第6章计算机控制中的网络与通信技术bptu.docx

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1、第 6 章 计算机控控制中的的网络与与通信技技术现代化工工业生产产规模不不断扩大大，对生生产过程程的控制制和管理理也日趋趋复杂，往往往需要要几台或或几十台台计算机机才能完完成控制制和管理理任务。不不同的地地理位置置、不同同功能的的计算机机及设备备之间需需要交换换信息，这这样把多多台计算算机或设设备连接接起来，就就构成了了计算机机网络。对对于广大大的从事事过程控控制的技技术人员员来说，为为了提高高计算机机的应用用水平，更更好地编编制程序序，有必必要了解解数据通通信的通通信网络络技术、通通信网络络协议和和数据通通信知识识。6.1 计算机网网络概述述6.1.1 计算机网网络的定定义计算机网网络是指指

2、把若干干台地理理位置不不同且具具有独立立功能的的计算机机或设备备，通过过通讯设设备和线线路相互互连接起起来，以以实现信信息的传传输和资资源共享享的一种种计算机机系统。也也就是说说，计算算机网络络是将分分布于不不同地理理位置上上的计算算机或设设备通过过有线或或无线的的通信链链路连接接起来，不不仅能使使网络中中的各台台计算机机或设备备(或称称为节点点)之间间相互通通信，而而且还能能共享某某些节点点(如服服务器)上的系系统资源源。所谓谓资源包包括硬件件资源(如大容容量磁盘盘、光盘盘以及打打印机等等)，软软件资源源(如语语言编辑辑器、文文本编辑辑器、工工具软件件及应用用程序等等)和数数据资源源(如数数

3、据文件件和数据据库等)。6.1.2 计算机网网络的分分类 随着网络络技术的的发展，出出现了多多种类型型的网络络分类方方法，按按其跨度度、拓扑扑结构、管管理性质质、交换换方式和和功能，可可进行如如下分类类：1. 按网域的的跨度划划分局域网只只有和广广域网互互联，进进一步扩扩大应用用范围，才才能更好好地发挥挥其作用用。但在在同广域域网相连连时，应应考虑网网络的安安全性。在计算机控制系统中一般采用局域网或局域网的互联。2. 按拓扑结结构划分分在计算机机通信网网络中，网网络的拓拓扑(TTopoologgy)结结构是指指网络中中的各台台计算机机、设备备之间相相互连接接的方式式。常用用的网络络拓扑结结构有

4、以以下几种种。由于于线路对对信号的的衰减作作用，总总线形网网仅用于于有限的的区域，常常用于组组建局域域网。由由于不同同拓扑结结构的网网络往往往采用不不同的网网络控制制方法，具具有不同同的性质质，适应应不同的的应用环环境，因因此计算算机控制制系统的的网络可可以根据据应用的的不同，选选择或者者混合不不同的网网络拓扑扑结构，一一般来讲讲，计算算机控制制系统的的网络拓拓扑结构构以总线线形式为为多。3. 按管理性性质划分分过程计算算机控制制系统中中的网络络常为专专用网，由由于近年年来计算算机控制制系统的的需求变变化，特特别是对对于远程程监控需需求的增增加，使使用专用用网互连连公用网网的方式式来组建建各种

5、计计算机控控制网络络也普遍遍增多，这这也是计计算机控控制系统统应用网网络的发发展趋势势。4. 按交换方方式划分分且不允许许其它用用户共享享其信道道资源。目前，大多数计算机网络(包括广域网和局域网)都采用分组交换技术，只是分组的体积有所不同。5. 按功能划划分通信子网网：网络络中面向向数据通通信的资资源集合合，主要要支持用用户数据据的传输输；该子子网包括括传输线线路、交交换机和和网络控控制中心心等硬件件设施。资资源子网网：网络络中面向向数据处处理的资资源集合合，主要要支持用用户的应应用；该该子网由由用户的的主机资资源组成成，包括括接入网网络的用用户主机机，以及及面向应应用的外外设(例例如终端端)

6、、软软件和可可共享的的数据(例如公公共数据据库)等等。通信信子网和和资源子子网的划划分是一一种逻辑辑划分，它它们可能能使用相相同或不不同的设设备。电电信部门门组建的的网络通通常理解解为通信信子网，而而用户部部门的入入网设备备则被认认为属于于资源子子网。计计算机控控制系统统的网络络一般是是局域网网，网络络设备具具有数据据传输和和处理的的功能，因因此，从从功能上上划分计计算机控控制系统统的网络络一般是是没有意意义的。6.1.3 计算机网网络的协协议层次次模型早期的网网络都是是各个公公司根据据用户的的要求而而独立开开发的，实实践的结结果表明明，尽管管应用的的要求千千变万化化，但对对网络(通讯)的要求

