现场总线技术及其应用 教学课件 第二章 网络基础知识
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中继距离长、抗电磁干扰性能很强、保密性好、重量轻、体积小等
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局域网网络拓扑结构
星型
环型
总线型
树型
13
带冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD〔Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection〕
讲前先听 1坚持CSMA 非坚持CSMA P坚持CSMA 边讲边听 控制令牌
接收数据 当数据发送完成之后，就将数据令牌转让给对方，由
对方进行数据发送 会话同步 允许会话用户在传送的数据中设置同步点，当出现故
障时，整个会话活动不需全部重复，仅需重传故障发 生前最后一个同步点以后的数据。
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数据转换 数据加密 数据压缩
– 抽象语法 – 局部语法 – 词法转换 – 传送语法 – 表示上下文
范围内的信号。一种介质只能传输有效带宽在介质带
宽范围内的信号。如果介质带宽小于信号的有效带宽，
信号就可能产生失真而使接收端难以正确识别。当传
输速率升高时，信号的有效带宽会随之增加，因而需
要传输介质具有更大的介质带宽。换句话说，传输介
质的带宽会限制传输速率的增高。
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2.1.1 数据通信系统的性能指标
2.1.1 数据通信系统的性能指标
介质带宽
信号所含频率分量的集合称为频谱。频谱所占的频率 宽度称为带宽。
以一定的幅度门限为依据，将在接收端收到的那局部 主要信号的频谱从原来的无穷大频谱中划分出来，便 形成该信号的有效频谱。有效频谱的频带宽度称为有 效带宽。
实际传输介质的带宽是有限的，它只能传输某些频率
现场总线技术
第2讲
胡青松
第2章 网络根底知识
2.1 网络与通信技术根底 2.2 ISO/OSI参考模型
2
2.1 网络与通信技术根底
2.1.1 数据通信系统的性能指标 2.1.2 数据通信的理论根底 2.1.3 数据编码
3
2.1.1 数据通信系统的性能指标
有效性指标
数数据据传传输输速速度度是单位时间内传送的数据S量b 。T1 log2n
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数据传输介质
双绞线 非屏蔽双绞线UTP〔Unscreened Twisted Pair 屏蔽双绞线STP 〔Screened Twisted Pair〕 同轴电缆 由内导体铜芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层及塑料保护层构
成，这种结构使铜芯线与网状导体同轴，因此称为同轴电缆。 同轴电缆的屏蔽性能和抗干扰性能优于双绞线，它具有较高的带宽和
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2.1.1 数据通信系统的性能指标
信噪比对信道容量的影响
信噪比 是信号功率 S与噪声功率N 的比值。信
噪比一般用10lg(S/N) 来表示，单位为分贝
〔 dB 〕。
信道容量
跟C 信道带宽
W 和信噪比
S
/
N
之间的香
农计算公式。
C
Wlog2(1
S) N
在带宽一定时，提高信噪比可以增加信道容量。 在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相 互弥补。
不同程度改变的特性。 理想信道的频率特性应该是对不同频率产生均匀的幅
频特性和线性相频特性，而实际信道的频率特性并非 理想。因此，通过信道后的波形会产生畸变。如果信 号的频率在信道带宽范围内，那么传输的信号根本上 不失真，否那么，信号的失真将较严重。 信道频率特性不理想是由于传输线路并非理想线路造 成的。实际的传输线路存在电阻、电感、电容，这些 构成分布式参数系统。信道的频率特性不仅与介质相6 关，而且和中间通信设备的电气特性有关。
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2.1.3数据编码
数字数据的数字信号编码
– 全宽单极性码 – 全宽双极性码 – 归零码 – 曼彻斯特编码 – 差分曼彻斯特编码
数字数据的模拟信号编码
– 幅度键控 – 频移键控 – 相移键控
模拟数据的数字信号编码
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串行传输与并行传输 单工、半双工和全双工通信 同步传输与异步传输 多路复用技术 基带、频带和宽带传输
较低的误码率。 一般情况下，同轴电缆的数据传输数据速率与传输距离成反比：即传
输速率越高，传输距离就越短。 广泛使用的同轴电缆有两种：一种是50Ω的同轴电缆，另一种是75Ω
的同轴电缆。根据直径的不同，同轴电缆又分为细缆和粗缆两种。 光缆 单模光纤(Single Mode Fiber 多模光纤(Multi Mode Fiber) 传输频带非常宽、数据传输速率非常高、误码率很低、传输损耗小、
