第2章數據通信基礎與網絡互聯2.1數據通信基礎2.2現場控制網絡2.3網絡硬件2.4網絡互連2.5網絡互連設備2.6通信參考模型2.1數據通信基礎1.總線的基本術語總線(bus)：是網絡上各節點共享的傳輸媒體，是傳輸信號或信息的公共路徑，遵循同一技術規范進行連接與操作。總線段(bussegment)

：一組設備通過總線連在一起稱為總線段。總線主設備(busmaster)

：有能力在總線上發起通信的設備。總線從設備(busslaver)：不能在總線上主動發起通信，只能掛接在總線上、對總線信號進行接收查詢的設備。1.總線基本術語控制信號①控制連在總線的設備，讓它進行所規定的操作②用于改變總線操作的方式③表明地址和數據的含義總線協議(busprotocol)：總線上的設備如何使用總線的一套規則稱為“總線協議”。這是一套事先規定的、必須共同遵守的規約。2.1數據通信基礎1.總線基本術語總線操作：總線上數據發送者與接收者之間的連接－數據傳送－脫開這一操作序列，稱為一次總線操作。連接（connection)：指在相同或不同設備內，通信對象之間的邏輯綁定（binding）。數據傳送：連接完成之后通信報文的發送與接收過程，或者數據的讀寫操作過程。脫開(disconnect)：完成一次或多次總線操作后，斷開發送者與接收者之間的連接關系，放棄對總線的占有權。現場設備(fieldbusdevice)：作為網絡節點連接在現場總線上的物理實體。現場設備具備測量控制功能，也具有數據通信的能力。2.1數據通信基礎1.總線基本術語總線傳送“讀”數據操作是讀來自響應者的數據“寫”數據操作是向響應者寫數據通信請求：由總線上某一設備向另一設備發出的請求信號，要求后者給予注意并進行某種服務。尋址過程是命令者與一個或多個從設備建立起聯系的一種總線操作。物理尋址：用于選擇某一總線段上某一特定位置的從設備作為響應者。邏輯尋址：用于指定存儲單元的某一個通用區，而并不顧及這些存儲單元在設備中的物理分布。廣播尋址：用于選擇多個響應者。2.1數據通信基礎1.總線基本術語總線仲裁（busarbitration）：總線通信過程中出現沖突。為解決沖突需要進行總線占有權的仲裁。

某一時刻只允許一個主設備占有總線，它完成操作后釋放總線占有權，其他主設備才能使用總線；

訪問等待時間(accesslatency):主設備獲得總線占有權等待仲裁的時間；總線占有期(buslatency):設備占有總線的時間。總線仲裁有集中仲裁與分布仲裁。

集中仲裁：由一個仲裁單元完成。如果有兩個以上主設備同時請求使用總線時，由特定的仲裁單元利用優先級方案進行仲裁；

分布仲裁：仲裁過程在各主設備中完成。當某一主設備在總線上置起它的優先級代碼時，開始一個仲裁周期。仲裁周期結束后，只有最高優先級仍然置放在總線上。優先級方案有多種：高優先級無限期否決低優先級；不允許某一主設備長期霸占總線。2.1數據通信基礎2.通信系統的組成

數據通信過程，是兩個或多個節點之間借助傳輸媒體以二進制形式進行信息交換的過程。將數據準確、及時地傳送到正確的目的地，是數據通信系統的基本任務。噪聲信息源編碼調制信道解調解碼接收者2.1數據通信基礎2.通信系統的組成

數據通信系統的基本構成硬件由數據信息的發送設備、接收設備、傳輸介質組成。軟件由數據信息形成的通信報文和通信協議組成。2.1數據通信基礎2.通信系統的組成發送設備：具有通信信號發送電路的設備，也稱為發送器(Transimitter)。接收設備：具有通信信號接收電路的設備，也稱為接收器(Receiver)。既可以作為發送設備，又可以作為接收設備，稱為收發器(Transceiver)。2.1數據通信基礎

