1、陸曉春實驗樓A310L3.1 網絡體系機構概述3.2 OSI若干概念3.3 現場總線體系結構的建立及特點3.4 現場總線網絡的拓撲結構p網絡協議n在一個網絡中，有許多相互連接的節點，在這些節點之間要不斷地進行數據的交換。n每個節點就必須遵守事先約定好的規則，這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的時序問題。n這些為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定就稱為網絡協議網絡協議p語法，即數據與控制信息的結構或格式。“如何講”。p語義，即需要發出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種應答。 “講什么”。p時序，即事件實現順序的詳細說明p對于非常復雜的計算網絡協議，其結構最好采用層次式的。

2、各層之間是獨立的，靈活性好，容易實現和維護，能促進標準化工作p將計算機網絡的各層及其協議的集合，稱為網絡的體系結構，是抽象的p開放系統互連參考模型劃分原則n網路中各結點都有相同的層次 n不同結點的同等層具有相同的功能 n同一結點內相鄰層之間通過接口通信n每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務 n不同結點的同等層按照協議實現對等層之間的通信 物理層p物理層規定了激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上成協議提供了一個傳輸數據的物理媒體。 p該層數據的單位稱為比特（bit）。 p屬于物理層定義的典型規范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/T

3、IA RS-449、V.35、RJ-45等 數據鏈路層p數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。 p該數據的單位稱為幀（frame）p在每一幀的控制信息中包括同步信息、地址信息、差錯控制，以及流量控制信息等 p數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等 網絡層p網絡層負責對子網間的數據包進行路由選擇。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。 p該層數據的單位稱為數據包（packet） p網絡層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等 傳輸層p傳輸層是第一個端到端，即主機到主機的層

4、次。傳輸層負責將上層數據分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。 p該層數據的單位稱為數據段（segment） p傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等 會話層p會話層管理主機之間的會話進程，即負責建立、管理、終止進程之間的會話。p會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步 表示層p表示層對上層數據或信息進行變換以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解。p表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等 應用層p應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。 p應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、H

5、TTP、SNMP等 3.2.2 開放系統互連環境3.2.6 面向連接服務與無連接服務無連接服務p在無連接服務的情況下，兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關資源不需要事先進行預定保留。這些資源將在數據傳輸時動態地進行分配p無連接服務的優點是靈活方便和較為迅速，但它不能防止報文的丟失、重復或失序p工業通信網絡的特殊性n效率n確定性n魯棒性n節點成本n本質安全性3.3.2 現場總線的組成要素p“IEEE802”課題組專門負責局域網的標準化p已經制定了物理層和數據鏈路層協議，把數據鏈路層分為兩個子層次：邏輯鏈路控制（LLC）子層和媒體訪問控制（MAC）子層p現場總線是應用在生產現

6、場的局域網，參考了OSI和IEEE802，現場總線一般只使用ISO/OSI參考模型中的第1、2、7層，即物理層、數據鏈路層和應用層p現場總線通信模型中應該包括三個基本要素：底層協議、上層協議和行規3.3.3 現場總線通信模型物理層p物理層提供網絡通信接口的機械、電氣、功能和過程特性，以便在數據鏈路實體之間建立、維護和拆除物理連接p物理層通過物理連接在數據鏈路實體之間提供透明的位流傳輸pIEC最早確定的現場總線物理層國際標：傳輸速率為31.25kbps的串行通信接口，典型響應時間約為1ms，未知出錯率低于每20年一次，并規定了數據的物理信號表達形式、傳輸媒體、傳輸速率、網絡拓撲結構等pIEC提出

7、另外設計一種高速總線接口標準，使其傳輸速率分別為 1Mbps 和 2.5Mbps，典型的響應時間可達 32s，總線段最大長度縮短為 750m，能夠連接 127個現場設備p高速總線標準正在向高速以太網標準傾斜數據鏈路層p現場總線的實時通信主要由數據鏈路層提供p所謂實時，在這里可以理解為提供一 “時間窗”，在該時間窗內，需要完成具有某個指定級別確定性的一個或多個動作p數據鏈路層分成兩個功能子層：邏輯鏈路控制（LLC）子層和媒體訪問控制（MAC）子層pLLC 子層：n負責控制節點間幀的發送和接收，同時檢驗傳輸差錯n發送時把要發送的數據加上地址和 CRC字段等構成幀n接收時，把幀拆開，執行地址識別和