7、求却是一一致的。计计算机网网络体系系结构实实质上是是定义和和描述一一组用于于计算机机及其通通讯设施施之间互互连的标标准和规规范的集集合，遵遵循这组组规范可可以很方方便的实实现计算算机设备备之间的的通讯。在在这种要要求下，IISO(国际标标准化组组织)联联合了许许多厂商商和专家家，在各各自提出出的计算算机网络络结构的的基础上上，加以以总结，最最终提出出了开放放系统互互连基本本参考模模式(OOSI/RM)，并由由此引出出一系列列的OSSI标准准。现在在越来越越多的销销售商转转向OSSI，而而使这个个标准成成为一个个实用的的标准。以以下是对对七个层层次的具具体描述述。可以以认为这这一层是是一个硬硬件

8、层，通通常做成成芯片，印印刷电路路板(网网络适配配器)和和电缆等等。在信信息传输输的这个个过程中中，电脉脉冲信号号进入或或离开网网络电缆缆。代表表数据信信息的网网络电信信号(位位模式、编编码方法法和令牌牌)的含含义只有有而且仅仅有这一一层知道道。这一一层能够够发现并并通过要要求重新新传送损损坏的信信息包纠纠正错误误。正是是因为数数据链路路层如此此复杂，一一般将其其划分为为一个介介质存取取控制(MACC)层和和一个逻逻辑链路路控制(LLCC)层。这这一层的的大部分分或全部部内容由由网络适适配器上上的芯片片实现，而而再往上上的各层层则是由由软件(网络驱驱动器)来实现现的。网网络层负负责寻址址及传送

9、送信息包包。如果果来了一一个重复复的信息息包，传传输层将将识别出出它是重重复的并并将其丢丢弃。会会话层负负责会话话的建立立，支持持会话期期间对信信息包的的发送与与接收的的管理及及结束会会话。一一条将要要通过网网络传输输的信息息报文在在这一层层进入OOSI模模型向下下一层传传送，最最后传输输至物理理层，并并在打包包后传输输至其它它工作站站。之后后由目的的工作站站的物理理层向上上传送，经经过那个个工作站站中的应应用层直直至到达达需要这这份信息息报文的的应用程程序。1. 层间通讯讯相邻层之之间的通通讯：在在OSII环境中中，相邻邻层之间间通讯发发生在相相邻的上上下层之之间，属属于局部部问题，标标准中

10、定定义了通通讯的内内容(服服务原语语)，未未规定这这些内容容的具体体表现形形式和层层间通讯讯实现的的具体方方法。对对于对等等层之间间的通讯讯：在OOSI环环境中，对对等层是是指不同同开放系系统中的的相同层层次；对对等层之之间的通通讯发生生在不同同开放系系统的相相同层次次之间，属属于对等等层实体体之间的的信息交交换，以以保证相相应层次次功能的的实现和和服务的的提供。标标准中利利用定义义协议来来规定对对等层之之间的交交换信息息格式和和交换时时序。在在OSII环境中中，对等等层之间间的通讯讯是目的的，相邻邻层之间间的通讯讯是手段段。通过过相邻层层之间的的通讯，实实现对等等层之间间的通讯讯。为了了保证

11、相相关服务务的实现现，要求求对等实实体的合合作，但但是对等等实体之之间并没没有直接接的通路路，必须须借助相相邻下层层的服务务来实现现，这种种过程继继续下去去，直至至物理层层进行实实际的数数据传输输。6.1.4 计算机局局域网络络对于一个个单位而而言，为为了更方方便的利利用本单单位的资资源，往往往建立立计算机机局域网网，将有有限地理理范围内内的多台台计算机机通过传传输媒体体连接起起来，通通过功能能完善的的网络软软件，实实现计算算机之间间的相互互通信和和共享资资源。美美国电气气和电子子工程协协会(IIEEEE)于119800年2月月成立局局域网标标准化委委员会(简称8802委委员会)专门对对局域网