3.數據編碼數據(Data)：傳遞（攜帶）信息的實體，信息(Information)則是數據的內容或解釋。

--模擬(Analog)數據與數字(Digital)數據信號(Signal)：數據的物理量編碼（通常為電編碼），數據以信號的形式傳播。

--模擬信號與數字信號

--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號數字信道：以數字脈沖形式（離散信號）傳輸數據的信道。模擬信道：以連續模擬信號形式傳輸數據的信道。2.1數據通信基礎

3.數據編碼2.1數據通信基礎模擬信號與數字信號模擬信號：時間上連續，包含無窮多個值。數字信號：時間上離散，僅包含有限數目的預定值。tta)模擬信號b)數字信號2.1數據通信基礎

3.數據編碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應地需要進行不同的編碼處理。數據：模擬數據、數字數據信號：模擬信號、數字信號信道：模擬信道、數字信道

數據編碼的目的：為了降低信號傳輸過程中的直流分量和改善噪聲，減少對硬件帶寬的要求，且能方便提取同步信號，必須對發送的數據進行編碼后再發送。數據編碼分：數字數據編碼和模擬數據編碼數字數據編碼：用高低電平的矩形脈沖信號來表達數據的0，1狀態的，稱為數字數據編碼。模擬數據編碼：分別用模擬信號的不同幅值、不同頻率、不同相位來表達數據的0，1狀態的稱為模擬數據編碼。2.1數據通信基礎

3.數據編碼2.1數據通信基礎一、單極性編碼

信號電平是單極性的，如邏輯1用高電平，邏輯0用低電平。二、雙極性編碼

信號電平為正、負兩種極性的，正電平用1，負電平用0。

3.數據編碼三、歸零碼（RZ）

在每一位二進制信息傳輸之后均返回零電平。如邏輯1只在該碼元時間中的某段維持高電平后就回復到低電平。四、非歸零碼（NRZ）在整個碼元時間內都維持其邏輯狀態的相應電平的編碼。

3.數據編碼2.1數據通信基礎2.1數據通信基礎

3.數據編碼五、差分碼

在各時鐘周期的起點，采用信號電平的變化與否來代表數據“1”和“0”的狀態。例如規定用時鐘周期起點的信號電平變化代表“1”，不變化代表“0”，按此規定形成的編碼稱為差分碼。2.1數據通信基礎

3.數據編碼六、曼徹斯特編碼(ManchesterEncoding)也稱自同步編碼或相位編碼特點：這是一種常用的基帶信號編碼，它具有內在的時鐘信息，因而能使網絡上的每一個系統保持同步。方法：在曼徹斯特編碼中，時間被劃分為等間隔的小段，其中每小段代表一個比特。每一小段時間本身又分為兩半，前半個時間段所傳信號是該時間段傳送比特值的反碼，后半個時間段所傳送的是比特值本身。2.1數據通信基礎

3.數據編碼

模擬數據編碼采用模擬信號來表達數據的0，1狀態。幅度、頻率、相位是描述模擬信號的參數，可通過改變這三個參數，實現模擬數據編碼。模擬數據編碼的三種形式：

一、幅度鍵控ASK（amplitude-sheftkeying）

二、頻移鍵控FSK（frequency-sheftkeying）

三、相移鍵控PSK（phase-sheftkeying）這三種形式是模擬數據編碼的三種編碼方法。2.1數據通信基礎

3.數據編碼幅度鍵控ASK中，載波信號的頻率、相位不變，幅度隨調制信號變化。如：一個二進制數字信號，調制后波形的時域表達式為：原始信號鍵控調幅后的信號2.1數據通信基礎

3.數據編碼頻移鍵控FSK：載波信號的頻率隨著調制信號的變化而變化，而載波信號的幅度、相位不變。如：定義信號0對應的載波頻率大，信號1對應的載波頻率小。（HART協議采用該種通信方式，1200Hz為1，2200Hz為0）。相移鍵控PSK：載波信號的相位隨著調制信號而變化，而載波信號的幅度、頻率不變。用相位0°和180°分別代表1和0。2.1數據通信基礎

3.數據編碼11110000000FSK調頻ASK調幅PSK調相4.通信系統的性能指標實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減：信道的損耗引起信號強度減弱，導致信噪比S/N降低。b）延遲：信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產生信號畸變。c）噪聲

