智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)智能化網(wǎng)聯(lián)化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

主講人：導(dǎo)入

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將某一空間內(nèi)分散的、獨(dú)立的計算機(jī)相互連接的集合。這一空間可以是很大，也可以很小。大的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間，可以從地球表面到周圍的人造衛(wèi)星，如全球互聯(lián)網(wǎng)；小的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間可以容納在一個汽車內(nèi)，如車載網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成

一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件組成。網(wǎng)絡(luò)硬件由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和連接節(jié)點的傳輸介質(zhì)組成。網(wǎng)絡(luò)軟件由節(jié)點軟件和網(wǎng)絡(luò)軟件組成。

（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點簡稱節(jié)點，也是網(wǎng)絡(luò)中的單元。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都具有計算機(jī)最基本功能。節(jié)點可以分為終端節(jié)點、服務(wù)節(jié)點和混合節(jié)點。

終端節(jié)點一般是網(wǎng)絡(luò)終端的計算機(jī)，其功能主要是產(chǎn)生、發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。

服務(wù)節(jié)點一般是支持和控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)處理和通信設(shè)備，如服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、集線器等。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的；一類是無線的。有線傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙膠線和光纖；無線傳輸介質(zhì)主要有無線電波和紅外線。

（3）節(jié)點軟件

不同的節(jié)點，需要安裝不同的節(jié)點軟件支持才能運(yùn)行。例如，個人計算機(jī)需要相應(yīng)的操作系統(tǒng)才能工作，才能運(yùn)行各種應(yīng)用軟件。工業(yè)或車載網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都需要安裝為此開發(fā)的軟件才能工作。

（4）協(xié)議軟件

不同的網(wǎng)絡(luò)，需要不同的協(xié)議軟件支持才能運(yùn)行。所謂協(xié)議軟件就是支持網(wǎng)絡(luò)“交通規(guī)則”的軟件。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以按不同角度進(jìn)行分類，如可以按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍分類、按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類、按網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)所處的地位分類等。1、按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍分類