12、网的标准准进行研研究，并并提出LLAN的的定义。根根据IEEEE8802标标准，LLAN协协议参照照了OSSI模型型的物理理层和数数据链路路层，并并没有涉涉及到第第三层到到第七层层。描述述和比较较LANN时，常常考虑如如下四个个方面。缆缆，也可可以考虑虑用微波波、红外外线和激激光等；1. 局域网的的拓扑结结构构成局域域网的网网络拓扑扑结构主主要有星星形结构构、总线线结构、环环形结构构和混合合形结构构。任何何两个分分支结点点之间的的通信都都要通过过主结点点，该主主结点集集中来自自各分支支结点的的信息，按按照一种种集中式式的通信信控制策策略，把把集中到到主结点点的信息息转发给给相应的的分支结结点。

13、因因此主结结点的信信息存储储容量大大，通信信处理量量大，硬硬、软件件较复杂杂。而各各分支结结点的通通信处理理负担却却较小，只只需具备备简单的的点到点点的通迅迅功能。典典型的网网络系统统是基于于电路交交换的电电话交换换网。星星形拓扑扑结构属属于集中中型网络络，易于于将信息息流汇集集起来，从从而提高高全网络络的信息息处理效效率，适适用于各各站之间间信息流流量较大大的场合合。但是是可靠性性较低，如如果主结结点发生生故障，那那么将影影响全网网络的通通信。在在总线形形拓扑结结构中，网网络中的的所有结结点都直直接连接接到同一一条传输输介质上上，这条条传输介介质称为为总线。各各个结点点将依据据一定的的规则分

14、分时地使使用总线线来传输输数据，发发送结点点发送的的数据帧帧沿着总总线向两两端传播播，总线线上的各各个结点点都能接接收到这这个数据据帧，并并判断是是否发送送给本结结点，如如果是，则则该数据据帧保留留下来，否否则丢弃弃该数据据帧。总总线形网网络的“广广播式”传传输是依依赖于数数据信号号沿总线线向两端端传播的的特性来来实现的的。总线线形结构构属于分分散型网网络，其其结构灵灵活，易易于扩展展。一个个站发生生故障不不会影响响其它站站的工作作，可靠靠性高。所所有分散散结点用用通信线线路连接接成环形形网，通通过逐个个结点传传递来达达到线路路共用，网网上信息息沿单方方向围绕绕着线路路进行循循环(顺顺时针或或

15、逆时针针)。环环形拓扑扑结构属属于分散散型网络络，环形形网的信信号经每每个中继继器整形形、放大大后再传传送，不不但传送送距离远远。而且且能保证证信号的的质量。这这种网络络结构的的主要缺缺点是，一一旦有一一个中继继器出现现故障，就就会导致致环路的的断路，使使全网限限于瘫痪痪，另外外因为它它是共用用通信线线路，所所以不适适用于信信息流量量大的场场合。在在组网选选择拓扑扑结构时时，应当当考虑费费用、灵灵活性和和可靠性性等因素素。费用用因素除除传播媒媒体和所所需设备备(如网网卡等，对对于星形形结构，应应考虑中中央结点点的费用用)本身身的费用用之外，还还应包括括安装费费用等。灵灵活性因因素主要要包括设设

16、备的更更新、移移动和增增删结点点的方便便性。可可靠性因因素主要要包括媒媒体接触触以及个个别结点点故障对对整个网网络的影影响，拓拓扑结构构的选择择应使故故障检测测和故障障隔离较较为方便便。2. 局域网网网络协议议根据IEEEE8802标标准，LLAN协协议参照照了OSSI模型型的物理理层和数数据链路路层，并并没有涉涉及到第第三层至至第七层层。从应应用层到到网络层层的高层层功能完完全由软软件来实实现，它它提供了了两个站站之间的的端端端服务。而而最低两两层(物物理层和和链路层层)功能能上基本本上有硬硬件来完完成，并并制造出出相应的的集成电电路芯片片。因此此LANN协议的的实现极极为容易易和方便便，L

17、AAN得到到广泛的的应用。局局域网的的物理层层协议类类似于一一般网络络的物理理层。在在发送和和接收时时，对数数据(信信息)位位流进行行编码或或解码。根根据IEEEE8802标标准，基基带传输输采用曼曼彻斯特特编码或或差动曼曼彻斯特特编码，传传输介质质为双绞绞线或同同轴电缆缆，对于于采用CCSMAA/CDD技术的的网络进进行载体体监听和和冲突检检测。逻逻辑链路路控制层层(LLLC)采采用IEEEE8802标标准。在在发送时时，把数数据装配配成带有有站地址址段、控控制段、信信息段和和CRCC段的帧帧。在接接受时，拆拆卸帧，执执行站地地址识别别，CRRC校验验，并把把接收数数据传送送给上层层。在局局

