现场总线技术2.ppt

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第四节通信系统的协议模型,网络发展中一个重要里程碑便是ISO（InternetStandardOrganization，国际标准组织）对OSI（OpenSystemInterconnect，开放系统互连）七层网络模型的定义。

它不但成为以前的和后续的各种网络技术评判、分析的依据，也成为网络协议设计和统一的参考模型。

主要目的：

是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题。

优点：

将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来；各层之间具有很强的独立性，互连网络中各实体采用什么样的协议是没有限制的，只要向上提供相同的服务并且不改变相邻层的接口就可以了。

第四节通信系统的协议模型,服务说明某一层为上一层提供一些什么功能，接口说明上一层如何使用下层的服务，协议涉及如何实现本层的服务；,第四节通信系统的协议模型,第四节通信系统的协议模型,“开放”并不是指对特定系统实现具体的互联技术或手段，而是对标准的认同。

一个系统是开放系统，是指它可以与世界上任一遵守相同标准的其他系统互联通信。

好处：

减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于查找和纠错；在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行；能有效刺激网络技术革新，因为每次更新都可以在小范围内进行，不需对整个网络动大手术；便于研究和教学。

第四节通信系统的协议模型,提供网络与最终用户之间的界面。

转化特定设备的数据和格式，使通信与设备无关。

在应用程序之间建立连接和会话，并验证用户身份。

提供节点之间可靠的数据传输,负责数据格式的转换。

实现节点间数据包的传输,处理通信堵塞和介质传输速率等问题,保证在数据节点之间可靠地传输数据帧,规定物理线路的机械特性、电气特性、功能特性、过程特性,ISO/OSI七层协议模型-功能,第四节通信系统的协议模型,5.会话层,6.表示层,7.应用层,4.传输层,2.数据链路层,3.网络层,1.物理层,4.传输层,2.数据链路层,3.网络层,1.物理层,5.会话层,6.表示层,7.应用层,数据,网络设备传输数据的过程是按照OSI参考模型来运动的,第四节通信系统的协议模型,它是OSI的第一层，虽然处于最低层，却是整个开放系统的基础。

主要作用：

物理层为设备之间的数据通信提供传输介质及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,物理层的主要功能：

物理连接的建立、维持和拆除。

实体之间信息的按比特传输。

实现四大特性的匹配（机械特性、电气特性、功能特性、规程特性）,第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,物理层协议的内容,物理层标准主要任务就是要规定DCE设备和DTE设备的接口，包括接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,DTE是数据终端设备。

数据电路端接设备DCE。

DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。

DTE通过DCE与通信传输线路相连，如图所示。

是美国电子工业协会EIA制定的著名物理层标准。

机械特性规定物理连接器的规格尺寸、插针或插孔的数量和排列情况、相应通信介质的参数和特性等。

电气特性规定了在链路上传输二进制比特流有关的电路特性，通常包括发送器和接收器的电气特性以及与互联电缆相关的规则。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,功能特性规定信号线的功能或作用。

规程特性定义DTE和DCE通过接口连接时，各信号线进行二进制位流传输的一组操作规则。

常用的标准物理层接口1.RS-232C是美国电子工业协会EIA于1969年公布的通信协议，它的全称是“数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,RS-232-C建议使用25针的D型连接器DB-25，但是在微型计算机的RS-232C串行端口上，大多使用9针连接器DB-9。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,不足之处：

传输速率较低，最高为20bps；传输距离短，最大通信距离15m；接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片等。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,2.RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，从根本上取消了信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。

最大传输速率10Mbps，允许的最大通信距离为12m。

传输速率为100kbps时，最大通信距离为1200m。

一台驱动器可以连接10台接收器。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,3.RS-485使用RS-485通信接口和双绞线可组成串行通信网络，构成分布式系统，最多可连接128个站。

逻辑“1”以两线间的电压差为+（2-6）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（2-6）V表示。

接口信号电平比RS-232C降低了，因而不易损坏接口电路的芯片，具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（10Mbps）、长的传输距离（1200m）和多站能力。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,物理层的网络连接设备中继器中继器工作在OSI参考模型的物理层上。

中继器（repeater）又称重发器。

由于网络节点间存在一定的传输距离，网络中携带信息的信号在通过一个固定长度的距离后，会因衰减或噪声干扰而影响数据的完整性，影响接收节点正确的接收和辨认，因而经常需要运用中继器。

物理层的网络连接设备中继器中继器接受一个线路中的报文信号，将其进行整形放大、重新复制，并将新生成的复制信号转发至下一网段或转发到其他介质段。

优点：

安装简单、使用方便、价格相对低廉。

不仅起到扩展网络距离的作用，还可以连接不同传输介质的网络。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,中继器不同于放大器：

放大器从输人端读入旧信号，然后输出一个形状相同、放大的新信号；而中继器则不同，它并不是放大信号，而是重新生成它；中继器是一个再生器，而不是一个放大器。

中继器放置在传输线路上的位置是很重要的，中继器必须放置在任一位信号的含义受到噪声影响之前。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,2.集线器具有多个端口，不仅用于集中网络连接，还可以重发数字信号。

集线器具有与中继器相似的信号中继和放大特性，因此被称为多端口中继器。

第四节通信系统的协议模型,一、物理层协议,数据链路可以粗略的理解为数据通道。

每次通信都要经过建立通信和拆除通信网络两过程，这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。

数据传输单位是帧把用户数据封装成帧,第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,链路层的主要功能链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。

