第二章 工业控制网络技术基础.ppt

收到 – 数据传输中需要指定源、目的地址 – 需要某种机制决定谁发送（令牌） – 需要对发送规则进行监控和管理（令牌管理） – 需对数据进行插入、接收、删除处理（避免循
环） – 数据在每个站点重新转发，信号强度大
环网转发器功能
• 对数据波形进行整形、放大 • 对途经的数据进行监听并沿环向下转发
（延时理想值为1位） • 对出环或故障的站点进行旁路，维持环的
• （1）主要特点： • 1）一般特点： • ①较小的物理范围 • ②以微机为主要联网对象 • ③通常属于某个部门和单位 • ④价格低廉 • 2）技术特点： • ①具有更高的传输速率（10－1000Mbit/s） • ②通常多个站共享一个传输介质 • ③误码率低 • ④具有较低的时延 • ⑤具有高可靠性和安全性、易于扩缩和管理
第二章 工业控制网络技术基础
2.1 局域网技术
• 1、局域网概述 • 定义：局域网（LAN）通常被认为是由一组在物
理地址上彼此相隔不远的计算机及其设备按照一 定的连接方式组织起来的、以实现用户间相互通 信和共享诸如打印机和存储设备等资源的网络系 统。 • 主要用途： • 1）共享功能 共享的内容软硬件都可包括 • 2）客户/服务器计算模式 • 3）局域通信功能 • 4）为接入Internet等广域网做准备
（2）环形拓扑结构
• 由连接成封闭回路的网络节点组成，每一节点与 它左右相邻的节点相连接并最终形成一个“环状” 结构。
• 连接特点：
– 通过转发器与单向链路连成环状 – 各站点通过转发器接入环中
• 逻辑拓扑：环形
转发 器
环形拓扑
• 通信特点：
– 数据单向传输，同时只能有一个站点发送 – 广播通信方式，数据绕环一周，所有站点都能
• 实体与对等实体
– 实体：每一层活跃的元素
• 可收发信息的东西（硬、软件均可，如网卡、应用程序等） • 是实现层功能的主体 • 每一个层可有多个实体
正常工作
1位延迟
监听/接收
发送
旁路
环网的数据传输
• 准备工作
转发
– 数据成帧
器
– 得到令牌（发送权）
• 传输过程
环形拓扑
– 帧途经的转发器判别地址
• 若地址相符：将数据传向所连站点，同时修改有关位（接收信 号），并向下转发；
• 若地址不符：则只将数据向下转发
– 发送站边发边监听上行链路数据
• 数据帧绕环一周回到本地：站点吸收本数据帧，同时产生新令 牌
– 需要指明由谁发送（源
点发送 – 一个站点连续发送时间过长，其他站点将不能发送
（公平性？） – 站点只能采用半双工方式
• 全双工（Full Duplex）是指在发送数据的同时也 能够接收数据，两者同步进行。这好像我们平时 打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。 目前的网卡一般都支持全双工。 半双工（Half Duplex），所谓半双工就是指一个 时间段内只有一个动作发生。举个简单例子，一 条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前 有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等 到头后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半 双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等 设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进 步，半双工会逐渐退出历史舞台。 单工通信是指通信线路上的数据按单一方向传送。
（3）总线型拓扑结构
• 一种使用同一介质或电缆连接所有端用户 的方式，即连接端用户的物理介质由所有 设备共享。
数据流
总线拓扑
逻辑拓扑 总线型
总线型拓扑结构特点
• 连接特点：所有站点通过搭接头直接与总线相连 • 逻辑拓扑：总线型 • 通信面临的问题：
– 任一站点发送，其他所有站点都能收到；数据传输无 方向性
总线型结构的数据传输
站点C发数据给站点A接收
A站 B站
C站
传输准备
✓ 站点C将数据组成 帧格式， 头部含源 （C）、宿地址（A）
✓ 站点C传输之前需 先竞争到信道
传输过程
C将帧发出
传到B站，地 址不符丢弃
传到A站，地 址相符接收
2.2 局域网协议
• 分层结构的相关术语、概念
• 层与对等层
– 层：一种逻辑划分，功能被明确定义 – 对等层：也叫同层，指互连系统中相同的层
• 逻辑拓扑
– 数据流在物理线缆中传输的形式
• 物理拓扑可能与逻辑拓扑形状不同
• 局域网常见的拓扑结构
– 总线、树形、环形、星形
• （1）星形拓扑结构
• 所有的计算机连到一个中心节点上，中心节点的 设备通常由主机或集线器担当。
中央 节点
• 星形拓扑的特点
– 物理结构的特点
• 所有站点直接与中央节点相连 • 各站点之间无直接连线 • 站点之间通信必须通过中央节点转发
• （2）基本组成
• LAN由五个基本部件构成
•
计算机（特别是PC）
•
传输介质
•
网络适配器（网卡）
•
网络连接设备
•
网络操作系统
2、局域网拓扑结构
• 计算机网络的组成元素可以分为两大类， 即网络节点和通信链路。网络中节点的互 连模式叫网络拓扑结构。
• 物理拓扑
– 指连接网络设备的物理线缆的铺设形式 – 拓扑结构通常是指物理拓扑结构
– 逻辑结构的特点
• 中央节点的处理能力决定了网络的逻辑拓扑 – 如为HUB ，网络的逻辑拓扑为总线型 – 如为交换机，则网络的逻辑拓扑为星型
中央节点为HUB的Ethernet
HUB
逻辑上 等效于
站
8 1
RJ45
❖ 双绞线介质，收发各用一对线，平衡驱动
HUB ❖ 站点与HUB之间采用直连电缆
8
❖ HUB接收每个站点信息并向其他站转发
1
1、2 发送 3、6接收
❖ 数据充满整个网络，仍为逻辑上的总线
RJ45 ❖ 数据通信具有总线型网络的特点
（冲突、竞争信道，收、发规则， 共享总线速率等）
• 优点：
• 查找故障方便，便于维护和管理 • 个别站点的故障对网络无影响 • 站点进出很自由 • 介质访问方法简单
• 缺点：
• 对中央节点的可靠性和冗余度要求很高
• 当令牌在环中传输时：便开始新一轮的传输
• 优点：
• 高速运行 • 避免碰撞，结构简单
• 潜在问题：
• 任一转发器或任一段链路故障都将导致网络瘫痪 • 故障查找困难，需要漫游整个网络才能定位故障点 • 新增站点困难，需要新增转发器可能还要重新拉线 • 可靠性要求和转发器的积累时延限制了环的规模 • 需要站点兼任监控站监测环的状态