18、域网络络中，由由于各结结点通过过公共传传输通路路(也称称之为信信道)传传输信息息，因此此任何一一个物理理信道在在某一时时间段内内只能为为一个结结点服务务，即被被某结点点占用来来传输信信息，这这就产生生了如何何合理使使用信道道，合理理分配信信道的问问题，也也就是各各结点既既充分利利用信道道的空间间时间传传送信息息，也不不至于发发生各信信息间的的互相冲冲突。介介质访问问控制层层的功能能就是合合理解决决信道的的分配。目目前局部部网络常常用的介介质访问问控制方方式有三三种，即即冲突检检测的载载波侦听听多路访访问(CCSMAA/CDD，Carrrieer SSensse MMulttiplle AAcc

19、eess witth CColllisiion Dettecttionn)；令令牌环(Tokken Rinng)；令牌总总线(TTokeen BBus)。三种种方式都都得到IIEEEE8022委员会会的认可可，成为为国际标标准。下下面分别别说明：主要用用于总线线形。该该控制方方式的工工作原理理是：当当某一结结点要发发送信息息时，首首先要侦侦听网络络中有无无其它结结点正发发送信息息，若没没有则立立即发送送；否则则，即网网络中已已有某结结点发送送信息(信道被被占用)，该结结点就需需要等待待一段时时间，再再侦听，直直至信道道空闲，开开始发送送。载波波侦听多多路访问问是指多多个结点点共同使使用同一一条

20、线路路，任何何结点发发送信息息前都必必须先检检查网络络的线路路是否有有信息传传输。重重复这一一过程，直直到信道道空闲，开开始发送送。令牌牌环(TTokeen RRingg)全称称是令牌牌通行环环(Tookenn Paassiing Rinng)，仅仅适用于于环形网网络结构构。令牌牌有“空空”和“忙忙”两个个状态。当当“空”的的令牌传传送至正正待发送送信息的的结点时时，该结结点立即即发送信信息并置置令牌为为“忙”状状态。所所谓LAAN网络络适配器器就是实实现LAAN物理理层和链链路层的的硬件接接口板。只只需选用用几片LLAN协协议专用用的集成成电路芯芯片，再再外加一一部分辅辅助电路路或存储储器，

21、就就可以设设计一块块符合IIEEEE8022标准的的LANN网络接接口板。单根同轴电缆的直径为1.022.54cm。当用于LAN时，通信距离可达数公里，传输速率可达100Mbps，甚至更高。在LAN环境中，常采用频分多路复用的技术，支持多路信号的传输。3. 集线器集线器(HUBB)可以以说是一一种特殊殊的中继继器，作作为网络络传输介介质的中中央结点点，它克克服了介介质单一一通道的的缺陷。4. 网桥交换换机最后，受受信者将将从输出出数据数数据或信信号(tt)中识识别出被被交换的的信息。模模拟信号号是指该该信号的的波形可可以表示示成时间间的连续续函数，在在通信领领域通常常取两个个离散值值，即用用“

22、0”和和“1”来来表示的的二进制制数字信信号，这这种码中中的每个个字符都都由一个个唯一的的7位二二进制数数(biit)组组合表示示，因此此，可以以表示1128个个不同的的字符，其其中包括括数字、符符号和控控制字符符。在实实际使用用中，AASCIII码的的字符几几乎总是是以每个个字符88个比特特(biit)的的方式来来储存和和传输的的。其中中，第88个biit有各各种用法法。它用用于起止止式异步步通讯，当当数据位位为7位位时，第第8位使使得每一一8位码码组中的的二进制制“1”的的个数总总是奇数数(奇校校验)或或总是偶偶数(偶偶校验)，从而而可以检检测出因因传输错错误而发发生的一一个biit错或或

