第2章數據通信與網絡基礎第2章數據通信與網絡基礎2.0數據通信的基本含義2.1總線的基本概念2.2通信系統的基本概念2.3網絡結構及傳輸介質2.4通信系統的協議模型2.5差錯控制2.0數據通信的基本含義數據通信的基本含義是指在2個或2個以上相互獨立的計算機類設備之間傳遞數字化信息。比如：工業控制機與PLC之間，計算機與手機、PDA之間，校園網中計算機與計算機之間等。在計算機內部的數據傳遞，如CPU與顯示卡、CPU與硬盤之間等，一般不歸于數據通信的范疇。2.0數據通信的基本含義在計算機等數字化設備中，信息的基本描述形式為二進制數，而目前最基本、最常用的表述形式為8位數據位。若在2臺計算機之間傳遞一條信息，從信息傳遞的方式上看，可以采用串行通信方式或并行通信方式。2.0數據通信的基本含義一條信息的各位數據被同時傳送的通信方式稱為并行通信。并行通信的特點是：各數據位同時傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數據位就需多少根數據線，因此傳送成本高，只適用于近距離（相距數米）的通信。一條信息的各位數據被逐位按順序傳送的通信方式稱為串行通信。串行通信的特點是：各個數據位的傳送是按位序順序進行，最少只需一根數據傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通信的距離可以從幾米到幾千米。2.0數據通信的基本含義一般常說的數據通信就指的是串行數據通信

2.1總線的基本概念（1）總線與總線段（2）主設備與從設備（3）總線上的控制信號（4）總線協議2.1總線的基本概念（1）總線（bus）與總線段(bussegment)從廣義說，總線就是傳輸信號或信息的公共路徑，是遵循同一技術規范的連接與操作方式。一組設備通過總線連在一起稱為總線段。

可以通過總線段相互連接把多個總線段連接成一個網絡系統。（2）主設備與從設備可在總線上發起信息傳輸的設備叫做“總線主設備”(busmaster)，又稱命令者。不能在總線上主動發起通信、只能掛接在總線上、對總線信息進行接收查詢的設備稱為總線從設備(busslaver)，也稱基本設備。在總線上可能有多個主設備，某一設備既可以是主設備，也可以是從設備，但不能同時既是主設備又是從設備。2.1總線的基本概念（3）控制信號（三種類型）（a）控制連接在總線上的設備，讓其進行所規定的操作，如設備清零、初始化、啟動和停止等。（b）用于改變總線操作的方式，如改變數據流的方向，選擇數據字段的寬度和字節等。（c）表明地址和數據的含義，如對于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現了廣播操作；對于數據，可用于指定它能否轉譯成輔助地址或命令。（4）總線協議管理主、從設備使用總線的一套規則稱為“總線協議”(busprotocol)。協議是一套事先規定的、總線上所有設備必須共同遵守的規約。2.1總線的基本概念2.2通信系統的基本概念（1）通信系統的組成（2）數據通信基本原理（3）數據交換方式（1）通信系統的組成通信系統是傳遞信息所需的一切技術設備的總和。它一般由信息源和信息接收者，

發送、接收設備，傳輸介質幾部分組成。信息源和接收者信息源和接收者是信息的產生者和使用者。在數字通信系統中傳輸的信息是數據，是數字化了的信息。這些信息可能是原始數據，也可能是經計算機處理后的結果，還可能是某些指令或標志。信息源可根據輸出信號的性質不同分為模擬信息源和離散信息源。發送設備發送設備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產生的消息信號經過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。信源編碼：把連續消息變換為數字信號；信道編碼：使數字信號與傳輸介質匹配，提高傳輸的可靠性或有效性。發送設備還要包括為達到某些特殊要求所進行的各種處理，如多路復用、保密處理、糾錯編碼處理等。傳輸介質傳輸介質指發送設備到接收設備之間信號傳遞所經媒介。它可以是無線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無線均有多種傳輸媒介，如電磁波、紅外線為無線傳輸介質，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質。介質在傳輸過程中必然會引入某些干擾，如熱噪聲、脈沖干擾、衰減等。媒介的固有特性和干擾特性直接關系到變換方式的選取。接收設備接收設備的基本功能是完成發送設備的反變換，即進行解調、譯碼、解密等。它的任務是從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息來，對于多路復用信號，還包括解除多路復用，實現正確分路。以上所述是單向通信系統，但在大多數場合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時交流信息，因此要求雙向通信。(2)數據通信基本原理

A.通信方式按照信息的傳輸方向分為：(i)單工(Simplex)方式信息只能沿單方向傳輸的通信方式稱為單工方式；(ii)半雙工(Halfduplex)方式信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸的通信方式稱為半雙工方式；(iii)全雙工(Fullduplex)方式信息可以同時沿著兩個方向傳輸的通信方式稱為全雙工方式。單工、半雙工和全雙工通信方式