由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和計算機(jī)之間互聯(lián)距離不同，所采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳輸技術(shù)也不同，因而形成不同的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。一般可以分為三種類型。局域網(wǎng)（LocateAreaNetwork，LAN）：網(wǎng)絡(luò)地理覆蓋范圍有限，大約在幾米至幾千米，覆蓋范圍一般是一個部門、一棟建筑物、一個校園、一個公司、一輛轎車內(nèi)。局域網(wǎng)組網(wǎng)方便、靈活，傳輸速率較高。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)：也稱遠(yuǎn)程網(wǎng)，作用范圍大約大幾十至幾千千米。它可以覆蓋一個國家或地區(qū)，甚至可以橫跨幾個洲，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)。廣域網(wǎng)內(nèi)用于通信的傳輸裝置和介質(zhì)，一般是由電信部門提供，網(wǎng)絡(luò)由多個部門或多個國家聯(lián)合組建而成，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，能實現(xiàn)較大范圍的資源共享。因特網(wǎng)就是典型的廣域網(wǎng)。城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)：網(wǎng)絡(luò)作用范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，約為幾十千米。城域網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)常常要滿足一個城市范圍內(nèi)大量的企業(yè)、公司、機(jī)關(guān)、學(xué)校、住宅區(qū)等多個局域網(wǎng)互聯(lián)的需求。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類2、按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在物理分布和互聯(lián)關(guān)系上的幾何構(gòu)型。按計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可將網(wǎng)絡(luò)分為：總線型網(wǎng)、星型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、樹型網(wǎng)。如圖1-1所示。圖1-1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖（1）總線型如圖1-1（a）所示?？偩€結(jié)構(gòu)中，各節(jié)點通過一個或多個通信線路與公共總線連接。總線型結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)展容易。網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點的故障都不會造成全網(wǎng)的故障，可靠性較高。（2）星型如圖1-1（b）所示。星型的中心節(jié)點是主節(jié)點，它接收各分散節(jié)點的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)節(jié)點，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。星型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)簡單，建網(wǎng)容易，但可靠性差，中心節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，一旦出現(xiàn)故障則全網(wǎng)癱瘓。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類（3）環(huán)型如圖1-1（c）所示。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點計算機(jī)連成環(huán)型就成為環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。環(huán)路上，信息單向從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點，傳送路徑固定，沒有路徑選擇問題。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)簡單，適應(yīng)傳輸信息量不大的場合。由于信息從源節(jié)點到目的節(jié)點都要經(jīng)過環(huán)路中的每個節(jié)點，任何節(jié)點的故障均導(dǎo)致環(huán)路不能正常工作，可靠性較差。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類（4）樹型如圖1-1（d）所示。樹型網(wǎng)絡(luò)是分層結(jié)構(gòu)，適用于分級管理和控制系統(tǒng)。與星型結(jié)構(gòu)相比，樹型網(wǎng)絡(luò)通信線路長度較短，成本低，易推廣，便結(jié)構(gòu)較星型復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)中，除葉節(jié)點極其邊線外，任一節(jié)點或連線的故障均影響其所在支路網(wǎng)絡(luò)的正常工作。（5）網(wǎng)狀型如圖1-1（e）所示。又稱為不規(guī)則型，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的連接沒有一定的規(guī)則，一般當(dāng)節(jié)點地理分散，而通信線路是設(shè)計中主要考慮因素時，采用不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)。