23、奇数个个bitt错的那那些码元元组。常常用的调调制方法法有振幅幅调制、频频率调制制和相位位调制三三种。异步通信信信息帧帧的第一一位为起起始位(低电平平)，紧紧跟在起起始位后后面的是是588位数据据位，数数据位是是要传送送的有效效信息；根据需需要可以以选择是是否需要要奇偶校校验位，奇奇偶校验验位为11位紧跟跟在数据据位的后后面；最最后为停停止位，停停止位可可以是11位、位位或2位位。为了了对传送送的信息息进行定定位，必必须有发发送时钟钟，并在在发送时时钟的下下降沿将将信息位位送出，信信息位宽宽度Tdd为n倍倍发送时时钟周期期Tc，即TTd=nTTc。另外在接接收端也也必须有有接收时时钟，为为了保

24、证证发送与与接收同同步，接接收时钟钟周期RRc应等等于发送送时钟周周期Tcc。但是是由于收收、发双双方使用用了各自自的时钟钟，所以以只能满满足Rcc与Tcc近似相相等。接接收端同同步接收收信息的的方法。在停止位位之后，接接收时钟钟脉冲的的每一个个上升沿沿接收器器进行采采样，并并检查接接收线上上的低电电平是否否保持88或9个个连续的的接收时时钟周期期(设TTd=116Tcc)，就就能确定定是否为为起始位位。这样样可以克克服Rcc与Tcc之间的的微小偏偏差，以以及避免免接收线线上的噪噪声干扰扰，并且且能够精精确地确确定起始始位的中中点，从从而为接接收端提提供一个个准确的的时间基基准。能能够完成成异

25、步通通信协议议的硬件件称为UUARTT(Unniveersaal AAsynnchrronoous Recceivver/ Trranssmittterr)，典典型的UUARTT有INNS82250、MMC68850等等。另外外，为了了保证收收、发同同步，克克服Rcc与Tcc之间的的微小偏偏差，信信息位宽宽度Tdd=nTTc，一一般取nn为166、322、644等，这这样降低低了信息息传送速速率。用用一个或或两个同同步字符符表示传传送数据据块的开开始，接接着就是是n个字字符的数数据块，字字符之间间不允许许有空隙隙，当没没有字符符可发送送时，则则连续发发送同步步字符。通常由用用户选择择同步字字符

26、，可可以选择择一个特特殊的88位二进进制码(如01111111100)作为为同步字字符(称称单同步步字符)，或选选择两个个连续的的8位二二进制码码作为同同步字符符(称双双同步字字符)。为为了保证证收、发发同步，收收、发双双方必须须使用相相同的同同步字符符。发送送端传送送时，首首先对被被传送的的原始数数据进行行编码，形形成编码码数据后后再往外外发送，由由于每位位码元包包含有数数据状态态和时钟钟信息，在在接收端端经过解解码，便便可以得得到解码码数据(称接收收数据)和解码码时钟(称接收收时钟)。同步通信信的信息息帧包括括同步字字符和数数据块，而而同步字字符只有有8位或或16位位，数据据块可以以任意字

27、字节长，所所以数据据传送效效率高于于异步通通信。能能够完成成同步通通信的硬硬件称为为USRRT(UUnivverssal Synnchrronoous Recceivver/Traansmmittter)。典型型的USSARTT接口芯芯片有ZZ80-SIOO、82251-PCII等。最最常用的的标准波波特率是是1100、3000、6600、112000、24400、448000、96600、1192000和3384000bpps。差差错检测测技术的的核心是是校验编编码，下下面介绍绍三种常常用的校校验编码码方法(奇偶偶校验编编码、循循环冗余余校验编编码和恒恒比校验验编码)和纠错错方式。当“1”码

28、元数为奇数：采用偶校验，校验位为“1”；采用奇校验，校验位为“O”。当“1”码元数为偶数：采用偶校验，校验位为“0”；采用奇校验，校验位为“l”。循环冗余校验的原理是：发送端发出的信息有基本的信息位和CRC校验位两部分组成的。一旦基本本的信息息位发送送完，CCRC校校验也就就生成，并并紧接其其后再发发送CRRC校验验位。当当基本信信息位接接收完之之后，接接着接收收CRCC校验位位，并同同时也进进行这一一计算。循循环冗余余校验(CRCC)的原原理及其其实现比比较复杂杂，很多多资料都都有论述述。在通通信时不不是原码码传送，而而是对待待发送的的数据进进行编码码，使之之编码后后的每一一个字节节(或每每

