控制網絡與網路互連現(xiàn)場總線控制網絡與計算機網絡現(xiàn)場總線控制網絡：把具備數字計算、處理與通信能力的自控設備通過現(xiàn)場總線連接組成的網絡系統(tǒng)節(jié)點：各類自控設備計算機網絡：各類計算機為網絡節(jié)點，采用傳輸線路和網絡互連設備連接，資源共享。WAN、MAN、LAN聯(lián)系：現(xiàn)場總線控制網絡：特殊計算機網絡；受互聯(lián)網、局域網技術發(fā)展影響；一般為局域網。區(qū)別：控制網絡工作在生產現(xiàn)場，節(jié)點的設備類型、傳輸信息的種類、網絡執(zhí)行的任務、網絡環(huán)境不同現(xiàn)場總線控制網絡的節(jié)點：具有計算、通信能力的測控設備計算處理能力不如普通計算機現(xiàn)場總線控制網絡的任務：將現(xiàn)場運行的信息傳送到遠離現(xiàn)場的控制室；控制、維護、組態(tài)命令送往位于現(xiàn)場的測控設備；現(xiàn)場設備的數據聯(lián)系與溝通；與操作終端、上層管理網絡的數據連接和信息共享?，F(xiàn)場總線控制網絡的工作環(huán)境：強電磁干擾；機械振動；野外工作環(huán)境；自控設備千差萬別，實現(xiàn)控制網絡的互聯(lián)與互操作困難?，F(xiàn)場總線控制網絡的要求：實時性、可靠性測量控制作用：時限性系統(tǒng)動作：順序正確實時系統(tǒng)：硬實時、軟實時分布式實時系統(tǒng)，實時任務在不同節(jié)點上周期性進行，通過任務的實時調度，使網絡通信具有確定性?，F(xiàn)場總線對OSI通信參考模型的簡化簡化原因：控制網絡：工業(yè)數據通信的底層；各類測控設備零散分布在較大范圍，構成控制網絡；單個節(jié)點面向控制的信息量不大，信息傳輸任務簡單；實時性、快速性要求高七層模式：層間操作與轉換復雜，網絡接口造價、時間開銷高。降低成本，滿足實時性。P47圖3.3OSI與部分控制網絡通信參考模型的對應關系H1:基金會現(xiàn)場總線FF,物理層、數據鏈路層、應用層（2個子層），增加用戶層（網絡管理、系統(tǒng)管理）HSE:FF基金會定義的高速以太網， H1的高速網段，物理層---傳輸層的分層模型與以太網相似，應用層、用戶層與H1相當PROFIBUS:IEC標準子集之一物理層、數據鏈路層、應用層、用戶層LonWorks:全部七層通信協(xié)議，通用控制網絡CAN：ISO11898標準，物理層、數據鏈路層圖3.4網絡互連設備四類型網絡互連設備:局域網內部擴展時使用

1.中繼器（用于局域網內部擴展；工作在物理層，對信號進行再生、放大。） 2.網橋（用于局域網內部擴展，智能化的中繼器；能解析數據幀的地址，隔離故障，工作在數據鏈路層）用于LAN之間，LAN與WAN之間，或WAN和WAN之間互連；

3.路由器（可以連接不同類型的網絡；具有路由功能；工作在網絡層）4.網關（可以連接使用不同協(xié)議體系結構的網絡;工作在應用層;沒有通用網關）中繼器物理層作用：對報文信號整形放大、按數據位重新復制。延長電纜傳輸距離，增加網段上掛接的節(jié)點數量；不以任何方式改變網絡功能；不同于放大器，是再生器；位置：在尚可以辨認出信號原有含義的地方。網橋物理層和數據鏈路層的存儲轉發(fā)設備；在局域網中連接同一類型的不同網段（傳輸媒介、電氣接口、數據速率可不同，網絡協(xié)議和地址相同）；尋址、路徑選擇：重生信號，檢查目的地址，選擇正確路徑，送到地址所屬網段。例：圖3.6智能中繼器，包過濾。網絡互連中的路由器

