[信息与通信]第二章工业控制网络技术基础.ppt

第二章 工业控制网络技术基础 2.1 局域网技术 1、局域网概述 定义：局域网（LAN）通常被认为是由一组在物理地址上彼此相隔不远的计算机及其设备按照一定的连接方式组织起来的、以实现用户间相互通信和共享诸如打印机和存储设备等资源的网络系统。 主要用途： 1）共享功能 共享的内容软硬件都可包括 2）客户/服务器计算模式 3）局域通信功能 4）为接入Internet等广域网做准备 （1）主要特点： 1）一般特点： ①较小的物理范围 ②以微机为主要联网对象 ③通常属于某个部门和单位 ④价格低廉 2）技术特点： ①具有更高的传输速率（10－1000Mbit/s） ②通常多个站共享一个传输介质 ③误码率低 ④具有较低的时延 ⑤具有高可靠性和安全性、易于扩缩和管理 （2）基本组成 LAN由五个基本部件构成 计算机（特别是PC） 传输介质 网络适配器（网卡） 网络连接设备 网络操作系统 2、局域网拓扑结构 计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络节点和通信链路。网络中节点的互连模式叫网络拓扑结构。 物理拓扑 指连接网络设备的物理线缆的铺设形式 拓扑结构通常是指物理拓扑结构 逻辑拓扑 数据流在物理线缆中传输的形式 物理拓扑可能与逻辑拓扑形状不同 局域网常见的拓扑结构 总线、树形、环形、星形 （1）星形拓扑结构 所有的计算机连到一个中心节点上，中心节点的设备通常由主机或集线器担当。 星形拓扑的特点 物理结构的特点 所有站点直接与中央节点相连 各站点之间无直接连线 站点之间通信必须通过中央节点转发 逻辑结构的特点 中央节点的处理能力决定了网络的逻辑拓扑 如为HUB ，网络的逻辑拓扑为总线型 如为交换机，则网络的逻辑拓扑为星型 中央节点为HUB的Ethernet 优点： 查找故障方便，便于维护和管理 个别站点的故障对网络无影响 站点进出很自由 介质访问方法简单 缺点： 对中央节点的可靠性和冗余度要求很高 （2）环形拓扑结构 由连接成封闭回路的网络节点组成，每一节点与它左右相邻的节点相连接并最终形成一个“环状”结构。 连接特点： 通过转发器与单向链路连成环状 各站点通过转发器接入环中 逻辑拓扑：环形 通信特点： 数据单向传输，同时只能有一个站点发送 广播通信方式，数据绕环一周，所有站点都能收到 数据传输中需要指定源、目的地址 需要某种机制决定谁发送（令牌） 需要对发送规则进行监控和管理（令牌管理） 需对数据进行插入、接收、删除处理（避免循环） 数据在每个站点重新转发，信号强度大 环网转发器功能 对数据波形进行整形、放大 对途经的数据进行监听并沿环向下转发（延时理想值为1位） 对出环或故障的站点进行旁路，维持环的正常工作 环网的数据传输 准备工作 数据成帧 得到令牌（发送权） 传输过程 帧途经的转发器判别地址 若地址相符：将数据传向所连站点，同时修改有关位（接收信号），并向下转发； 若地址不符：则只将数据向下转发 发送站边发边监听上行链路数据 数据帧绕环一周回到本地：站点吸收本数据帧，同时产生新令牌 当令牌在环中传输时：便开始新一轮的传输 优点： 高速运行 避免碰撞，结构简单 潜在问题： 任一转发器或任一段链路故障都将导致网络瘫痪 故障查找困难，需要漫游整个网络才能定位故障点 新增站点困难，需要新增转发器可能还要重新拉线 可靠性要求和转发器的积累时延限制了环的规模 需要站点兼任监控站监测环的状态 （3）总线型拓扑结构 一种使用同一介质或电缆连接所有端用户的方式，即连接端用户的物理介质由所有设备共享。 总线型拓扑结构特点 连接特点：所有站点通过搭接头直接与总线相连 逻辑拓扑：总线型 通信面临的问题： 任一站点发送，其他所有站点都能收到；数据传输无方向性 需要指明由谁发送（源地址），发给谁（目标地址） 多个站点同时发送时，会发生冲突。同时只能一个站点发送 一个站点连续发送时间过长，其他站点将不能发送（公平性？） 站点只能采用半双工方式 全双工（Full Duplex）是指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。 半双工（Half Duplex），所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生。举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。 单工通信是指通信线路上的数据按单一方向传送。 总线型结构的数据传输 2.2