远动监控技术 数据传输网络.pptx
第五章第五章 远动监控系统远动监控系统 数据通信网络结构数据通信网络结构第六节 网络设备及远动网络第1页/共62页网络层数据链路层物理层逻辑链路控制 LLC介质访问控制 MAC高层 OSI物理层一、局域网1.局域网参考模型LAN/RM局域网LAN（Local Area Network）：以太网、令牌总线、令牌环、光纤分布式数据接口（FDDI）以太网、令牌总线、令牌环都是IEEE标准，是802标准的组成部分，FDDI是ANSI标准。第2页/共62页以太网是由IEEE802.3所支持的局域网。在数据链路层传输的数据帧只能识别网卡的MAC地址，网卡上的这个物理地址是唯一的 第3页/共62页工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。坚持的CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送 冲突检测方法：比较接收到的信号电压的大小 检测曼彻斯特编码的过零点 比较接收到的信号与刚发出的信号 站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点2.以太网存取控制方式带有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD第4页/共62页如果媒体信道空闲，则可进行发送，否则转到第2步。如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。如果在发送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰（jam）信号，使网上所有站都知道出现了碰撞。发送了干扰信号后，退避一段随机时间，重新尝试发送，转到第1步。CSMA/CD媒体访问方法的规则：第5页/共62页3 以太网MAC帧结构DSAP：目标访问服务节点SSAP：源服务访问节点前导符：用来同步输入时序起始帧分界符（SFD）：通知接收方后面为数据第6页/共62页4 以太网的基本常识通信介质和接口形式：10Base-5 粗缆 10Base-2 细缆 10Base-T 双绞线 100Base-TX 双绞线 100Base-FX 光纤细缆网络的5-4-3规则 网络总长不超过5个区段，4台网络延长设备，3个区段可以直接连接计算机设备第7页/共62页非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP每条线都有各自的屏蔽层每条线都有各自的屏蔽层 FTP采用整体屏蔽采用整体屏蔽第8页/共62页5网线制作双绞线的最大传输距离为 100。如果要加大传输距离，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装个中继器。EIATIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568与568。1）标准568：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕 2）标准568：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 第9页/共62页 服务器：主要功能是为网络工作站上的用户提供共享资源、管理网络文件系统、提供网络打印服务、处理网络通信、响应工作站上的网络请求等。常用有文件服务器、通信、计算和打印服务器等。通常用小型计算机、专用PC或高档微机做服务器。网络工作站：功能是向各种服务器发出服务请求；从网络上接收传送给用户的数据。它是通过网络接口卡连接到网络上的计算机。6 计算机网络的组成 一般由网络操作系统、用以组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设备构成的。（1）网络硬件第10页/共62页 网络连接设备：网卡 集线器 中继器 网桥 交 机 网络互连设备：路由器 网关 第11页/共62页中继器：工作在物理层，对接收信号进行再生和发送，延长信号传输距离。网桥：也称桥接器，是2个局域网的存储、转发设备，用它可完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。网桥是依据帧地址进行转发，工作在数据链路层DDL，被连接的设备具有相同的LLC，但MAC可以不同；对用户而言是透明的，报文通过网桥时，用户并不知道网桥的存在；工作在MAC子层上。网桥的主要作用是分割冲突区域和减少冲突。它的工作原理与交换机类似。缺点：网络大小有限；如功能故障或配置不当，可能造成网络瘫痪等。网络连接设备第12页/共62页网络接口卡：简称网卡，又称网络接口适配器，是计算机与网络连接最主要的设备。主要功能：实现数据链路层（IEEE802.3：逻辑链路控制LLC+介质访问控制MAC）的大部分功能，如网络数据格式与计算机数据格式的转换（将数据拆包、打包）、网络数据的接收与发送、数据的差错校验等，并提供计算机与网络传输媒介间的接口。集线器（HUB）：其主要功能是对接受到的信号进行整形放大，重建为完整的信号，以扩大网络的传输距离，同时把网络上所有结点连接在一起，构成星形网络。