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数据终端设备DTE〔Data Terminal Equipment〕 数据电路端接设备DCE〔Data Circuit-terminating
Equipment〕 物理层协议规定的四个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 物理层典型协议有EIA RS-232-C和EIA RS-449
为介质访问控制〔MAC〕子层与逻辑链路控制〔 LLC〕子层。
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路由选择
静态路由选择算法
动态路由选择算法
流量控制
吞吐量 信道在单位时间内成功传输的总信 息量，单位为bps
拥塞
死锁
网络层的典型协议是国际电报 咨询委员会 CCITT〔Consulatave Committee International Telegraph and Telephone〕的X.25，它适用于21 分组交换。
信道容量 信道容量是指在某种传输介质中单位时
间内可能传送最大比特率，即该传输介 质容许的最大数据传输速率。 传输介质的带宽限制了信道的数据传输 速率。或者说，数据的传输速率应该在 信道容量容许的范围之内。只要信号速 率低于信道容量，总可以找到一个编码 方式，实现低误码率传输。假设实际传 输速率超过信道容量，那么即使只超过 一点，其传输也不能正确进行。
Pe Ne / N
误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传 输可靠性的参数。
对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码 率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求。 在数据传输速率确定后，误码率越低，数据传输系 统设备越复杂，造价越高。
对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码 元，那么要折合成二进制码元来计算。
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提供如下三种效劳 无确认的无连接效劳 有确认的无连接效劳 有确认的面向连接的效劳 数据链路层解决的主要问题 成帧 流量控制 过失控制 数据链路层的典型协议是OSI标准协议集中的高级数
据链路控制HDLC(High Level Data Link Control)协 议。
OSI模型的数据链路层在IEEE802局域网标准中被分
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应用实体 一个用户元素 一组应用效劳元素 OSI应用层协议标准 报文处理系统MHS〔Message Handling System〕； 文件传送、存取和管理FTAM〔File Transfer，Access
and Management〕； 虚拟终端协议VTP〔Virtual Terminal Protocol〕； 远程数据库访问RDA〔Remote Database Access〕； 目录效劳DS〔Directory Service〕； 事务处理TP〔Transaction Processing〕； 作业传送与操纵JTM〔Job Transfer and Manipulation〕
通信系统的有效性与可靠性两者之间是相互联系、 相互制约的。
5
2.1.1 数据通信系统的性能指标
通信信道的频率特性 频率特性 描述通信信道在不同频率的信号通过以
后，其波形发生变化的特性。 频率特性分为幅频特性和相频特性。 幅频特性指不同频率信号通过信道后，其幅值受到不
同衰减的特性； 相频特性指不同频率的信号通过信道后，其相角发生
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数据交换技术
线路交换
在两节点交换数据之前，要在网络中先
建立一个实际的物理线路连接，这种连接技术
称为线路交换
存储转发交换
中转节点先将待传输的信息暂存到缓冲
存储器中，并等待信道空闲时再把信息转发给
下一个节点，假设不空那么信息可在缓冲存储
器中等待
报文交换
报文分组交换
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过失控制技术
过失控制编码
海明距离
指两个码字中不同的位的个数，计算海
明距离只须对两个码字作异或运算，然后计算
结果中1的个数
纠错码
海明码
检错码
奇偶校验码
循环冗余码
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网络互连设备
中继器 网桥 路由器 网关 集线器
– 无源集线器 – 有源集线器 – 智能集线器 – 交换式集线器
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2.2 ISO/OSI模型
主要功能：在网络层的根底上，完成端到端的 过失纠正和流量控制，并实现两个终端系统间 传送的分组无丧失、无重复、无过失、分组顺 序正确。
向用户提供面向连接和无连接两种效劳。
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表2-1 运输协议类型