8、CRC 檢驗功能，并具有幀順序以及差錯控制等功能pMAC子層：n實現對共享總線媒體的“交通”管理，并檢測傳輸線路的異常情況。n現場總線有三種媒體訪問控制方式：令牌傳送（token passing）、立即響應（immediate response）和授權令牌（delegated token）n令牌傳送：節點有令牌才能發送，發送完交還令牌n立即響應：主節點給某個節點一個機會來應答n授權令牌：節點可申請令牌LASp鏈路活動調度器(LAS, Link Active Scheduler)pLAS 是一 條總線段的調度中心，擁有總線段上所有設備的清單及鏈路活動調度表。p總線段上的設備只有得到 LAS 許可

9、，才能向總線上傳輸數據pLAS 應具有以下兩種基本功能：調度通信和非調度通信p調度通信n由LAS按預定調度時間表依次發起的通信活動，稱為調度通信或周期性通信n預定調度時間表(STL，Schedule Time List)n強制數據令牌(CD，Compel Data token)p非調度通信n在預定調度時間表之外的時間，LAS 向總線發出一個傳遞令牌(PT，Pass Token)，得到這個令牌的設備才能發送信息，稱為非調度通信或非周期性通信應用層p現場總線應用層為用戶層提供訪問現場總線通信環境的手段，定義了允許應用進程間相互通信的協議。應用層分為兩個子層總線報文規范子層（FMS）和總線訪問子層（

10、FAS）。p總線報文規范子層針對分布式測控系統的構成、運行和改變，提供對象字典服務、變量訪問服務和事件服務p總線訪問子層則針對 FMS、功能塊、應用管理和系統管理，提供發布/預訂接收者、客戶/服務器和報告分發三種服務用戶層p應用進程（AP）是現場總線活動的基本組成部分pEC把實現控制系統所需要的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標準化，規定它們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數與塊控制圖，并把它們組成為可在某個現場設備中執行的功能塊應用進程（FBAP），便于實現不同制造商產品的混合組態與調用p功能塊的通用結構是實現開結構框架的基礎，也是實現各種網絡功能與自動化功能的基礎p通信網絡的拓撲結構就

11、是指通信網絡中節點的互連方法，是影響網絡性能的主要因素之一。p局域網中使用的拓撲結構有六種，分別為總線型、星型、環型、樹型、菊花鏈型、和網狀結構p前5種常被現場總線采用3.4.1 總線型結構p傳輸媒體是一條總線，工作節點通過稱為分接頭的硬件接口接至總線上p終端器是連接在總線末端或末端附近的阻抗匹配元件，每個總線段上有且只有兩個終端器。終端器采用反射波原理使信號變形最小，它所起到的作用是保護信號，減少衰減與畸變p每次只能由一個節點發送信 ，信息由發送它的節點向兩端擴散，其它節點都能接收，又稱為廣播式網絡p某節點發送信息之前，必須保證總線上沒有其它信息正在傳輸p總線型結構的突出特點是線路簡單、便于

12、擴充。通常，使用這種結構的網絡是無源的p總線型結構對總線的電氣性能要求很高，對總線的長度也有一定的限制，通信距離不能太長3.4.2 星型結構p每個節點都通過點對點方式連接到中央節點，任何兩個節點之間的通信都要經過中央節點p一個節點要傳送數據，首先向中央節點發出請求，要求與目的節點建立連接。連接建立后，該節點才能向目的節點發送數據p中央節點的構造比較復雜，一旦發生故障，整個通信系統就會癱瘓，可靠性較低，現場總線控制系統中較少采用3.4.3 環型結構p網絡由形成封閉環路的、點對點鏈路連接的轉發器構成p信息在環上只能按某一確定的方向（順時針或逆時針）p當信息到達接收節點時，若節點發現信息中的目的地址與自己的地址相同，就將信息取出，并加上確認標記，以便由發送節點清除p環是封閉的，不便于擴充3.4.4 樹型結構p樹型結構是從總線結構演變而成的，形狀像一顆倒置樹p樹型結構易于擴展、適應性強，對網絡設備的數量、數據率和數據類型等沒有太多限制p