熱噪聲：由導體內的熱擾動引起，又稱為白噪聲。

串擾：信道間產生的不必要的耦合。例：多對雙絞線。

脈沖噪聲：非連續、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。噪聲將破壞信號，產生誤碼。持續時間0.01s的干擾可以破壞約560個比特（56Kbps）。2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標

一.有效性指標數據位傳輸速率

位（bit）/秒其中：T為數據信號周期，n為一個信號所表示的有效狀態。例：在二進制中，信號的有無就表示這個碼元狀態的“0”或“1”。所以n=2。2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標可度量通信系統每秒傳送的信息量。二進制信號的信息速率用每秒比特（bit/s,bps,b/s）作單位。如比特率為9600bps意味著每秒可傳輸9600個二進制脈沖。當信道一定時，信息速率越高，有效性越好。

一.有效性指標比特率

位（bit）/秒2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標波特（Baud)是指信號的一個變換波形。把每秒傳輸的信號波的個數稱為波特率。單位為波特，記作Baud或B。比特率和波特率的區別每個信號可以包含1個、也可以包含2個二進制數據位。1個

比特率=波特率

2個

比特率=波特率×2在討論信道特性，特別是傳輸頻帶寬度時，通常采用波特率；涉及實際的數據傳送能力時，則使用比特率。

一.有效性指標波特率

2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標吞吐量（throughput)單位時間內通信系統接收發送的比特數、字節數或幀數來表示。表示通信系統的數據交互能力。頻帶利用率是指單位頻帶內的傳輸速度。單位為bps/Hz，即每赫茲帶寬所能實現的比特率。協議效率是指傳輸數據包中，有效數據位與整個數據包長度的比值，一般用百分比表示。

一.有效性指標2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標傳輸延遲指數是指數據從鏈路或網段的發送端傳送到接收端所需要的時間，也被稱為傳輸時間。傳輸延遲指數=發送時間+傳播時間+排隊轉發時間通信效率是指數據幀的傳輸時間與用于發送報文的所有時間之比。除傳輸時間外，還包括競用總線或等待令牌的排隊時間、用于發送維護信息等的時間總和。通信效率=1，所有時間都有效地用于傳輸數據幀；通信效率=0，總線被報文的碰撞、沖突所充斥。

一.有效性指標2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標二.可靠性指標

誤碼率

誤碼率是衡量數據傳輸系統正常工作狀態下傳輸可靠性的參數；實際中經常采用的是平均誤碼率；誤碼率并非越低越好，誤碼率越小，則系統越復雜，造價越高；計算機通信中一般要求其平均誤碼率低于10-9；通信系統的有效性與可靠性兩者之間是相互聯系、相互制約的。2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標三.通信信道的頻率特性

頻率特性分為幅頻特性和相頻特性

幅頻特性是指不同頻率的信號在通過信道后，其輸出信號幅值與輸入信號的幅值之比，它表示了信號在通過信道的過程中受到的不同衰減。相頻特性是指不同頻率的信號在通過信道后，其輸出信號相位與輸入信號的相位之差。信道的頻率特性取決于傳輸介質的物理特性和中間通信設備的電氣特性。2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標四.信道帶寬與介質帶寬信號帶寬：信號頻譜所占有的頻率寬度。

信號的有效帶寬2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標四.信道帶寬與介質帶寬信道帶寬：是指信道容許通過的物理信號的頻率范圍，即容許通過的信號的最高與最低頻率之差。介質帶寬：是指該傳輸介質能通過的物理信號的頻率范圍。介質帶寬與信號的畸變2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標四.信道帶寬與介質帶寬信道容量：是指信道在單位時間內可能傳送的最大比特數。

M最大數據率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2Wlog2MW=帶寬M=信號電平級數若碼元的電平級數為4(即1個碼元攜帶2bit的信息量)

