯碼過程：假設(shè)接收到的數(shù)據(jù)為(1010111),根據(jù)矩陣可計算出出錯位：6.由(110)可得第6位出錯，將第6位取反即可得正確數(shù)據(jù)。海明碼:數(shù)據(jù)1101的海明碼編碼、譯碼和糾錯過程*59CRC(循環(huán)冗余編碼)校驗(yàn)CRC校驗(yàn)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。 若計算出的余數(shù)為0，則數(shù)據(jù)傳輸正確。*60發(fā)送方接收方發(fā)送數(shù)據(jù)f(x)生成多項(xiàng)式G(x)實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)字段校驗(yàn)字段接收數(shù)據(jù)f1(x)生成多項(xiàng)式G(x)R1(x)=0接收正確R1(x)!=0接收錯誤*61數(shù)據(jù)為1100111，生成多項(xiàng)式G(x)的系數(shù)為11001，求發(fā)送方發(fā)出的比特序列。1.G(x)的系數(shù)為11001，說明多項(xiàng)式階數(shù)為4；2.數(shù)據(jù)碼后添加4個0，新多項(xiàng)式系數(shù)為110011100003.多項(xiàng)式相除，求余數(shù)多項(xiàng)式系數(shù)(加減運(yùn)算相當(dāng)于異或)：

100001011001/1100111000011001110001100100104.余數(shù)多項(xiàng)式系數(shù)為0010，因此發(fā)送方的比特序列為11001110010循環(huán)冗余編碼:舉例*62CRC生成多項(xiàng)式

CRC-12CRC-16CRC-CCITTCRC-32對二進(jìn)制乘法來說，x＝2*632.1.11差錯控制技術(shù)差錯控制和糾正超時重發(fā)拒絕接收選擇接收探詢*64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?；瑒哟翱诹髁靠刂?65總結(jié)數(shù)據(jù)通信的基本概念信號帶寬：信號電磁波的頻率范圍信道帶寬：信道上能夠傳輸?shù)男盘柕淖畲箢l率范圍信道容量：傳輸介質(zhì)容許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)基帶傳輸：在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)基帶信號的傳輸方法傳輸速率：單位時間內(nèi)傳送的信息量誤碼率：傳送中數(shù)據(jù)被傳錯的概率，近似等于大量數(shù)據(jù)傳輸中傳錯的數(shù)據(jù)占整個數(shù)據(jù)量的比例*66總結(jié)數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)模擬編碼方法 振幅鍵控 移頻鍵控 移相鍵控數(shù)字編碼方法 歸零碼（RZ）和非歸零碼（NRZ） 曼徹斯特編碼：優(yōu)點(diǎn)是傳輸過程中沒有直流成分且提供了同步信息數(shù)據(jù)的基帶傳輸和頻帶傳輸*67數(shù)據(jù)通信方式串行和并行異步傳輸和同步傳輸單工、半雙工和全雙工傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖無線通信總結(jié)*68信道共享競爭的介質(zhì)訪問方法

CSMA/CD確定型介質(zhì)訪問方法 令牌總線 令牌環(huán)總結(jié)*69差錯控制技術(shù)差錯控制中的編碼技術(shù)

海明碼

循環(huán)冗余編碼流量控制 停止等待流量控制 滑動窗口流量控制總結(jié)*702.2現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)

具有通信能力的以下現(xiàn)場設(shè)備都可以成為現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一員：限位開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等各類開關(guān)；條形碼閱讀器；光電傳感器；溫度、壓力、流量、物位等各種傳感器、變送器；可編程邏輯控制器PLC；PID等數(shù)字控制器；各種數(shù)據(jù)采集裝置；作為監(jiān)視操作的監(jiān)控計算機(jī)、工作站及其外設(shè)；各種調(diào)節(jié)閥；電動機(jī)控制設(shè)備；變頻器；機(jī)器人；作為現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的中繼器、網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等。*71遠(yuǎn)程IOPLC傳感器變送器變頻器閥門。。。HMI人機(jī)接口現(xiàn)場總線適配器PC計算機(jī)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)示意圖*722.2現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)和特點(diǎn) 將傳感器、執(zhí)行器、測控儀表等做為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并連接成開放式、數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，以完成測控任務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)面臨生產(chǎn)現(xiàn)場的強(qiáng)電磁干擾以及野外的惡劣環(huán)境，要求適應(yīng)性和抗干擾性非常強(qiáng)?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性

現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于它必須滿足對現(xiàn)場控制的實(shí)時性要求。*732.3網(wǎng)絡(luò)硬件網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)廣播式網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