目前，實際存在的廣域網(wǎng)，大都采用這種結(jié)構(gòu)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類總線型網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)展容易，可靠性高等許多優(yōu)點，是工業(yè)計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)和汽車車載網(wǎng)絡(luò)的常用網(wǎng)絡(luò)，因此，在工業(yè)和汽車行業(yè)里，習(xí)慣將總線型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡稱為“總線”，例如“汽車總線技術(shù)”、“工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)”等。有時將“總線”等同“網(wǎng)絡(luò)”，例如“汽車總線技術(shù)”和“汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”的意義基本是相同的。在汽車行業(yè)里，一般習(xí)慣將單純的總線型網(wǎng)絡(luò)稱為“總線”，將多個不同的“總線”聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)稱為“網(wǎng)絡(luò)”。三、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間需要不斷地交換數(shù)據(jù)信息和控制信息，要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個節(jié)點都必須遵循一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確地規(guī)定了所交換數(shù)據(jù)的格式和時序。這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定和標(biāo)準(zhǔn)稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成。語法：用于確定協(xié)議元素的格式，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式。語義：用于確定協(xié)議元素的類型，即規(guī)定了通信雙方需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作，以及做出何種應(yīng)答。時序：用于確定通信速度的匹配和時序，即對事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議從語法和語義上定義了數(shù)據(jù)信息交換的規(guī)則和過程，從時序上定義了通信雙方通信速度的匹配?？傊?，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通信雙方共同遵守的通信語義、語法和時序的集合。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)實生活中人們處理一些復(fù)雜問題時，通常采用層次化的解決方法。例如文字通信，它是為社會成員之間傳遞信息服務(wù)的。社會是一個很大的網(wǎng)絡(luò)，每一位社會成員都是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，都可以與他人通過郵局通信。例如，如圖1-2所示，甲要向乙發(fā)一封保密信，甲用母語先寫出信的內(nèi)容（語言1）；交密碼員翻譯為密碼信（語言2）；裝入信封封口，寫在信封上寫上收信人的地址；交給當(dāng)?shù)剜]局1，郵局1按最捷徑的郵遞路線將信件傳送到目的郵局8；郵局8將信件送達(dá)收信人處，；乙收到密碼信（語言2）后，拆封，交密碼員翻譯為母語（語言1），然后閱讀，獲知甲傳來的消息。圖1-2郵政服務(wù)的層次模型圖計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以上面信息的傳送過程，按層次分析如下：第1層為郵遞層，為了使信件準(zhǔn)確到達(dá)收信人處，郵遞層要建立郵局網(wǎng)絡(luò)，其中包括家庭和社會單位的地址。郵局要選擇最佳郵遞路線，或在最佳郵遞路線受阻時，選擇次佳郵遞路線，最終將郵件傳遞到目的郵局。郵局只負(fù)責(zé)信件的快速和準(zhǔn)確郵遞，不管信件的內(nèi)容。第2層為封裝層，發(fā)信人要用規(guī)定的信封封裝信件，并按規(guī)定的格式書寫收信人的地址，郵局才能準(zhǔn)確將信件送達(dá)到收信人處。第3層為編譯層，編譯層的人會書寫同一種母語和同一種密碼。第4層為交流層，交流層的人是真正需要表達(dá)和接受信息的人。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)我們將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這種層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。不同系統(tǒng)中的相同層實體叫對等實體，對等實體間通信須遵守同層協(xié)議。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有不同的層次結(jié)構(gòu)模型，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）為網(wǎng)絡(luò)通信定義了一個參考模型，稱為開放式系統(tǒng)互連參考模型（OSI），簡稱OSI模型。如圖1-3所示，OSI的體系結(jié)構(gòu)定義了一個7層模型，從下到上分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖1-3OSI的體系結(jié)構(gòu)模型