話音級線路的信道容量計算(3000Hz)Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據。Nyquist公式：用于理想低通信道2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標五.信噪比對信道容量的影響信噪比：信號功率S與噪聲功率N的比值。一般用10lgS/N來表示，單位分貝（dB)。Shannel計算公式：高斯噪聲干擾信道的信道容量C表示信道容量，W表示信道帶寬。從上式可以看到，提高信噪比或增加信道帶寬均可增加信道容量。C=Wlog2(1+SN)b/s2.1數據通信基礎4.通信系統的性能指標五.信噪比對信道容量的影響例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為10dB（S/N=10)，則C=3000*log2(1+10)≈10380bps如果信噪比提高為20dB（S/N=100)，則C=3000*log2(1+100)≈19980bps1.增加帶寬也可以提高信道容量。但噪聲功率N=Wn0(n0為噪聲的單邊功率譜密度）。隨著W增大，N增大，會導致信噪比降低。2.在信道容量一定時，帶寬與信噪比之間可以相互彌補。即提高信道帶寬可使具有更低信噪比的信號得以通過，而傳輸信噪比比較高的信號時，可適當放寬對信道帶寬的要求。2.1數據通信基礎4通信系統的性能指標五.信噪比對信道容量的影響Nyquist公式和Shannel公式的比較C=2Wlog2M

此公式說明數據傳輸率C隨信號編碼級數增加而增加。C=Wlog2(1+S/N)

無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數不可能無限增加。2.1數據通信基礎5.信號的傳輸模式基帶傳輸基帶（baseband）（BAB）：是數字數據轉換為傳輸信號時其數據變化本身所具有的頻帶。例如：數字信號的基本頻帶：0～若干MHz。由傳輸速率而定。基帶傳輸：基帶傳輸是指在基本不改變數字信號頻率的情況下，直接按基帶信號進行的傳輸。它不包含任何調制（頻率變換），按數據波的原樣進行傳輸。2.1數據通信基礎5.信號的傳輸模式基帶傳輸的特點：

（1）信號按位流形式傳輸，整個系統不用調制解調器，使得系統價格低廉。（2）與寬帶網相比，基帶網的傳輸介質比較便宜，可以達到較高的數據傳輸速率(一般為lMbps~10Mbps）但其傳輸距離一般不超過25km，傳輸距離越長，傳輸質量越低。大部分微機局域網，控制局域網都是采用基帶傳輸方式的基帶網。2.1數據通信基礎5.信號的傳輸模式載波傳輸載波信號：發送設備要產生某個頻率的信號作為基波來承載數據信號，這個基波被稱為載波信號。載波傳輸：按幅值鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）等不同方式，依照要承載的數據改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調制信號，載波信號承載數據后的信號傳輸過程稱為載波傳輸。2.1數據通信基礎5.信號的傳輸模式載波傳輸的特點：（1）克服了目前長途電話線路不能直接傳輸基帶信號的特點;（2）可實現多路復用，提高了通信線路的利用率;（3）在接收端和發送端都要設置調制解調器。2.1數據通信基礎5.信號的傳輸模式寬帶傳輸在同一介質上可以傳輸多個頻帶的信號。寬帶傳輸的特點：可進行全部廣播，還可以高速數據傳輸。可見寬帶傳輸系統是模擬信號傳輸系統，可以在同一信道上進行數字和模擬信息服務。寬帶傳輸與基帶傳輸的主要區別：（1）數據傳輸速率不同。基帶網幾十到幾百Mbps,寬帶網可達Gb/s。（2）寬帶網可劃分多條基本通信信道。能提供多條良好的通信路徑。異步轉移模式ATMATM（AsynchronousTransferMode）是一種新的傳輸與交換數字信息的技術，也是實現高速網絡的主要技術，被規定為寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）的傳輸模式。2.1數據通信基礎6.局域網及其拓撲結構（1）計算機網絡和網絡拓撲計算機網絡按地域范圍可分為遠程網和局域網。遠程網的跨越范圍可從幾十Km到幾萬Km，其傳輸造價較高；局域網的距離只限于幾十m到25Km，一般為10Km以內。網絡拓撲結構、信號方式、訪問控制方式、傳輸介質是影響網絡性能的主要因素。網絡的拓撲結構是指網絡中節點的互聯形式。2.1數據通信基礎2.1數據通信基礎6.局域網及其拓撲結構（2）星形拓撲在星形拓撲中，每個節點通過點對點連接到中央節點，任何兩個節點之間通信都要通過中央節點進行。星形拓撲可實現數據通信量的綜合，每個終端節點只承擔較小的通信處理量。星形連接中，如果一條線路受損，不會影響其他線路正常工作。2.1數據通信基礎6.局域網及其拓撲結構（3）環形拓撲在環形拓撲中，通過網絡節點的點對點鏈路連接，構成一個封閉的環路。信號在環路上從一個設備到另一個設備單向傳輸，直到信號傳輸到目的地為止。信號只能單向傳輸；一個設備故障可能導致網絡癱瘓。6.局域網及其拓撲結構2.1數據通信基礎（4）總線形拓撲由一條主干電纜作為傳輸介質，各網絡節點通過分支與總線相連的網絡拓撲結構。總線拓撲是工業數據通信中應用最為廣泛的一種網絡拓撲形式。2.1數據通信基礎6.局域網及其拓撲結構（5）樹形拓撲樹形拓撲是星形拓撲的擴展形式。也有人認為樹形拓撲是總線拓撲的擴展形式。樹形拓撲可適用于很寬應用范圍，如對網絡設備的數量、傳輸速率和數據類型等，都沒有太多限制，可到達很高的帶寬。2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

