第章计算机控制中网络与通信技术.docVIP

第6章 计算机控制中的网络与通信技术 现代化工业生产规模不断扩大，对生产过程的控制和管理也日趋复杂，往往需要几台或几十台计算机才能完成控制和管理任务。不同的地理位置、不同功能的计算机及设备之间需要交换信息，这样把多台计算机或设备连接起来，就构成了计算机网络。对于广大的从事过程控制的技术人员来说，为了提高计算机的应用水平，更好地编制程序，有必要了解数据通信的通信网络技术、通信网络协议和数据通信知识。 6.1 计算机网络概述 6.1.1 计算机网络的定义 计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。也就是说，计算机网络是将分布于不同地理位置上的计算机或设备通过有线或无线的通信链路连接起来，不仅能使网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信，而且还能共享某些节点（如服务器）上的系统资源。所谓资源包括硬件资源（如大容量磁盘、光盘以及打印机等），软件资源（如语言编辑器、文本编辑器、工具软件及应用程序等）和数据资源（如数据文件和数据库等）。 6.1.2 计算机网络的分类 随着网络技术的发展，出现了多种类型的网络分类方法，按其跨度、拓扑结构、管理性质、交换方式和功能，可进行如下分类： 1．按网域的跨度划分 （1）局域网LAN（Local Area Network）：一般指规模较小的网络，即计算机硬件设备不大，通信线路不长（不超过几十公里），采用单一的传输介质，覆盖范围限于单位内部或建筑物内，通常由一个单位自行组网并专用。局域网只有和广域网互联，进一步扩大应用范围，才能更好地发挥其作用。但在同广域网相连时，应考虑网络的安全性。 （2）区域网MAN（Metropolitan Area Network）：其规模比局域网要大一些，通常覆盖一个区域城市，故又称城域网，覆盖范围在WAN与LAN之间，其运行方式与LAN类似。 （3）广域网WAN（Wide Area Network）：广域网顾名思义就是一个非常大的网，它不但可以把多个局域网或区域网连接起来，也可以把世界各地的局域网连接起来，它的传输装置和媒体通常由电信部门提供。 在计算机控制系统中一般采用局域网或局域网的互联。 2．按拓扑结构划分 在计算机通信网络中，网络的拓扑（Topology）结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。常用的网络拓扑结构有以下几种。 （1）星形网：以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。 （2）环形网：入网机器通过中继器接入网络，每个中继器仅与两个相邻的中继器有直接的物理线路，所有的中继器及其物理线路构成了一个环状的网络系统，环形网也是局域网的一种主要形式。 （3）总线形网：所有入网机器共用一条传输线路，机器通过专用的分接头接入线路。由于线路对信号的衰减作用，总线形网仅用于有限的区域，常用于组建局域网。 （4）网状网络：利用专门负责数据通信和传输的节点机构成的网络，入网机器直接接入节点机进行通信，网状网络主要用于地理范围大、入网机器多的环境，例如构造广域网。 由于不同拓扑结构的网络往往采用不同的网络控制方法，具有不同的性质，适应不同的应用环境，因此计算机控制系统的网络可以根据应用的不同，选择或者混合不同的网络拓扑结构，一般来讲，计算机控制系统的网络拓扑结构以总线形式为多。 3．按管理性质划分 （1）公用网：由电信部门组建、管理和控制，网络内的传输和转换可供任何部门和个人使用；公用网常用于远程网络的构建，支持用户的远程通信。 （2）专用网：由用户部门组建经营的网络，不允许其它用户和部门使用；由于投资因素，专用网常为局域网或者是通过租借电信部门的线路而组建的广域网。 过程计算机控制系统中的网络常为专用网，由于近年来计算机控制系统的需求变化，特别是对于远程监控需求的增加，使用专用网互连公用网的方式来组建各种计算机控制网络也普遍增多，这也是计算机控制系统应用网络的发展趋势。 4．按交换方式划分 （1）电路交换网：类同电话方式，具有建立链路、数据传输和释放链路三个阶段；通信过程中，自始至终占用该链路。且不允许其它用户共享其信道资源。 （2）报文交换网：交换机采用具有“存储—转发”能力的计算机，用户数据可以暂时保存在交换机内，等待线路空闲时，再进行用户数据的一次传输。 （3）分组交换网：类同报文交换技术，但规定了交换机处理和传输数据的长度（称之为分组），不同用户的数据分组可以交织出现在网络中的物理链路上传输。 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．按功能划分 通信子网：网络中面向数据通信的资源集合，主要支持用户数据的传输；该