（物理层）集线器仅将1个端口接收的信号分发给所有其它端口，但并不做进一步的检查处理，所有连接到集线器的设备共享同一介质，构成一个共享式的网络（总线式网络）。优点：简单、便宜；缺点：集线器是一个瓶颈，且不能隔离冲突。网络连接设备第13页/共62页交换机：也称交换式集线器，是用来提高局域网性能的重要网络设备，与网桥类似，也工作在数据链路层，可视为多口网桥。交换机通过对信息重新生成，经过内部处理后转发至指定端口，而不是交换机的所有端口，这是交换机和集线器本质不同。交换机具备自动寻址能力和交换作用，根据信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其它端口发生冲突。工作原理：根据收到的数据帧中源MAC地址建立该地址交换机端口的映射，并将端口映射存放在MAC地址表中，这个过程称为学习；交换机将数据帧中的目的MAC地址在MAC地址表进行查询，决定由哪个端口进行转发。只有广播帧（包括找不到目的MAC的帧）会被转发给所有端口。优点：每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域；缺点：要查询MAC地址再转发，有一定的延迟。网络连接设备第14页/共62页交换机的几个概念：端口镜像端口汇聚(Trunk)VLAN(Virtual-LAN)IGMP(Internet Group Management Protocol)GMRP(GARP Multicast Registration Protocol)STP(Spanning Tree Protocol)生成树协议三层交换机第15页/共62页路由器：工作在网络层，提供对网络的物理和逻辑分割，通过计算目标结点位置的目的地址来实现。如果分组地址指示的目标在同一个网段（子网），路由器就把通信流限制在网段内；如果在另一个网段，路由器就把分组发送到与目标网段对应的物理端口上。路由表存储在路由器的内存中，把分组地址和分组地址和物理端口号对应起来。路由：将数据包从一个网络结点转发到另一个网络结点的过程或途径。包括2个基本内容：一是确定能到达目的网络的最优路径，也称为路由选择或寻径，相关的协议称为路由选择协议；另一个是按照最优路径转发数据包，称为数据转发。路由选择过程通过多种途径收集网络的拓扑结构信息，形成路由表，并按一定的规则维护路由表，使路由表能动态反映网络拓扑变化，保证路由表中到各目的网络的路由最优。网络互联设备第16页/共62页路由器：发送数据时：首先查找路由表，若能找到数据包到达目标网络的路由，则按该路由将数据转发到下一路由器，下一路由器再依此再转发，直到到达目的地址；如果路由表中没有可到达目标地址的信息，路由器会将该数据包丢弃；如果目标网络直接与路由器相连，路由器则将数据包直接发送到相应的端口上。优点：适用于大规模、复杂网络，实现负载共享和最优路径；增强的智能可实现数据安全、提高带宽利用率；隔离不需要的信息，可提供防火墙的服务（与交换机不同）；缺点：不支持非路由协议；安装复杂、价格高；与相对简单的交换机比，会增加报文的等待时间。网络互联设备第17页/共62页网关：工作于网络层之上，连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构型的互联网。网络互联设备第18页/共62页网络操作系统（Network Operating System）：运行在网络硬件基础之上，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络安全及其他服务的软件系统。网络操作系统必须对用户进行控制；需通过软件工具对网络资源进行全面的管理，进行合理调度和分配。网络协议软件：连入网络的计算机依靠网络协议实现互相通信，而网络协议靠具体的网络协议软件的运行支持才能工作。凡是连入网络的服务器和工作站都运行相应的网络协议软件。如IPX、TCP IP。网络管理软件网络通信软件网络应用软件（2）网络软件第19页/共62页工业以太网工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性及实时性、互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要 工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制功能对实时性的要求，即信号传输要足够的快和满足信号的确定性 快速以太网和交换式以太网技术的发展为解决以太网的非确定性问题提供了可能 以太网在工业控制领域使用的另一个问题是如何面对恶劣的工业现场环境 第20页/共62页二 远动光纤网络1 SDH光纤网络基本概念（1）电话网络本地网长途网国际网用户用户四级交换中心三级交换中心二级交换中心一级交换中心第21页/共62页（2）时分复用(TDM-time-division multiplexing)第22页/共62页（3）准同步数字系列PDHPlesiochronous Digital Hierarchy中国、欧洲制式中国、欧洲制式第23页/共62页（4）同步数字系列SDH-Synchronous Digital Hierarchy 特点 统一了不同数字通信系列标准 第24页/共62页能够承载多种速率的业务，采用网管软件对网络进行配置和控制，使新功能和新特性的增加比较方便，适用于将来业务的发展 SDH的一般复用映射结构第25页/共62页简化了复接/分接技术，简化了设备分插信号流图比较分插信号流图比较第26页/共62页SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范，标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本组成自愈环网，从失效故障中实时自动恢复所承载的业务第27页/共62页2 SDH的拓扑结构 SDH可用于点对点传输、链形网和环形网。