傳輸介質是網絡中連接收發雙方的物理通路，也是通信中實際傳送信息的載體。磁介質：高帶寬、低費用、高延時（小時）例：80GB/1個移動磁盤，700盤，24h可送到任何地方。總容量=80*700=56000Gbits，總時間=24*60*60=86400s

傳送速率=56000Gb/86400s≈648Mb/s金屬導體：雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質：無線電、短波、微波、衛星、光波2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

（1）雙絞線內導體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導線，≈1mm--每根4對、25對、1800對--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優缺點：成本低密度高、節省空間安裝容易（綜合布線系統）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短屏蔽雙絞線(STP)2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

（1）雙絞線以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音非屏蔽雙絞線(UTP)3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加屏蔽2.1數據通信基礎（2）同軸電纜7.網絡的傳輸介質

基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個信道，50，用于數字傳輸。寬帶同軸電纜

一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器。銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

細同軸

--50，D=1.02cm--185m；4中繼、5段（925m）--優缺點：價格低，安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator），抗干擾能力強，距離短，可靠性差。粗同軸--50，D=2.54cm--500m；4中繼、5段（2500m）--優缺點：價格稍高，安裝方便（收發器、收發器電纜、Terminator），抗干擾能力強，距離中等，可靠性好。

（2）同軸電纜2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

依靠光波承載信息速率高，通信容量大

僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便（3）光纜

光從一種介質入射到另一種介質時會產生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會泄漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調制，有脈沖-1，無脈沖-0

光傳輸系統：光源、介質、光檢測器 光源:850nm/1300nm/1500nm發光二極管/激光二極管 介質:光纖 光檢測器:光電二極管PIN/雪崩光敏二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖2.1數據通信基礎7.網絡的傳輸介質

（3）光纜2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式共享信道連接方法連接方法（1）集中器或復用器（2）公用信道法多點接入技術（1）隨機接入（2）

受控接入

集中器公用信道法2.1數據通信基礎（1）隨機訪問方式隨機訪問方式：CSMA/CDCSMA(CarrierSenseMulti-Access):網路上任何節點都沒有預定的發起通信的時間，節點隨機向網絡發起通信。當遇到多個節點同時發起通信時，信號會在傳輸線上相互混淆而遭破壞，稱為產生“沖突”。為盡量避免由于競爭引起的沖突，每個節點在發送信息之前，都要偵聽傳輸線上是否有信息在發送，這就是“載波偵聽”。8.介質的訪問控制方式2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式（1）隨機訪問方式