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下面以O(shè)SI模型為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)送電子郵件，從最高層向下解釋各層的功能。第7層：應(yīng)用層應(yīng)用層包括電子郵件、文件傳輸、文件管理、遠(yuǎn)程訪問文件和打印機(jī)和終端仿真等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。電子郵件的輸入一般用母語。第6層：表示層表示層的主要功能就是將報文轉(zhuǎn)換成某種能被各種入網(wǎng)計算機(jī)及運(yùn)行的應(yīng)用程序相互理解的約定格式，即在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的翻譯。對電子郵件來說，表示層協(xié)議的功能就是要將電子郵件的母語代碼翻譯為約定格式的數(shù)碼格式。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第5層：會話層會話層不參與具體的傳輸，是在不同計算機(jī)上的進(jìn)程之間建立通信會話，功能包括建立、維護(hù)、同步、管理通信實體間的對話以及訪問身份驗證等。發(fā)送電子郵件要輸入目的郵箱的地址，與目的郵箱的網(wǎng)站建立聯(lián)系。第4層：傳輸層傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文。傳輸層按照網(wǎng)絡(luò)一次能處理的最大數(shù)據(jù)包對數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，形成分組報文。傳輸層協(xié)議同時對報文流量進(jìn)行控制或根據(jù)接收數(shù)據(jù)的快慢程度規(guī)定適當(dāng)?shù)陌l(fā)送速率。文件較大的電子郵件的二進(jìn)制數(shù)據(jù)要進(jìn)行分割，形成分組報文。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第3層：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)的連接和解除。通過路徑選擇將電子郵件從最合適的路徑由發(fā)送端傳送到接收端，同時還要防止信息流量過大造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。第2層：數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸單位是數(shù)據(jù)幀，每幀的數(shù)據(jù)是由一個或若干字節(jié)（每位字節(jié)含8位二進(jìn)制數(shù)）組成，因此要將報文一幀一幀的發(fā)送。數(shù)據(jù)鏈路層對要傳輸?shù)膸黾油叫畔?、校驗信息、地址信息等，封裝成數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議同時控制的數(shù)據(jù)幀的傳輸順序、差錯檢測與控制、數(shù)據(jù)流量控制等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第1層：物理層物理層確定傳輸電子郵件（其他數(shù)據(jù)也相同）二進(jìn)制脈沖信號的傳輸方式、脈沖信號的電壓參數(shù)；確定物理連接（接口）的結(jié)構(gòu)方式；在物理層中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇潜忍?bit)。在車載網(wǎng)絡(luò)中，由于要傳輸?shù)男畔⒋蠖嗍莻鞲衅?、?zhí)行器和開關(guān)信息，數(shù)據(jù)較短，同時由于網(wǎng)絡(luò)多采用總線型，所以車載網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)相對簡單一些，主要包括兩大部分，一是通信部分，二是網(wǎng)絡(luò)管理部分，采用的體系結(jié)構(gòu)對應(yīng)OSI模型中的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈層和物理層。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)四、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳輸需要有“傳輸媒體”，即傳輸介質(zhì)。常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)可分為兩類：一類是有線的；一類是無線的。有線傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙膠線和光纖；無線傳輸介質(zhì)主要有無線電波和紅外線。1.同軸電纜同軸電纜曾經(jīng)是局域網(wǎng)中使用最普遍的一種線纜，它的典型特點是傳輸距離長、抗干擾性強(qiáng)。同軸電纜主要用于總線型網(wǎng)絡(luò)中。閉路電視的傳輸電纜就是同軸電纜。同軸電纜如圖1-4所示，同軸電纜的中心是銅線。由于同軸電纜一般用來傳輸高頻電信號，因此，銅線和屏蔽銅絲網(wǎng)之間要有一定的間距，其中充填的絕緣層對高頻電磁場的損耗要求很低。屏蔽銅絲網(wǎng)起屏蔽作用，減小電磁波外泄。最外層是保護(hù)絕緣層。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)圖1-4同軸電纜計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)2、雙膠線雙膠線由相互絞合在一起的線對組成，如圖所示。為制作網(wǎng)線時便于區(qū)分，每條線都標(biāo)有不同的顏色。雙膠線是目前組建局域網(wǎng)時最常用的一種線纜。圖1-5（a）所示的網(wǎng)線是由四對雙膠線組成；圖1-5（b）為普通雙絞線；圖1-5（c）為帶屏蔽銅絲網(wǎng)的雙絞線。車載網(wǎng)絡(luò)總線常用普通雙膠線或帶屏蔽銅絲網(wǎng)的雙絞線。圖1-5雙膠線（a）四對雙絞線的網(wǎng)線（b）普通雙絞線（c）帶屏蔽銅絲網(wǎng)的雙絞線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)3、光纖光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，光纖是一種細(xì)小、柔韌并能傳輸信號的傳輸介質(zhì)，相對于其他傳輸介質(zhì)來說，光纖具有傳輸距離長、傳輸速率高、安全性好等特點。主要適用于長距離、大容量、高速度的場合，如大型網(wǎng)絡(luò)的主干線和大容量的信息傳輸?shù)?。光纖的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，光纖的光學(xué)纖芯是很細(xì)的單根圓形光學(xué)材料，光學(xué)材料分光學(xué)玻璃和光學(xué)塑料等，車載網(wǎng)絡(luò)的光纖纖芯是用塑料光纖芯（POF）。纖心外是反射涂層，光線在纖芯和反射涂層的接觸界面形成全反射。反射涂層外是黑色包層，起保護(hù)反射涂層和光隔離的作用。黑色包層外是彩色包層，起保護(hù)和標(biāo)記作用。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)圖1-6光纖的結(jié)構(gòu)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)表1-1雙絞線、同軸電纜和光纖的主要特性傳輸介質(zhì)信號類型最大數(shù)據(jù)傳輸速度最大傳輸距離網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)抗干擾雙絞線數(shù)字1～10Mbit/s0.1km幾十低

同軸電纜(50Ω)數(shù)字30～50Mbit/skm幾百中等

同軸電纜(75Ω)模擬150～180Mbit/s1km幾千較高光纖數(shù)字5Gbit/s1km幾百極高計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用傳輸介質(zhì)4、無線傳輸介質(zhì)無線傳輸主要有無線電波和紅外線等。其中紅外線傳輸數(shù)據(jù)信號的基本速率為1Mb/s,

僅適用于近距離的無線傳輸，而且有很強(qiáng)的方向性；而無線電波的覆蓋范圍較廣，應(yīng)用較廣泛，是常用的無線傳輸媒體。我國一般使用2.4～2.4835MHz頻