B.傳輸模式基帶傳輸

載波（帶）傳輸

寬帶傳輸

基帶傳輸

基帶傳輸是指在基本不改變數據信號頻率的情況下，在數字通信中直接傳送數據的基帶信號，即按數據波的原樣進行傳輸，不采用任何調制措施。它是目前廣泛應用的最基本的數據傳輸方式。局域網、控制局域網載波（帶）傳輸載波傳輸是先用數字信號對載波進行調制，然后進行傳輸的傳輸模式。最基本的調制方式有幅值鍵控(ASK)，頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)3種。在載波傳輸中，發送設備首先要產生某個頻率的信號作為基波來承載信息信號，這個基波就稱為載波信號，基波頻率就稱為載波頻率;然后按幅值鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等不同方式改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調制信號后發送。寬帶傳輸

由于基帶網不適于傳輸語言、圖像等信息，隨著多媒體技術的發展，計算機網絡傳輸數據、文字、語音、圖像等多種信號的任務愈來愈重，因此提出了寬帶傳輸的要求。寬帶傳輸與基帶傳輸的主要區別:一是數據傳輸速率不同，基帶網的數據傳輸速率范圍為0~l0Mbit/s，寬帶網可達0~400Mbit/s;二是寬帶網可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網可與有線電視系統共建，以節省投資。

C.二進制數據表示方法基帶傳輸中數據的表示方法

(i)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。(ii)根據對零電平的關系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。(iii)根據信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。單極性碼雙極性碼常用的數據表示方法a)平衡、歸零、雙極性b)平衡、歸零、單極性c)平衡、不歸零、單極性d)非平衡、歸零、雙極性e)非平衡、歸零、單極性f)非平衡、不歸零、單極性數據表示方法

載帶傳輸中的數據表示方法(1)調幅方式調幅方式AM(AmplitudeModulation)又稱為幅移鍵控法ASK(Amplitude-ShiftKeying)(2)調頻方式調頻方式FM(FrequencyModulation)又稱為頻移鍵控法FSK(Frequency-ShiftKeying)(3)調相方式調相方式PM(PhaseModulation)又稱為相移鍵控法PSK(Phase-ShiftKeying)

數據調制方式（a）調幅（b）調頻（c）調相2.3網絡結構及傳輸介質（1）網絡的拓撲結構（2）傳輸介質（1）通信網鉻的拓撲結構

在分布控制系統中應用較多的拓撲結構是星型、環型和總線型。

通信網絡的拓撲結構(a)星形結構；(b)環型結構；(c)總線型結構星型結構在星型結構中，每一個節點都通過一條鏈路連接到一個中央節點上去。任何兩個節點之間的通信都要經過中央節點。中央節點有一個開關裝置來接通兩個節點之間的通信路徑。因此，中央節點的構造是比較復雜的，一旦發生故障，整個通信系統就要癱瘓。因此，這種系統的可靠性是比較低的，在分散控制系統中應用得較少。

環型結構在環型結構中，所有的節點通過鏈路組成一個環形。需要發送信息的節點將信息送到環上，信息在環上只能按某一確定的方向傳輸。當信息到達接收節點時，該節點識別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?？偩€型結構所有的站都通過相應的硬件接口直接接到總線上。由于所有的節點都共享一條公用的傳輸線路，所以每次只能由一個節點發送信息，信息由發送它的節點向兩端擴散。這種結構的網絡又稱為廣播式網絡。某節點發送信息之前，必須保證總線上沒有其他信息正在傳輸。當這一條件滿足時，它才能把信息送上總線。（2）網絡傳輸介質網絡中連接收發雙方的物理通路，實際傳送信息的載體。網絡中常用的傳輸介質有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導纖維、無線與衛星通信。1）物理特性:傳輸介質物理結構的描述;2）傳輸特性:傳輸介質允許傳送數字或模擬信號以及調制技術、傳輸容量、傳輸的頻率范圍;3）連通特性:允許點-點或多點連接4）地理范圍:傳輸介質最大傳輸距離5）抗干擾性:傳輸介質防止噪聲與電磁干擾對傳輸數據影響的能力。2.4協議模型OSI七層網絡協議2.5差錯控制為什么要進行差錯控制傳輸錯誤的種類有哪些差錯控制方法奇偶校驗為什么要進行差錯控制？分布控制系統的通信網絡是在條件比較惡劣的工業環境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數據發生變化，重則會導致生產過程事故。因此必須采取一定的措施來檢測錯誤并糾正錯誤，檢錯和糾錯統稱為差錯控制。傳輸錯誤的種類：突發錯誤：由突發噪聲引起的，誤碼連續成片出現；隨機錯誤：由隨機噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼是否出錯無關。差錯控制方法：在傳輸信息中附加冗余度在傳輸方法中附加冗余度思考題與習題1.何謂現場總線的主設備、從設備？2.通信系統由哪幾部分組成?各自具有什么功能?3.在數據傳輸中有幾種常用的數據表示方法?4.差錯控制的作用是什么?5.CRC校驗是如何實現的?9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。3月-253月-25Wednesday,March26,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。15:56:1115:56:1115:563/26/20253:56:11PM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。3月-2515:56:1115:56Mar-2526-Mar-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。15:56:1115:56:1115:56Wednesday,March26,202513、志不立，天下無可成之事。3月-253月-2515:56:1115:56:11March26,202514、ThankyouverymuchfortakingmewithyouonthatsplendidoutingtoLondon.ItwasthefirsttimethatIhadseentheToweroranyoftheotherfamoussights.IfI'dgonealone,Icouldn'thaveseennearlyasmuch,becauseIwouldn'thaveknownmy