隨機訪問方式：CSMA/CDCD(CollisionDetection)由于傳輸線上不可避免地存在傳輸延遲，有可能多個站同時偵聽到線上空閑并開始發送，從而導致沖突。故每個節點在開始發送信息之后，還要繼續偵聽線路，判定是否有其他節點正與本節點同時向傳輸介質發送，一旦發現，便中止當前發送，這就是“沖突檢測”。2.1數據通信基礎（1）隨機訪問方式CSMA/CD發送數據流程(1)當某個節點要發送數據，先偵聽媒體，判斷是否有信號在傳輸；(2)如果有信號傳輸，轉(1)，繼續偵聽；(3)如果媒體上無信號傳輸，發送數據，同時對媒體繼續監聽；(4)如果發出信息與監聽信息一致，則認為無沖突，數據正確發送，完成發送任務；(5)如果發送數據與監聽信息不一致，則認為發生沖突，立即中止發送過程，并向媒體發送“沖突強化”信號，使其他節點感知沖突，本節點計算發送失敗的次數；(6)如果發送失敗的次數小于某個閥值，按二進制指數退避算法生成等待時間值，等待一定時間，轉(1)，重新發送；(7)如果發送失敗的次數大于某個閥值，停止發送嘗試，通知用戶，產生網絡錯誤。8.介質的訪問控制方式2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式（1）隨機訪問方式

CSMA/CD接收數據流程網絡上每個節點都監聽媒體，若有信號傳輸，則收集信息并組成幀；然后，節點分析和判斷幀中的接收地址；如果接收地址是本地地址，復制接收該幀；否則，丟棄該幀。

CSMA/CD控制方式的數據發送具有廣播的特點，網絡上所有節點可以接收同一信息。對于指定地址的數據幀，只有一個節點可以復制和接收該幀。CSMA/CD可歸結為四句話：

發前先偵聽，空閑即發送，邊發邊檢測，沖突時退避。2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式（1）隨機訪問方式CSMA的類型一、不堅持CSMA

假如監聽的結果表明介質是空閑的，則發送。假如介質是忙的，則等待一段隨機時間，再重新監聽。二、1堅持CSMA

假如介質是空閑的，則發送。假如介質是忙的，繼續監聽，直到介質空閑，立即發送。假如沖突發生，則等待一段隨機時間，繼續監聽。

三、P堅持CSMA

假如介質是空閑的，則以一定的概率P堅持發送，或以（1-P）的概率延遲一個時間單位后再聽。這個時間單位等于最大的傳輸延遲。假如介質是忙的，繼續監聽直到介質空閑，再以一定的概率P堅持發送。2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式（2）受控訪問方式輪叫輪詢和傳遞輪詢一、輪叫輪詢(roll-callpolling)由主機預先確定的順序輪流向各站發送查詢或其他信息，并接收各站發來的信息。輪叫輪詢采用多點線路。二、傳遞輪詢(hubpolling)它將控制權按順序從一個站到另一個站。這一方法實際上就是令牌傳遞環所采用的方法，不過這里采用的是主機集中控制。輪叫輪詢采用多點線路或具有控制站的環形拓撲結構。2.1數據通信基礎8.介質的訪問控制方式受控訪問方式：令牌訪問控制方式ADFEBC令牌環BAFEDC完成功能：令牌傳遞算法邏輯環的初始化（啟動、超時）站插入算法退出環路出錯恢復令牌總線令牌環（IEEE802.5）拓撲結構：點到點鏈路連接，構成閉合環。2.1數據通信基礎9.CRC校驗循環冗余校驗循環冗余校驗（cyclicredundancycheck,CRC)對傳輸序列進行一次規定的除法操作，將除法操作的余數附加在傳輸信息的后邊。在接收端，也對收到的數據做相同的除法。如果接收端除法得到的結果其余數不是零，就表明發生了錯誤。基于除法的循環冗余檢驗，其計算量大于奇偶校驗與求和校驗，它能夠檢測出大約99.95%的錯誤。2.5傳輸差錯及其檢測與校正數據通信基礎2.循環冗余校驗的工作原理循環冗余校驗原理圖發送方接收方發送的數據f(x)實際發送數據字段校驗字段接收的數據f′(x)生成多項式G(x)如果接收正確如果接收出錯f(x)：比特序列作為多相式的系數G(x)：生成多項式k：為生成多項式的最高次冪CRC生成多項式G(x)：由協議規定．國際標準中有：CRC-12:G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16:G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT:G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32:G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+12.1數據通信基礎9.CRC校驗2.5傳輸差錯及其檢測與校正數據通信基礎2.傳輸差錯的檢測CRC生成多項式G(x)：由協議規定．國際標準中有：CRC-12:G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16:G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT:G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32:G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1解：待校驗數據為110011（6比特）生成多相式為比特序列為：1101（4比特，k=3）將待校驗數據比特序列乘以23，則產生的乘積為110011000將乘積用生成多項式比特序列去除，按模二算法應得到余數為：001將余數比特序列加到乘積中:001+110011000=110011001

