《现场总线技术及应用》课件协议模型.ppt

1、第四节第四节 通信系统的协议模型通信系统的协议模型协议：为进行计算机网络中的数据交换而建立的规协议：为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。则、标准或约定的集合。在计算机之间进行通信时，为了使数据准在计算机之间进行通信时，为了使数据准确地送达，必须要有一个通信协议。确地送达，必须要有一个通信协议。在计算机网络中，协议模型是一种层次模型，即协议都是分层的。在计算机网络中，协议模型是一种层次模型，即协议都是分层的。例：邮政系统的分层模型。例：邮政系统的分层模型。在这其中，写信人和收信人在这其中，写信人和收信人都是最终用户，处于最高层；邮都是最终用户，处于最高层；邮局处于用户的下

2、一层，是为用户局处于用户的下一层，是为用户服务的，对于用户而言，他只需服务的，对于用户而言，他只需知道如何按邮局的约定把信写好知道如何按邮局的约定把信写好寄出去就得了，而无需知道邮局寄出去就得了，而无需知道邮局为他服务的，这个过程对用户是为他服务的，这个过程对用户是透明的；运输部门是为邮局服务透明的；运输部门是为邮局服务的，并且负责实际的邮件的运送，的，并且负责实际的邮件的运送，处于邮政系统的最底层。处于邮政系统的最底层。OSI参考模型5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层4.传输层传输层2.数据链路层数据链

3、路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层OSI Reference ModelsOSI Reference Models数据数据 从下面看到，网络中的数据不是从一台主机的第从下面看到，网络中的数据不是从一台主机的第N层直接传送到层直接传送到另一台主机的第另一台主机的第N层，而是每一层都把数据交给它的下一层，直到最层，而是每一层都把数据交给它的下一层，直到最底层，再将数据传送到对方的最底层，再一层层的往上送至第底层，再将数据传送到对方的最底层，再一层层的往上送至第N层。层。网络中不同计算机中同一层的规则称为协议，同一计算机的不同网络中不同计算机中同

4、一层的规则称为协议，同一计算机的不同功能层的通信规则称为接口。功能层的通信规则称为接口。层次结构模型中数据的实际传送过程如图，图中发送进程层次结构模型中数据的实际传送过程如图，图中发送进程送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图中和的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图

5、中和H7、H6、.、H1，统称为报头。到最底层成为由，统称为报头。到最底层成为由“0”或或“1”组成的组成的数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息。加上的控制信息。4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层面向用户应用面向用户应用面向数据传输面向数据传输OSI参考模型一、物理层 大多数物理层协议使用的模型是大多数物理层协

6、议使用的模型是DTE/DCE模型，通模型，通常所说的数据通信，实际上常所说的数据通信，实际上DTE与与DCE间的通信。间的通信。DCE把把DTE传送过来的数据变换为适合网络传输的信号，或传送过来的数据变换为适合网络传输的信号，或反过来，将反过来，将DCE接收到的网络传输信号变换为接收到的网络传输信号变换为DTE数据。数据。这里的这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；

7、DCE(Date Communications Equipment)，指的是数，指的是数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。如自动呼叫应答设备、调制解调器等。常用的常用的DTE/DCE接口有接口有RS-232C、RS-422A、RS-485 RS-232C接口是一种最常用的串行通信接口，下图给接口是一种最常用的串行通信接口，下图给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图，出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图，RS-232C标准接口只控制标准接口只控制DTE与与DCE之间的通信，与连接在之间的通

8、信，与连接在两个两个DCE之间的电话网没有直接的关系。之间的电话网没有直接的关系。RS-232C标准标准接口也可以下图所示用于直接连接两台近地设备，此时接口也可以下图所示用于直接连接两台近地设备，此时既不使用电话网也不使用调制解调器。既不使用电话网也不使用调制解调器。RS-232C的远程连接和近地连接的远程连接和近地连接 RS-232C的机械特性的机械特性 规定使用一个规定使用一个25芯的标准连接器（芯的标准连接器（DB-25），并对该），并对该连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都做了详细说明连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都做了详细说明。RS-232C的功能特性的功能特性 定义了定义了25

9、芯标准连接器中的芯标准连接器中的20根信号线，其中根信号线，其中2根地线、根地线、4根数根数据线、据线、11根控制线、根控制线、3根定时信号线、剩下的根定时信号线、剩下的5根线做备用或末定义。根线做备用或末定义。其中最常用的其中最常用的10根信号的功能特性。根信号的功能特性。表表3.2RS-232C功能特性功能特性引脚号信号线功能说明信号线型连接方向123456782022AABABBCACBBBABCFCDCE保护地线(GND)发送数据(TD)接收数据(RD)请求发送(RTS)清除发送(CTS)数据设备就绪(DSR)信号地线(Sig.GND)载波检测(CD)数据终端就绪(DTR)振铃指示(R