表2-1 传输协议类型
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会话连接 一个会话连接对应一个运输连接 多个会话连接对应一个运输连接 一个会话连接对应多个运输连接 令牌管理 持有令牌的会话效劳用户才可发送数据，另一方只能
比特率 是数据信号的最小单位。通信系统中的字符 或者字节一般由多个二进制位即多个比特来表示。例 如，一个字节往往是8位或16位。通信系统每秒传输数 据的二进制位数被定义为比特率，记作：bit/s。
波特率 波特〔baud〕是指信号大小方向变化的一个 波形。把每秒传输信号的个数，即每秒传输信号波形 的变化次数定义为波特率。单位为波特〔baud〕。
频带利用率 频带利用率是指单位频带内的传输速度。
协议效率 协议效率是指所传输的数据包中的有效数 据位
与整个数据包长度的比值。
4
通信效率 通信效率被定义为数据帧的传输时间同用
2.1.1 数据通信系统的性能指标
可靠性指标
误码率 是衡量数字通信系统可的概率。
单模光纤singlemodefiber多模光纤multimodefiber传输频带非常宽数据传输速率非常高误码率很低传输损耗小中继距离长抗电磁干扰性能很强保密性好重量轻体1321621621621614217217217217带冲突检测的载波监听多路访问csmacdcarriersensemultipleaccesscollisiondetection讲前先听1坚持csma非坚持csma边讲边听控制令牌15218218218218线路交换在两节点交换数据之前要在网络中先建立一个实际的物理线路连接这种连接技术称为线路交换存储转发交换中转节点先将待传输的信息暂存到缓冲存储器中并等待信道空闲时再把信息转发给下一个节点若不空则信息可在缓冲存储器中等待报文分组交换16219219219219海明距离指两个码字中不同的位的个数计算海明距离只须对两个码字作异或运算然后计算结果中1的个数纠错码海明码检错码奇偶校验码循环冗余码172110211021102110中继器网桥路由器网关集线器交换式集线器1822isoosi22isoosi22isoosi22isoosi19221221221221数据终端设备dtedataterminalequipment数据电路端接设备dcedatacircuitterminatingequipment物理层典型协议有eiars232c和eiars44920222222222222数据链路层的典型协议是osi标准协议集中的高级数据链路控制hdlchighleveldatalinkcontrol协议
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局域网网络拓扑结构
星型
环型
总线型
树型
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带冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD〔Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection〕
讲前先听 1坚持CSMA 非坚持CSMA P坚持CSMA 边讲边听 控制令牌
接收数据 当数据发送完成之后，就将数据令牌转让给对方，由
对方进行数据发送 会话同步 允许会话用户在传送的数据中设置同步点，当出现故
障时，整个会话活动不需全部重复，仅需重传故障发 生前最后一个同步点以后的数据。
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数据转换 数据加密 数据压缩
– 抽象语法 – 局部语法 – 词法转换 – 传送语法 – 表示上下文
范围内的信号。一种介质只能传输有效带宽在介质带
宽范围内的信号。如果介质带宽小于信号的有效带宽，
信号就可能产生失真而使接收端难以正确识别。当传
输速率升高时，信号的有效带宽会随之增加，因而需
要传输介质具有更大的介质带宽。换句话说，传输介
质的带宽会限制传输速率的增高。
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2.1.1 数据通信系统的性能指标
2.1.1 数据通信系统的性能指标
介质带宽
信号所含频率分量的集合称为频谱。频谱所占的频率 宽度称为带宽。
以一定的幅度门限为依据，将在接收端收到的那局部 主要信号的频谱从原来的无穷大频谱中划分出来，便 形成该信号的有效频谱。有效频谱的频带宽度称为有 效带宽。
实际传输介质的带宽是有限的，它只能传输某些频率
现场总线技术
第2讲
胡青松
第2章 网络根底知识
2.1 网络与通信技术根底 2.2 ISO/OSI参考模型
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2.1 网络与通信技术根底
2.1.1 数据通信系统的性能指标 2.1.2 数据通信的理论根底 2.1.3 数据编码
3
2.1.1 数据通信系统的性能指标
有效性指标
数数据据传传输输速速度度是单位时间内传送的数据S量b 。T1 log2n
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数据传输介质