链路连接的建立、拆除和分离。

帧定界和帧同步。

链路层的数据传输单元是帧。

顺序控制，对帧的收发顺序的控制。

差错检测和恢复，还有链路标识、流量控制等。

第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,数据链路层的主要协议是为收发对等实体间保持一致而制定的，也为了顺利完成对网络层的服务。

主要协议有：

ISO1745-1975，称为“数据通信系统的基本型控制规程”。

利用10个控制字符完成链路的建立、拆除及数据交换。

ISO3309-1984，称为“HDLC帧结构”。

面向比特的数据传输控制而制定的。

ISO7776，称为“DTE数据链路层规程”。

第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,链路层产品最常见为网桥网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。

网桥将数据帧送到数据链路层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段。

它具有寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点。

第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,链路层产品最常见为网桥网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。

它要求两个互联网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。

网桥同时作用在物理层和数据链路层。

第四节通信系统的协议模型,二、链路层协议,链路层产品最常见为网桥网桥比中继器多了一点智能。

中继器不处理报文，它没有理解报文中任何东西的智能，它们只是简单地复制报文。

而网桥有一些小小的智能，它可以知道两个相邻网段的地址。

网桥与中继器的区别在于:

网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器。

它只对包含预期接收者网段的信号包进行中继。

这样，网桥起到了过滤信号包的作用，利用它可以控制网络拥塞，同时隔离出现了问题的链路。

当数据终端增多时，它们之间没有中继设备相连，此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情况，这就产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题。

网络层的传输单元被称为分组（或称包）。

第四节通信系统的协议模型,三、网络层协议,网络层主要功能路由选择和中继；激活、终止网络链接；在一条数据链路上复用多条网络连接，多采用分时复用技术；差错检测与恢复；排序，流量控制；服务选择；网络管理。

第四节通信系统的协议模型,三、网络层协议,网络层标准简介ISO.DIS8208，称为“DTE用的X.25分组级协议”；ISO.DIS8348，称为“CO网络服务定义”；ISO.DIS8348，称为“CL网络服务定义”；ISO.DIS8473，称为“CL网络协议”；ISO.DIS8208，称为“网络层协议”。

在具有开放特性的网络中的数据终端设备，都要配置网络层的功能。

比如网关和路由器。

第四节通信系统的协议模型,三、网络层协议,网络层产品路由器路由器工作在物理层、数据链路层和网络层，在路由器所包含的地址之间，可能存在若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径。

路由器如同网络中的一个节点那样工作，同时连接到两个或更多的网络中，并同时拥有它们所有的地址。

路由器从所连接的节点上接收包，同时将它们传送到第二个连接的网络中。

第四节通信系统的协议模型,三、网络层协议,传输层主要功能传输层（transportlayer）的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。

传输层是OSI中承上启下层，下三层面向网络通信，确保信息准确传输；上三层面向用户主机，为用户提供各种服务。

第四节通信系统的协议模型,四、传输层,传输层是真正的从源到目标端到端的层。

传输层还具有差错恢复、流量控制等功能。

第四节通信系统的协议模型,四、传输层协议,传输层协议标准ISO8072，称为“面向连接的传输服务定义”；ISO8072，称为“面向连接的传输协议规范”。

第四节通信系统的协议模型,四、传输层协议,会话层（Sessionlayer）允许不同机器上的用户建立会话（session）关系。

会话连接与传输层有差别，前者需双方同意才可中断连接，后者可单方中断，有如电话。

第四节通信系统的协议模型,五、会话层,会话层主要功能为会话实体间建立连接数据传输连接释放会话层协议标准主要标准有“DIS8236会话服务定义”和“DIS8237会话协议规范”。

第四节通信系统的协议模型,五、会话层,作用之一是为异种通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。

是由于不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。

主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。

它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

第四节通信系统的协议模型,六、表示层,应用层（applicationlayer）包含大量人们普遍需要的协议。

解决不同的系统之间传输文件所需处理的各种不兼容问题。

提供与用户应用有关的功能。

网络浏览电子邮件文件传输过程作业输入目录查询各种通用和专用的功能,第四节通信系统的协议模型,七、应用层协议,应用层的标准有“DP8649公共应用服务元素”、“DP8650公共应用服务元素用协议等”。

第四节通信系统的协议模型,七、应用层协议,第四节通信系统的协议模型,传输层及传输层以上，使用网关（gateway）进行协议转换，提供更高层次的接口。

网关又被称为网间协议变换器，用以实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。

由于它在技术上与它所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不相同的。

允许接入网络资源通信程序,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,建立、管理和终止会话,将分组从源端传送到目的端；提供网络互联,在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约,对数据进行转换、加密和压缩,提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复,将比特组装成帧；提供节点到节点方式的传输,第四节通信系统的协议模型,对等通信,物理层,数据链路层,传输层,网络层,会话层,应用层,表示层,第四节通信系统的协议模型,TCP/IP其实是IP和TCP两个网络基础协议名称的组合。

TCP/IP的通信协议TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协议，UDP协议和其它一些协议的协议组。

第四节通信系统的协议模型,TCP/IP协议,TCP/IP整体构架概述,第四节通信系统的协议模型,TCP/IP协议,应用层这是应用程序间沟通的层。

传输层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

互联网络层负责提供基本点数据包传送功能，让每一个数据包都能够到达目的的主机。

网络接口层负责对实际网络介质的管理，定义如何使用世纪网络传送数据。

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