10、I)地线数据线数据线控制线控制线控制线地线控制线控制线控制线DCEDTEDCEDTEDTEDTEDCEDTE 一些生产厂家为一些生产厂家为RS-232C标准的机械特性做了变通的标准的机械特性做了变通的简化，使用了一个简化，使用了一个9芯标准连接器将不常用的信号线舍弃芯标准连接器将不常用的信号线舍弃(1芯的保护地线不用芯的保护地线不用)。RS-232C的连接图的连接图 123456782022RS-232C的的DTE-DCE连接连接 RS-232C的的DTE-DTE连接连接 RS-232C的电气特性的电气特性 规定逻辑规定逻辑“1”的电平为的电平为-15至至-5伏，逻辑伏，逻辑“0”的电平的电平

11、为为+5至至+15伏，也即伏，也即RS-232C采用采用+15伏和伏和-15伏的负逻辑伏的负逻辑电平，电平，+5伏和伏和-5伏之间为过渡区域不做定义。伏之间为过渡区域不做定义。二、数据链路层数据数据源地址源地址帧检测序列帧检测序列类型类型目的地址目的地址可变可变2664XXXXXX XXXXXX由厂商分配给由厂商分配给设备设备由由IEEE分配给分配给厂商厂商(如如:锐捷网锐捷网络络00-D0-F8)前导位前导位MAC 地址地址8单位单位:字节字节 Ethernet II的帧格式三、网络层 网络层的主要任务四、传输层四、传输层，传输层负责端到端的通信，既，传输层负责端到端的通信，既是七层模型中负

12、责数据通信的最高层，又与上面三层为用是七层模型中负责数据通信的最高层，又与上面三层为用户提供各种服务。户提供各种服务。传输层的主要功能 世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可互联，但它们提供的吞量、传输速网等通信子网都可互联，但它们提供的吞量、传输速率、数据延迟通信费用各不相同。对于会话层来说，率、数据延迟通信费用各不相同。对于会话层来说，却要求有一性能恒定的界面。传输层就承担了这一功却要求有一性能恒定的界面。传输层就承担了这一功能。能。

13、五、会话层六、表示层 七、应用层允许接入网络资源应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；提供网络互联在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约对数据进行转换、加密和压缩提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复将比特组装成帧；提供节点到节点方式的传输各层间的联系应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层互联网络层互联网络层网络接口层网络接口层TCP/IP协议 传输控制协议传输控制协议/互连网协议互连网协议TCP/IP是一个使用非

14、常普遍的网是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。络互连标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局协议是美国的国防部高级计划研究局开发的。目前，众多的网络产品厂家都支持开发的。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，协议，TCP/IP已成为一个事实上的工业标准。已成为一个事实上的工业标准。TCP/IP中的协议TCP协议 TCP-传输控制协议 TCP属于面向连接的协议 TCP可以提供可靠的、有序的端到端之间的传输，并且进行流量控制源端口号源端口号(16比特比特)目的端口号目的端口号(16比特比特)顺序号顺序号(32比特比特)应答号应答号(32比特比特)窗口大小窗口大小(16比特

15、比特)校验和校验和(16比特比特)其它其它TCP控制信息（如控制信息（如SYN,ACK等）等）数据数据20网络位网络位主机位主机位10101100 00010000 01111010 11001100 172 16 122 2041286432168421IP 协议 IP协议是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议，这个协议的一个重要构成就是IP地址。IP地址属于网络层地址，用于标识网络中的节点设备。IP地址由32bit构成，每8bit一组，共占用4个字节。为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。IP地址由两部分组成，网络号和主机号，网络号的

16、位数直接决定了可以分配的网络数，主机号的位数则决定了网络中最大的主机数。IP地址的分类A类类:B类类:C类类:D类类:多播组编号多播组编号 E类类:用于实验用于实验NetworkHostHostHostNetwork NetworkHostHostNetwork Network NetworkHost8 比特比特8 比特比特8 比特比特8 比特比特1A类类:0NNNNNNNHostHostHost8 916 1724 2532(1-126)1B类类:10NNNNNNNetworkHostHost8 916 1724 2532(128-191)1C类类:110NNNNNNetworkNetwor

17、kHost8 916 17242532(192-223)1D类类:1110MMMM多播组多播组多播组多播组多播组多播组8 916 17242532(224-239)IP地址的分类私有地址(RFC1918)子网掩码子网掩码用于区分一个IP地址的网络位和主机位将一个IP地址的网络位全置为1，主机位全置为0，这样一个新的地址就是该IP的子网掩码A类：255.0.0.0 /8B类：255.255.0.0 /16C类：255.255.255.0 /24特殊的IP地址 本地回环地址l 127.0.0.1 IP地址的网络位不变,主机位全为0l 192.168.12.0 IP地址的网络位不变,主机位全为1l 192.168.12.255 IP地址的网络位全为0,主机位随意l 0.0.0.23 IP地址的网络位和主机位全为0l 0.0.0.0 IP地址的 网络位和主机位全为1l 255.255.255.255