29、一码组)中，“ll”和“0”的个数之比保持恒定，这种编码称为恒比码。接收端收收到该码码后，通通过译码码不仅能能发现错错误，而而且能自自动地纠纠正传输输中的错错误。多多种总线线并存，就就意味着着有多种种标准，这这就严重重束缚了了总线的的应用和和发展，国国际电工工协会(IECC)于119999年认定定通过了了八种现现场总线线为现行行的现场场总线标标准。它们分别别是：(1)基基金会现现场总线线FF(Fouundaatioon FFielldbuus)；(2) CoontrrolNNet；(3) Prrofiibuss；(44) PP-Neet；(5) FF(Fouundaatioon FFielld

30、buus)高高速以太太网HSSE；(6) SwiiftNNet；(7) WoorlddFIPP；(88) IInteerbuus-SS。以太网( Ettherrnett) 由由于其应应用的广广泛性和和技术的的先进性性，已逐逐渐垄断断了商用用计算机机的通讯讯领域和和过程控控制领域域中上层层的信息息管理与与通信，并并且有进进一步直直接应用用到工业业现场的的趋势。几几乎所有有的编程程语言都都支持EEtheerneet 的的应用开开发，如如Javva 、VVisuual C + + 、Viisuaal BBasiic、DDelpphi 等。因此，如如果采用用以太网网作为现现场总线线，可以以保证多多种开

31、发发工具、开开发环境境供选择择。目前前以太网网网卡的的价格只只有Prrofiibuss、FFF 等现现场总线线的十分分之一，而而且随着着集成电电路技术术的发展展，其价价格还会会进一步步下降。因此，如如果工业业控制领领域采用用以太网网作为现现场设备备之间的的通信网网络平台台，可以以避免现现场总线线技术游游离于计计算机网网络技术术的发展展主流之之外，从从而使现现场总线线技术和和一般网网络技术术互相促促进，共共同发展展，并保保证技术术上的可可持续发发展，在在技术升升级方面面无需单单独的研研究投入入。长期期以来，EEtheerneet 通通信响应应的“不不确定性性”是它它在工业业现场设设备中应应用的致

32、致命弱点点和主要要障碍之之一。众所周知知，以太太网采用用冲突检检测载波波监听多多点访问问(CSSMA/ CDD CCarrrierr Seensee Muultiiplee Acccesss wwithh Coolliisioon DDeteectiion) 机制制解决通通讯介质质层的竞竞争。这这样，挂挂接在同同一网段段上的所所有设备备形成一一个冲突突域( colllissionn doomaiin)，每每个冲突突域均采采用CSSMA/ CDD 机制制来管理理网络冲冲突。用用交换式式集线器器代替共共享式集集线器，使使交换机机各端口口之间可可以同时时形成多多个数据据通道，正正在工作作的端口口上的

33、信信息流不不会在其其他端口口上广播播，端口口之间信信息报文文的输入入和输出出已不再再受到CCSMAA/ CCD介质质访问控控制协议议的约束束。因此，在在以太网网交换机机组成的的系统中中，每个个端口就就是一个个冲突域域，各个个冲突域域通过交交换机实实现了隔隔离。再再次，采采用全双双工通信信技术，可可以使设设备端口口间两对对双绞线线(或两两根光纤纤)上可可以同时时接收和和发送报报文帧，从从而也不不再受到到CSMMA/ CD 的约束束，这样样，任一一节点发发送报文文帧时不不会再发发生碰撞撞，冲突突域也就就不复存存在。此此外，通通过降低低网络负负载和提提高网络络传输速速率，可可以使传传统共享享式以太太

34、网上的的碰撞大大大降低低。实际应用用经验表表明，对对于共享享式以太太网来说说，当通通信负荷荷在255 %以以下时，可可保证通通信畅通通，当通通信负荷荷在5 %左右右时，网网络上碰碰撞的概概率几乎乎为零。同同时，使使用UDDP 通通信协议议，可以以充分保保证报文文传输的的有效载载荷，避避免在网网络上传传输不必必要的填填充域数数据所占占用的带带宽，使使网络保保持在轻轻负荷工工作条件件下，就就可以使使网络传传输的实实时性进进一步得得到保证证。所谓谓“总线线供电”或或“总线线馈电”，是是指连接接到现场场设备的的线缆不不仅传送送数据信信号，还还能给现现场设备备提供工工作电源源。对现场设设备的“总总线供电