如果在數據傳輸中沒有錯誤,那么接收端收到的帶有CRC校驗碼的接收數據比特序列一定能被相同的多項式整除,如不能被整除則表明有錯誤。例：待校驗數據為110011。CRC多項式為，寫

出循環冗余碼的計算和校驗過程。模二算法與算數算法類似，但減法不借位，加法不進位，相當于異或。思考題：1、畫出通信系統的組成，并對系統各個組成部分功能進行簡單介紹。2、可靠性指標的概念？介質帶寬、信道容量和信噪比的概念？信噪比對信道容量的影響？3、信號的傳輸模式有哪三種？他們各自的定義和特點是什么？4、待校驗數據為101011。CRC多項式為G(x)=x3+x2+1;寫出循環冗余碼的計算和校驗過程。2.1數據通信基礎2.2現場控制網絡控制網絡屬于一種特殊類型的計算機網絡。控制網絡技術與計算機網絡技術有著千絲萬縷的聯系，也受到計算機網絡，特別是互聯網、局域網技術發展的影響，有些局域網技術可直接用于控制網絡。但由于控制網絡大多工作在生產現場，從節點的設備類型、傳輸信息的種類、網絡所執行的任務、網絡所處的工作環境等方面，控制網絡都有別于各式計算機所構成的信息網絡。

2.2現場控制網絡1.現場控制網絡的節點除了普通PC或其他種類的計算機、工作站可以作為控制網絡的節點外，控制網絡的節點大都是具有計算與通信能力的測量控制設備。控制器PC操縱臺輸出設備監控設備執行機構開關傳感器2.2現場控制網絡2、現場控制網絡的任務控制網絡以具有通信能力的傳感器、執行器、測控儀表作為網絡節點，以現場總線為通信介質，連接成開放式、數字化、多節點通信，完成測量控制任務的網絡。控制網絡要將現場運行的各種信息傳送到遠離現場的控制室，在把生產現場設備的運行參數、狀態以及故障信息等送往控制室同時，又將各種控制、維護、組態命令等送往位于現場的測量控制現場設備，起著現場級控制設備之間的數據聯系與溝通的作用。

控制網絡要面臨工業生產的強電磁干擾，面臨各種機械震動，面臨嚴寒酷暑的野外工作環境，要求控制網絡能適應這種惡劣的工作環境。控制網絡肩負的特殊任務和工作環境，使其具有許多不同于計算機網絡的特點：控制網絡的數據傳輸量相對較少，傳輸速率相對較低，多為短幀傳送。要求通信傳輸的實時性強，可靠性高。2.2現場控制網絡控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足對控制的實時性要求。實時控制對某些變量的數據往往要求準確定時刷新，控制作用必須在一定時限內完成，或者相關的控制動作一定要按事先規定的先后順序完成。這種對動作時間有嚴格要求的系統稱為實時系統。實時系統又可分為硬實時和軟實時兩類。普通計算機網絡：非確定性(nondeterministic)網絡控制網絡：確定性(deterministic)網絡3.控制網絡的實時性要求