(a)线形；(b)星形；(c)树形;(d)环形；(e)网孔形第28页/共62页 SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。ADM和DXC等网络单元可以构成更为复杂的网形网。这种SDH网络的主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条以上的传输通道，通过DXC的灵活配置，使网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性二纤单向通道倒换环第29页/共62页3 SDH的层次结构段是连接两个相邻设备的光链路：段是连接两个相邻设备的光链路：复用器到复用器、复用器到再生器、复用器到复用器、复用器到再生器、再生器到再生器再生器到再生器线路是两个复用器之间网络段：线路是两个复用器之间网络段：TM到到ADM、两个、两个ADM之间、两个之间、两个TM之间之间通路是两个复用器之间端到端的通路是两个复用器之间端到端的网络段网络段在仅有两个复用器直接连接的在仅有两个复用器直接连接的SDH中，段、线路和通路是相同的中，段、线路和通路是相同的 第30页/共62页4 SDH的基本设备的基本设备 SDH传输网的基本设备有3种，即交换、传输和接入设备。对于光纤通信系统而言，SDH作为传输设备，它又包括再生器、复用器和交叉连接设备。(a)终端复用器TM；(b)分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer)；(c)数字交叉连接设备DXC 第31页/共62页3 SDH技术在远动通信中的应用技术在远动通信中的应用（1）2M自愈环网当被控站较多时，以调度台为单位组成2M 自愈环、采用E1 接口，控制站及被控站均加设路由器、IP 寻址方式；若考虑路由器也有备用，则组2 个2M 自愈环网（2）64K点对点方式当被控站较少时采用一主一备的64K点对点方式，采用64K4线音频板、同步/异步RS232/RS422/RS485 接口（3）综合业务传输平台MSTPMulti-Service Transport Platform，同时实现TDM 业务、ATM 业务、以太网业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点第32页/共62页 从网络定位上讲，MSTP应处在网络接入部分，用户侧面向不同的业务接口，网络侧面向SDH传输设备第一代MSTP，提供以太网点到点透传 第二代MSTP的特点是支持以太网二层交换第三代MSTP的特点是支持以太网QoS 在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层，并通过该智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。智能适配层的实现技术主要有多协议标签交换（MPLS）和弹性分组环（RPR）两种 第33页/共62页一个设备例子FA16系统提供丰富的用户接口，包括：Z接口，U接口（ISDN BRA 2B+D），24线音频接口，ISDN PRA（30B+D），V.24子速率接口，V.24V.35 64kbit/s 接口，V.35FE1 N64kbit/s接口，标准2Mbit/s接口，ADSL、HFC、LAN接口等多种接口。第34页/共62页SDH网络实际应用第35页/共62页第36页/共62页第37页/共62页第38页/共62页4 IP网络 新一代宽带IP网主流技术主要有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM等。IP over ATM融合了IP和ATM的技术特点，发挥了ATM支持多业务，提供QoS的技术优势；IP over SDH直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善的支持，提高了传输效率；IP over WDM采用高速路由交换机和DWDM技术，极大地提高了网络带宽，对不同速率、不同数据帧格式的业务提供全面的支持第39页/共62页第五章第五章 远动通讯规远动通讯规约约第一节 传输控制规约第二节 通信规约概述第三节 变电所内部通信规约第四节 CDT远动规约第五节 IEC60870-5-101远动规约第六节 IEC60870-5-104远动规约第七节 远动调试第40页/共62页第一节第一节 传输控制规约传输控制规约第41页/共62页一 数据链路控制线路规程：现在该谁发送？