35、电”可采采用以下下方法:方法一一:在目目前Ettherrnett 标准准的基础础上适当当地修改改物理层层的技术术规范，将将以太网网的曼彻彻斯特信信号调制制到一个个直流或或低频交交流电源源上，在在现场设设备端再再将这两两路信号号分离出出来。采采用这种种方法时时必须注注意：修修改协议议后的以以太网应应在物理理层上与与传统EEtheerneet 兼兼容。方法二:不改变变目前EEtheerneet 的的物理层层结构，即即应用于于工业现现场的以以太网仍仍然使用用目前的的物理层层协议，而而通过连连接电缆缆中的空空闲线缆缆为现场场设备提提供工作作电源。由由于以太太网( IEEEE8002. 3) 只映射射到

36、ISSO/ OSII 参考考模型中中的物理理层和数数据链路路层，TTCP/ IPP 映射射到网络络层和传传输层，而而对较高高的层次次如会话话层、表表示层、应应用层等等没有作作技术规规定。目目前RFFC (Reqquesst FFor Commmennt) 组织文文件中的的一些应应用层协协议，如如FTPP、HTTTP、TTelnnet 、SNNMP、SSMTPP 等，仅仅仅规定定了用户户应用程程序该如如何操作作，而以以太网设设备生产产厂家还还必须根根据这些些文件定定制专用用的应用用程序。因因此，为为了使网网络正常常运行时时间最大大化，需需要以可可靠的技技术来保保证在网网络维护护和改进进时，系系统

37、不发发生中断断。该交换机机除了实实现正常常的以太太网交换换功能外外，还作作为控制制网络与与外界的的唯一接接口，在在网络层层中对数数据包实实施有选选择的通通过(即即所谓的的包过滤滤技术)，也就就是说，该该交换机机可以依依据系统统内事先先设定的的过滤逻逻辑，检检查数据据流中每每个数据据包的部部分内容容后，根根据数据据包的源源地址、目目的地址址、所用用的TCCP 端端口与TTCP 链路状状态等因因素来确确定是否否允许数数据包通通过。此此外，还还可以通通过引进进防火墙墙机制，进进一步实实现对内内部控制制网络访访问进行行限制、防防止非授授权用户户得到网网络的访访问权、强强制流量量只能从从特定的的安全点点

38、去向外外界以及及限制外外部用户户在其中中的行为为等效果果。现场设备备的防爆爆技术包包括两类类，即隔隔爆型(如增安安、气密密、浇封封等) 和本质质安全型型。 由由于通用用Ethhernnet 的传输输速率比比较高(如100Mbpps、1100MMbpss、10000MMbpss)，考考虑到信信号沿总总线传播播时的衰衰减与失失真等因因素，EEtheerneet 协协议( IEEEE8002. 3协议议)对传传输系统统的要求求作了详详细的规规定，如如每一段段双绞线线(100BASSE2TT)的长长度不得得超过1100mm；使用用细同轴轴电缆(10BBASEE22) 时每每段的最最大长度度为1885m

39、；而使用用粗同轴轴电缆(10BBASEE25)时每段段的最大大长度也也仅为5500mm，对于于距离较较长的终终端设备备，可使使用中继继器(但但不超过过4 个个)或者者光纤通通信介质质进行连连接。对于这种种情况，如如遵照传传输的方方法设计计以太网网络，使使用100BASSE2TT 双绞绞线就显显得远远远不够，而而使用110BAASE22 或 10BBASEE5 同同轴电缆缆则不能能进行全全双工通通信，而而且布线线成本也也比较高高。目前，工工业以太太网用于于现场设设备控制制还没有有得到广广泛的应应用，但但是一种种发展趋趋势。目目前，一一般采用用以太网网和现场场总线相相结合来来构成一一个企业业的信息

40、息化网络络。5. 过程监控控层这些信息息报文的的长度一一般都比比较小，通通常仅为为几位( biit ) 或几几个字节节(byyte)，因此此对网络络传输的的吞吐量量要求不不高，但但对通信信响应的的实时性性和确定定性要求求较高。目目前现场场设备网网络主要要有现场场总线如如FF、PProffibuus、WWorlldFIIP、DDeviiceNNet 、P22NETT 等低低速网段段组成。第6章 习题1. 按照网络络的拓扑扑结构，计计算机网网络可以以分为哪哪几类？并对每每类加以以说明。2. 在局域网网中常用用的传输输媒体有有哪几种种？3. 写出异步步通信的的数据帧帧格式，并并说明其其工作原原理。4. 常用的几几种检验验编码的的方法有有哪几种种？并加加以说明明。