一般來講，小的、地理上處于本地的網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式，而大的網(wǎng)絡(luò)則采用點(diǎn)到點(diǎn)方式。*742.3網(wǎng)絡(luò)硬件網(wǎng)絡(luò)分類同一電路板同一系統(tǒng)同一房間同一建筑物同一園區(qū)同一城市同一國家同一洲內(nèi)同一星球0.1m1m10m100m1km10km100km1000km10000km處理器間距離各處理器的位置例子數(shù)據(jù)流計算機(jī)多計算機(jī)局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)城域網(wǎng)廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)*752.4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念即將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)共享。要求不改變原有子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信速率、硬件和軟件配置等，要求將因連接對原有網(wǎng)絡(luò)的影響減至最小。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范IEEE802標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和操作系統(tǒng)*762.4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范IEEE802標(biāo)準(zhǔn)802.3CSMA/CD物理層802.4Token_bus物理層802.5Token_ring物理層802.6MAN物理層802.1邏輯鏈路控制802.1B網(wǎng)際互聯(lián)802.1A綜述和體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理802.10可互操作的局域網(wǎng)安全規(guī)范網(wǎng)際互聯(lián)邏輯鏈路介質(zhì)訪問物理層*772.5通信參考模型2.5.1OSI參考模型2.5.2TCP/IP參考模型2.5.3OSI和TCP/IP參考模型的比較2.5.4現(xiàn)場總線的通信模型*782.5.1OSI參考模型Opensysteminterconnection為異種計算機(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。*792.5.1OSI參考模型應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議通信子網(wǎng)邊界主機(jī)A主機(jī)B路由器內(nèi)部子網(wǎng)協(xié)議路由器比特幀分組TPDUSPDUPPDUAPDU交換單元的名字*802.5.1OSI參考模型物理層 主要是處理機(jī)械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題；這里，OSI物理層的作用是：在明確與調(diào)制解調(diào)器相連的接插頭形狀和插腳排列的基礎(chǔ)上，對調(diào)制解調(diào)器的信號進(jìn)行控制，以保證將比特傳送到對方。實(shí)際所使用的物理媒體是光纖還是雙絞線不在OSI范疇。*81*82引腳信號名稱信號流向簡稱信號功能1保護(hù)地接設(shè)備外殼，安全地2(3)發(fā)送數(shù)據(jù)DTE->DCETxDDTE發(fā)送串行數(shù)據(jù)3(2)接收數(shù)據(jù)DTE<-DCERxDDTE接收串行數(shù)據(jù)4(7)請求發(fā)送DTE->DCERTSDTE請求切換到發(fā)送方式5(8)清除發(fā)送DTE<-DCECTSDCE已切換到準(zhǔn)備接收6(6)數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DTE<-DCEDSRDCE準(zhǔn)備就緒，可以接收7(5)信號地公共信號地8(1)載波檢測（接收線路信號檢測）DTE<-DCEDCD(RLSD)DCE已接收到遠(yuǎn)程載波20(4)數(shù)據(jù)終端就緒DTE->DCEDTRDTE準(zhǔn)備就緒，可以接收22(9)振鈴指示DTE<-DCERI通知DTE，通信線路已接通23數(shù)據(jù)信號速率選擇DTE<->DCEDSRD選擇較高的速率，雙向通知RS232接口*83RS232接口*84RS232接口*85RS-232C串行通信接口串行異步通信數(shù)據(jù)格式分界位或前一個字符的停止位110DDD0/1DDDDD111112345678奇偶校驗(yàn)位停止位停止位分界位起始位選擇位8位數(shù)據(jù)位12*86RS-232C串行通信接口串行異步通信數(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。，*872.5.1OSI參考模型數(shù)據(jù)鏈路層

利用物理層提供的“比特序列傳送功能”在鄰接的節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)透明的、高可靠性的數(shù)據(jù)傳送。所謂透明的數(shù)據(jù)傳送是指無論什么樣類型的數(shù)據(jù)都按其原樣傳送。即將一條原始的、有差錯的物理鏈路變?yōu)闊o差錯的邏輯數(shù)據(jù)鏈路。 基本功能包括：鏈路管理、幀同步、尋址、訪問控制、差錯控制和流量控制、透明傳輸。*88OSI參考模型與使用CSMA/CDLAN的階層模型關(guān)系*892.5.1OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層

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。主要功能有：尋址

路由選擇與中繼流量控制：網(wǎng)絡(luò)建立連接與管理

*902.5.1OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層尋址：當(dāng)傳輸信息的信源和信宿分別屬于不同的網(wǎng)絡(luò)，就需要網(wǎng)絡(luò)層參與解決尋址問題。

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，各個中繼節(jié)點(diǎn)在存儲轉(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。

流量控制：對進(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。

網(wǎng)絡(luò)建立連接與管理：在面向連接的服務(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。

*912.5.1OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層—路由選擇算法 算法應(yīng)具有如下特點(diǎn)：正確、簡單、適應(yīng)通信與拓?fù)涞淖兓?、穩(wěn)定、對用戶是公平性、對某一性能指標(biāo)（如鏈路長度、鏈路容量、傳輸速率、傳輸時延等）最佳。靜態(tài)策略 固定路選算法 分散路選算法 擴(kuò)散路選算法動態(tài)策略 孤立自適應(yīng)路選算法 反向感知法 分布式路選法 集中式路選法*922.5.1OSI參考模型網(wǎng)絡(luò)層—流量控制

*932.5.1OSI參考模型傳輸層

用于實(shí)現(xiàn)兩個終端計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)程之間的高質(zhì)量、高效率數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)間通信進(jìn)程間間通信*942.5.1OSI參考模型傳輸層

從會話層接收數(shù)據(jù)，并且在必要時把它分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對方的各段信息正確無誤； 也要決定向會話層，最終向網(wǎng)絡(luò)用戶提供什么樣的服務(wù)； 是真正的從源到目標(biāo)“端到端”的層*952.5.1OSI參考模型會話層 允許不同機(jī)器上的用戶建立會話關(guān)系；表示層

完成某些特定的功能。表示層以下的各層只關(guān)心可靠的傳輸比特流，而表示層關(guān)心的是所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義應(yīng)用層 包含大量人們普遍需要的協(xié)議。*962.5.1TCP/IP參考模型應(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OSITCP/IP應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)網(wǎng)層主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層模型結(jié)構(gòu)*972.5.1TCP/IP參考模型主機(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)上地對等實(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)報協(xié)議，是不可靠的，無連接協(xié)議。應(yīng)用層*98TCP/IP模型中的協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)TELNET應(yīng)用層FTPSMTPDNSARPANETSATNET分組無線網(wǎng)LANTCPUDPIP傳輸層物理層物理+數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)*99socket()bind()listen()accept()read()

connect()

Socket()write(