双绞线 非屏蔽双绞线UTP〔Unscreened Twisted Pair 屏蔽双绞线STP 〔Screened Twisted Pair〕 同轴电缆 由内导体铜芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层及塑料保护层构
成，这种结构使铜芯线与网状导体同轴，因此称为同轴电缆。 同轴电缆的屏蔽性能和抗干扰性能优于双绞线，它具有较高的带宽和
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2.1.1 数据通信系统的性能指标
信噪比对信道容量的影响
信噪比 是信号功率 S与噪声功率N 的比值。信
噪比一般用10lg(S/N) 来表示，单位为分贝
〔 dB 〕。
信道容量
跟C 信道带宽
W 和信噪比
S
/
N
之间的香
农计算公式。
C
Wlog2(1
S) N
在带宽一定时，提高信噪比可以增加信道容量。 在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相 互弥补。
不同程度改变的特性。 理想信道的频率特性应该是对不同频率产生均匀的幅
频特性和线性相频特性，而实际信道的频率特性并非 理想。因此，通过信道后的波形会产生畸变。如果信 号的频率在信道带宽范围内，那么传输的信号根本上 不失真，否那么，信号的失真将较严重。 信道频率特性不理想是由于传输线路并非理想线路造 成的。实际的传输线路存在电阻、电感、电容，这些 构成分布式参数系统。信道的频率特性不仅与介质相6 关，而且和中间通信设备的电气特性有关。
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2.1.3数据编码
数字数据的数字信号编码
– 全宽单极性码 – 全宽双极性码 – 归零码 – 曼彻斯特编码 – 差分曼彻斯特编码
数字数据的模拟信号编码
– 幅度键控 – 频移键控 – 相移键控
模拟数据的数字信号编码
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串行传输与并行传输 单工、半双工和全双工通信 同步传输与异步传输 多路复用技术 基带、频带和宽带传输
较低的误码率。 一般情况下，同轴电缆的数据传输数据速率与传输距离成反比：即传
输速率越高，传输距离就越短。 广泛使用的同轴电缆有两种：一种是50Ω的同轴电缆，另一种是75Ω
的同轴电缆。根据直径的不同，同轴电缆又分为细缆和粗缆两种。 光缆 单模光纤(Single Mode Fiber 多模光纤(Multi Mode Fiber) 传输频带非常宽、数据传输速率非常高、误码率很低、传输损耗小、
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数据终端设备DTE〔Data Terminal Equipment〕 数据电路端接设备DCE〔Data Circuit-terminating
Equipment〕 物理层协议规定的四个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 物理层典型协议有EIA RS-232-C和EIA RS-449
为介质访问控制〔MAC〕子层与逻辑链路控制〔 LLC〕子层。
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路由选择
静态路由选择算法
动态路由选择算法
流量控制
吞吐量 信道在单位时间内成功传输的总信 息量，单位为bps
拥塞
死锁
网络层的典型协议是国际电报 咨询委员会 CCITT〔Consulatave Committee International Telegraph and Telephone〕的X.25，它适用于21 分组交换。
信道容量 信道容量是指在某种传输介质中单位时
间内可能传送最大比特率，即该传输介 质容许的最大数据传输速率。 传输介质的带宽限制了信道的数据传输 速率。或者说，数据的传输速率应该在 信道容量容许的范围之内。只要信号速 率低于信道容量，总可以找到一个编码 方式，实现低误码率传输。假设实际传 输速率超过信道容量，那么即使只超过 一点，其传输也不能正确进行。
Pe Ne / N
误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传 输可靠性的参数。
对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码 率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求。 在数据传输速率确定后，误码率越低，数据传输系 统设备越复杂，造价越高。
对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码 元，那么要折合成二进制码元来计算。
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提供如下三种效劳 无确认的无连接效劳 有确认的无连接效劳 有确认的面向连接的效劳 数据链路层解决的主要问题 成帧 流量控制 过失控制 数据链路层的典型协议是OSI标准协议集中的高级数
据链路控制HDLC(High Level Data Link Control)协 议。
OSI模型的数据链路层在IEEE802局域网标准中被分