路由器亦稱選徑器，是在網絡層上實現(xiàn)互連的設備，與網橋相比，具有更強的互連功能和更大的靈活性。工作方式與特點：路由器：連接具有獨立地址空間、不同數據速率、傳輸媒介網段，協(xié)議一致。遠程局域網互連時往往被選用。利用路由器連接，可使局域網間存在多條路由通路。網絡出現(xiàn)少量路由器或傳輸鏈路故障時，不影響通信網絡的正常工作。路由器基于路由器的通信網絡中，任意兩點之間存在多條傳輸路徑，所以路由器包含相應的軟件（路由算法），根據網絡的當前狀態(tài)，在若干路徑中選擇一條最好的傳輸路徑。路由是OSI第三層的功能，路由器屬于第三層的設備路由器的TCP/IP模型提供信源到信宿的連接網絡接口層物理層互聯(lián)網層傳輸層應用層網絡接口層物理層互聯(lián)網層傳輸層應用層網絡接口層物理層互聯(lián)網層設備A設備B路由器網關網關又稱網間連接器、協(xié)議轉換器。在傳輸層以上實現(xiàn)網絡互連，屬于應用層的設備。通常是安裝在路由器內部的軟件。它的功能體現(xiàn)在OSI模型的最高層，對協(xié)議進行轉換，以便在兩個不同網絡之間進行通信（協(xié)議不同、體系結構不同）。網絡接口層物理層互聯(lián)網層傳輸層應用層網絡接口層物理層互聯(lián)網層傳輸層應用層網絡接口層物理層互聯(lián)網層設備A設備B網關傳輸層應用層網關網關可以轉換的應用層協(xié)議包括：電子郵件傳輸協(xié)議（SMTP，MIME）文件傳輸協(xié)議（FTP，TFTP，NFS）遠程登錄協(xié)議（TELENT，rlogin）網關可以轉換的傳輸層協(xié)議包括：TCP、UDP網關網關還可以用于不同體系結構的網絡互連。不同公司的網絡體系結構SNA（SystemNetworkArchitecture）——IBM公司DNA（DigitalNetworkArchitecture）——Digital公司BNA(BurroughsNetworkArchitecture)——寶來機器公司DSA(DistributedSystemsArchitecture)——Honeywell公司NetWare網絡——Novell公司例如：IBM公司的SNA網絡與Novell公司的NetWare網絡互連。連接SNA網與NetWare網的一個網關根據通信雙方協(xié)議和體系結構的不同，對應特定的網關。不存在通用網關。傳輸媒介有線媒介：使用物理導體來傳輸信號雙絞線同軸電纜光纖電纜無線媒介：將信號通過空氣進行傳輸無線電波微波衛(wèi)星性能比較：費用，傳輸速度，信號衰減，電磁干擾，安全性網絡傳輸媒介的性能1）傳輸介質的頻率特性幅頻特性相頻特性如通信信號的頻率在信道帶寬范圍內，傳輸信號基本不失真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）介質帶寬傳輸介質能通過的物理信號的頻率范圍有限同軸電纜帶寬>雙絞線帶寬越大，傳輸能力越強信號頻譜、信號帶寬圖3.15介質帶寬與信號畸變信道容量：限制數據傳輸速率3）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；信道容量計算公式增加信噪比、帶寬4）導線傳輸介質的性能參數特征阻抗：直徑、相對距離、絕緣類型現(xiàn)場總線電纜，電氣參數要求網絡傳輸介質的訪問控制目的：解決同一時間多個設備同時發(fā)起通信，引起爭用傳輸介質，總線仲裁。計算機網絡：載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，隨機訪問方式；現(xiàn)場總線系統(tǒng)：確定性（時間、順序），主/從、令牌、時分復用主從通信一個主節(jié)點，多個從節(jié)點；主節(jié)點：控制該網段上所有通信連接；主節(jié)點：對從節(jié)點依次逐一輪詢，周期性報文傳輸；主節(jié)點呼叫發(fā)送—主節(jié)點暫?！獜墓?jié)點應答—從節(jié)點暫停主節(jié)點在規(guī)定時間內未收到應答信號，不等待，下一次呼叫。載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測

（CSMA/CD）節(jié)點隨機發(fā)起通信；沖突—多個節(jié)點同時發(fā)起通信，信號在傳輸線上混淆遭破壞；載波監(jiān)聽—每個節(jié)點在發(fā)送信息前，偵聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送；沖突檢測—節(jié)點發(fā)送信息之后，繼續(xù)偵聽，判讀是否沖突，發(fā)現(xiàn)，中止當前發(fā)送,向總線發(fā)擁塞信號，通知各個節(jié)點；總線上傳輸數據破壞先聽再講。避免沖突：發(fā)送等待，堅持退避算法1）不堅持CSMA；2）1堅持CSMA；3）P堅持CSMA節(jié)點自主隨機發(fā)起通信，非確定性載波監(jiān)聽多路訪問/逐位仲裁相同點：使用CSMA，先聽再講，各節(jié)點自主隨機發(fā)起通信；不同點：出現(xiàn)多路同時訪問，仲裁機制。將節(jié)點按通信實時性要求緊急程度劃分優(yōu)先級，編號；沖突發(fā)生時，優(yōu)先級較低的節(jié)點主動退出發(fā)送，最高優(yōu)先級節(jié)點不受影響繼續(xù)傳送數據，總線上傳輸數據不破壞。CAN總線令牌令牌：獲得介質訪問權的標志，獲得令牌---發(fā)起通信，避免多個節(jié)點同時發(fā)；令牌環(huán)：環(huán)形局域網。令牌在環(huán)路上順次傳，一個節(jié)點發(fā)送，其它節(jié)點允許接收；令牌總線：網上各節(jié)點按預定順序形成邏輯環(huán)；數據傳輸階段+令牌傳送階段交替。時分復用（TDM）為每個節(jié)點預先分配一段特定的