线路规程：现在该谁发送？流量控制：可以发送多少数据？流量控制：可以发送多少数据？差错控制：如何检错及纠错？差错控制：如何检错及纠错？第42页/共62页1 线路规程（1）询问/确认 两个设备之间存在一条专用链路第43页/共62页（2）轮询/选择 一个设备为主站，其它设备为从站 设备是否就绪？（选择）哪个节点使用信道？（地址）（3）主动发送 设备主动发送数据（如果有多个设备，则对信道有要求）第44页/共62页循环传输模式CDT方式：以被控端为主，被控站的远动信息按规约规定组成帧，再编排帧的顺序，周期性地以循环向调度端传送。信息传送是周期性的、发端不顾及收端的需要，也不需收端给以回答。问答（查询）传输模式Polling方式：调度端必须主动向被控端发送查询报文，被控端按调度端的查询要求发送回答报文。要保证调度端发问后收到正确的回答，必须保证有上下行信道。自发工作方式：只有当被控端有监控信息的变化需要传输时，才向调度端发送信息。为避免信道拥挤按优先级发。混合工作方式：自发工作方式常与CDT、Polling结合使用。远动信息的传输模式第45页/共62页2 流量控制告诉发送方在等待接收方的确认信号之前最多可以传送多少数据，数据流不能使接收方过载。（1）停止等待发送方每发送一帧就等待一个确认帧第46页/共62页（2）滑动窗口发送方在需要确认前可以发送若干帧，接收方使用一个ACK帧来对多个数据帧进行接收确认第47页/共62页3 差错控制在数据链路层，差错控制主要指检错和重传的方法。自动要求重传（ARQ）循环传送检错前向纠错FEC混合纠错HEC第48页/共62页第49页/共62页二 常用数据链路协议除去线路规程、流量控制、差错控制以外的其它的规范，也叫链路控制规程。可分为：异步协议（速率较低）和同步协议。1 异步协议主要用在调制解调器中，引入了起始位、停止位及字符间变长的空隙。XMODEM、YMODEM、ZMODEM、Kermit、阻塞异步传输等第50页/共62页2 同步协议面向字符的协议：将传输帧看作是连续的字符，每个字符通信包含一个字节（8比特），所有控制信息以现有字符编码（如ASCII）的形式出现面向比特的协议：将传输帧看作是单个比特的连续留，通过它们在帧中的位置和与其它比特的组合模式来表达意义第51页/共62页面向字符的协议 面向字符的协议不如面向比特的协议效率高，现在已不太采用。最著名的是IBM公司的二进制同步通信BSCBinary Synchronous Communication采用停等采用停等ARQ半双工传输半双工传输第52页/共62页面向比特的协议面向比特的协议将传输帧看作是单个比特的连续流，通过它们在帧中的位置和与其它比特的组合模式来表达意义。同步数据链路控制（SDLCSynchronous Data Link Control）高级数据链路控制（HDLC High-Level Data Link Control）现在使用的所有面向比特的协议要么是从HDLC派生出来的，要么是HDLC协议的来源第53页/共62页HDLC的帧结构011111108位8位长度可变16位01111110标志F地址A控制C信息I帧检测FCS标志F HDLC规程是面向比特（或位）的规程，即能传送任意比特的信息，信息长度不必是字符的整数倍，（与基本规程面向字符不同）。规程中用一帧表示一组完整信息，既可用于通信的控制，也可用于数据的传输。一帧信息用标志序列包封起来。标志序列F（Flag）。固定形式的8位序列，用来划分一帧的开始和结束，可作为一帧的同步码。两帧之间用标志序列来填充，一帧内不允许用标志序列填充。第54页/共62页一 概述 所谓通信协议是指通信双方的一种约定.约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。通信协议应由下列三部分组成：(1)语法：规定通信双方彼此“如何讲”，即确定协议 元素的格式，如数据控制信息的结构或格式(2)语义：规定通信双方彼此“讲什么”，即确定协议 元素的类型，如规定通信双方要发出何种控 制信息，执行什么动作和返回什么应答等(3)定时关系：规定事件执行的顾序，即确定通信过 程中通信状态的变化。如规定正确的应答关 系等 第二节 通信规约概述第55页/共62页二 常用远动通信规约1 N4FN4F 系列 RTU 采用问答式(polling 方式)的通讯规约,它与u4F-RTU完全相同报文根据校验码分为3类：第56页/共62页16字节校验码报文第57页/共62页8字节校验码报文无校验报文第58页/共62页第59页/共62页2SC18013DNP3.04MODBUS5其它规约 WISP+,I2033,RP5706 牵引供电系统常用远动规约第60页/共62页思考题1.什么是计算机网络？什么是协议？什么是拓扑？2.计算机网络是由什么组成的？3.集线器、交换机、路由器、网关、网桥的作用和应用场合4.网络拓扑结构有哪些类型，如何选择网络拓扑结构?5.OSI模型及各层之间的关系是什么？6.SDH网络在远动通信的应用方式有哪些？7.同步通信和异步通信的根本区别是什么？8.变电站自动化系统中通信的主要内容有哪些？第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页