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应用实体 一个用户元素 一组应用效劳元素 OSI应用层协议标准 报文处理系统MHS〔Message Handling System〕； 文件传送、存取和管理FTAM〔File Transfer，Access
and Management〕； 虚拟终端协议VTP〔Virtual Terminal Protocol〕； 远程数据库访问RDA〔Remote Database Access〕； 目录效劳DS〔Directory Service〕； 事务处理TP〔Transaction Processing〕； 作业传送与操纵JTM〔Job Transfer and Manipulation〕
通信系统的有效性与可靠性两者之间是相互联系、 相互制约的。
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2.1.1 数据通信系统的性能指标
通信信道的频率特性 频率特性 描述通信信道在不同频率的信号通过以
后，其波形发生变化的特性。 频率特性分为幅频特性和相频特性。 幅频特性指不同频率信号通过信道后，其幅值受到不
同衰减的特性； 相频特性指不同频率的信号通过信道后，其相角发生
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数据交换技术
线路交换
在两节点交换数据之前，要在网络中先
建立一个实际的物理线路连接，这种连接技术
称为线路交换
存储转发交换
中转节点先将待传输的信息暂存到缓冲
存储器中，并等待信道空闲时再把信息转发给
下一个节点，假设不空那么信息可在缓冲存储
器中等待
报文交换
报文分组交换
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过失控制技术
过失控制编码
海明距离
指两个码字中不同的位的个数，计算海
明距离只须对两个码字作异或运算，然后计算
结果中1的个数
纠错码
海明码
检错码
奇偶校验码
循环冗余码
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网络互连设备
中继器 网桥 路由器 网关 集线器
– 无源集线器 – 有源集线器 – 智能集线器 – 交换式集线器
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2.2 ISO/OSI模型
主要功能：在网络层的根底上，完成端到端的 过失纠正和流量控制，并实现两个终端系统间 传送的分组无丧失、无重复、无过失、分组顺 序正确。
向用户提供面向连接和无连接两种效劳。
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表2-1 运输协议类型
表2-1 传输协议类型
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会话连接 一个会话连接对应一个运输连接 多个会话连接对应一个运输连接 一个会话连接对应多个运输连接 令牌管理 持有令牌的会话效劳用户才可发送数据，另一方只能
比特率 是数据信号的最小单位。通信系统中的字符 或者字节一般由多个二进制位即多个比特来表示。例 如，一个字节往往是8位或16位。通信系统每秒传输数 据的二进制位数被定义为比特率，记作：bit/s。
波特率 波特〔baud〕是指信号大小方向变化的一个 波形。把每秒传输信号的个数，即每秒传输信号波形 的变化次数定义为波特率。单位为波特〔baud〕。
频带利用率 频带利用率是指单位频带内的传输速度。
协议效率 协议效率是指所传输的数据包中的有效数 据位
与整个数据包长度的比值。
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通信效率 通信效率被定义为数据帧的传输时间同用
2.1.1 数据通信系统的性能指标
可靠性指标
误码率 是衡量数字通信系统可的概率。
单模光纤singlemodefiber多模光纤multimodefiber传输频带非常宽数据传输速率非常高误码率很低传输损耗小中继距离长抗电磁干扰性能很强保密性好重量轻体1321621621621614217217217217带冲突检测的载波监听多路访问csmacdcarriersensemultipleaccesscollisiondetection讲前先听1坚持csma非坚持csma边讲边听控制令牌15218218218218线路交换在两节点交换数据之前要在网络中先建立一个实际的物理线路连接这种连接技术称为线路交换存储转发交换中转节点先将待传输的信息暂存到缓冲存储器中并等待信道空闲时再把信息转发给下一个节点若不空则信息可在缓冲存储器中等待报文分组交换16219219219219海明距离指两个码字中不同的位的个数计算海明距离只须对两个码字作异或运算然后计算结果中1的个数纠错码海明码检错码奇偶校验码循环冗余码172110211021102110中继器网桥路由器网关集线器交换式集线器1822isoosi22isoosi22isoosi22isoosi19221221221221数据终端设备dtedataterminalequipment数据电路端接设备dcedatacircuitterminatingequipment物理层典型协议有eiars232c和eiars44920222222222222数据链路层的典型协议是osi标准协议集中的高级数据链路控制hdlchighleveldatalinkcontrol协议