1.網絡傳輸技術廣播式網絡：僅有一條通信信道，由網絡上的所有機器共享。點到點網絡：由一對一機器之間的多條連接構成。2.局域網按覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網絡可以分為局域網、城域網和廣域網。局域網的技術特點覆蓋有限的地理范圍，適用于公司、機關、校園、工廠等有限范圍內的計算機、終端與各類信息處理設備連網的需求；提供高數據傳輸速率（10Mb/s～10Gb/s）、低誤碼率的高質量數據傳輸環境；一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；2.3網絡硬件3.城域網的技術特點城域網是介于廣域網與局域網之間的一種高速網絡；城域網設計的目標是要滿足幾十公里范圍內的大量企業、機關、公司的多個局域網互連的需求；城域網在技術上與局域網相似。4.廣域網的技術特點廣域網也稱為遠程網；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；覆蓋一個國家、地區，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網絡；主要使用分組交換技術；它將分布在不同地區的計算機系統互連起來，達到資源共享的目的。5.無線網6.互聯網2.3網絡硬件基本概念網絡互連是將分布在不同地理位置的網絡、網絡設備連接起來，構成更大規模的網絡系統，以實現網絡的數據資源共享。相互連接的網絡可以是同種類型的網絡，也可以是運行不同網絡協議的異型系統。在相互連接的網絡中，每個子網成為網絡的一個組成部分，每個子網的網絡資源都應該成為整個網絡的共享資源，可以為網上任何一個節點所享用。同時，又應該屏蔽各子網在網絡協議、服務類型、網絡管理等方面的差異。網絡互連技術能實現更大規模、更大范圍的網絡連接，使網絡、網絡設備、網絡資源、網絡服務成為一個整體。

2.4網絡互聯2.網絡互連規范IEEE802.1—通用網絡概念及網絡體系結構描述等。IEEE802.2—邏輯鏈路控制IEEE802.3—CSMA/CD總線訪問方法與物理層技術規范IEEE802.4——TokenBus訪問方法與物理層技術規范IEEE802.5——TokenRing訪問方法與物理層技術規范IEEE802.6——城域網的訪問方法與物理層技術規范IEEE802.7——寬帶局域網IEEE802.8——光纖局域網（FDDI）IEEE802.9——ISDN局域網IEEE802.10——網絡的安全IEEE802.11——無線局域網IEEE802.12:100VG-AnyLAN訪問控制方法與物理層規范IEEE802.14:協調混合光纖同軸(HFC)網絡的前端和用戶站點間數據通信的協議。IEEE802.15:無線個人網技術標準，其代表技術是藍牙(Bluetooth)。IEEE802.16：寬帶無線MAN標準－WiMAX2.4網絡互聯3.網絡互連和操作系統局域網操作系統是實現計算機與網絡連接的重要軟件。局域網操作系統通過網卡驅動程序與網卡通信實現介質訪問控制和物理層協議。Netware,WindowsNTServer,LANManager都是局域網操作系統的范例。4.現場控制網絡互聯現場控制網絡通過互聯實現不同網段之間的網絡連接與數據交換，包括在不同傳輸介質、不同速率、不同通信協議的網絡實現互聯。一般同種總線的網段采用中繼器或網橋實現連接與擴展；不同類型的現場總線網段之間采用網關實現互聯。2.4網絡互聯1.中繼器中繼器又稱重發器，屬于物理層的網絡互聯設備，中繼器的主要作用是延長電纜或光纜的傳輸距離，也可用于增加網段上掛接的節點數量。有電信號中繼器和光信號中繼器。中繼器是一個再生器而不是放大器。2.5網絡互聯設備2.網橋網橋屬于作用在物理層和數據鏈路層的存儲轉發設備，在兩個相同類型的網段之間進行幀中繼。網橋用于在局域網中連接同一類型的不同網段，互連采用不同傳輸速率、不同傳輸介質的網絡。網橋具備尋址與路徑選擇的功能。2.5網絡互聯設備2.網橋網橋與中繼器的區別在于，網橋具有使不同網段之間的通信相互隔離的邏輯，或者說網橋是一種聰明的中繼器。中繼器不處理報文，不能理解報文中的任何東西，只是簡單地復制信號。而網橋除了對數據幀進行差錯校驗外，它還知道相鄰段的地址，并基于這些地址實行包過濾。2.5網絡互聯設備3.路由器路由器工作在物理層、數據鏈路層和網絡層，它比中繼器和網橋更復雜一點，并包含有軟件。路由器在具有獨立地址空間、不同數據速率和傳輸媒體的網段間存儲轉發信號。路由器所連接的所有網段，其協議是一致的。2.5網絡互聯設備4.網關網關又被稱為網間協議變換器，用于實現不同