開(kāi)放系統(tǒng)互連模型

  如果沒(méi)有一套通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能設(shè)備之間的通信，將會(huì)付出昂貴的代價(jià)。

  國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS0提出了開(kāi)故系統(tǒng)互連模型0SI，作為通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的參考模型，它詳細(xì)描述了軟件功能的7個(gè)層次(見(jiàn)圖7-8)。

  1.物理層

  物理層的下面是物理媒體，如雙較線，同軸電纜等，物理層為用戶提供建立、保持和斷開(kāi)物理連接的功能，RS-232C、RS422A/RS485等就是物理層標(biāo)準(zhǔn)的例子。

圖7-8  開(kāi)放系統(tǒng)互連模型國(guó)縣

  2.數(shù)據(jù)鏈路層

  數(shù)據(jù)以頓為單位傳送，每一幀包含一定數(shù)量的數(shù)據(jù)和必要的控制信息，如同步信息、地址信息、差錯(cuò)控制和流最控制信息。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制，數(shù)據(jù)成幀、同步控制等。

  3.網(wǎng)絡(luò)層

  網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是報(bào)文包的分段、報(bào)文包阻塞的處理和通信子網(wǎng)中路徑的選擇。

  4.傳輸層

  傳輸層的信息傳送單位是報(bào)文(Mesage)，它的主要功能是流量控制、差錯(cuò)控制、連接支持，傳輸層向上一層提供一個(gè)可靠的端到端(end-to-end)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。

  5.會(huì)話層

  會(huì)話層的功能是支持通信管理和實(shí)現(xiàn)最終用戶應(yīng)用進(jìn)程之間的同步，按正確的順序收發(fā)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種對(duì)話。

  6.表示層

  在表示層用于應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式變換，如數(shù)據(jù)加密/解密、信息壓縮/解壓和數(shù)據(jù)兼容，把應(yīng)用層提供的信息變成能夠共同理解的形式。

  7.應(yīng)用層

  應(yīng)用層作為OSI的最高層為用戶的應(yīng)用服務(wù)提供信息交換，為應(yīng)用接口提供操作標(biāo)準(zhǔn)。

   IEEE802通信標(biāo)準(zhǔn)

  IEEE(國(guó)際電工與電子工程師學(xué)會(huì))的802委員會(huì)于1982年頒布了一系列計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，總稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。它把0S1參考模型的底部?jī)蓪臃纸鉃檫壿嬫溌房刂茖?LLC)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)和物理傳輸層。前兩層對(duì)應(yīng)于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路盡是一條鏈路(Link)兩端的兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)所共同遵守的規(guī)則和約定。

  IEEE802的媒體訪問(wèn)控制層對(duì)應(yīng)于三種已建立的標(biāo)準(zhǔn)，即帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪向(CSMA/CD)協(xié)議、令牌總線(Token Bus)和令牌環(huán)(Token Ring)。

  1. CSMAVCD

  CSMA/CD通信協(xié)議的基礎(chǔ)是Xerox公司研制的以太網(wǎng)(Ethernet)，各站共享一條廣播式的傳輸總線，每個(gè)站都是平等的，采用競(jìng)爭(zhēng)方式發(fā)送信息到傳輸線上，也就是說(shuō)，任何一個(gè)站都可以隨時(shí)廣播報(bào)文，并為其他各站接收。當(dāng)某個(gè)站識(shí)別到報(bào)文上的接收站名與本站的站名相同時(shí)，便將報(bào)文接收下來(lái)。由于沒(méi)有專門的控制站，兩個(gè)或第個(gè)站可能因同時(shí)發(fā)送信息而發(fā)生沖交，造成報(bào)文作廢，因此必須采取措施來(lái)防止沖突。

  發(fā)送站在發(fā)送報(bào)文之前，先監(jiān)聽(tīng)一下總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送報(bào)文到總線上，你之為“先聽(tīng)后講”。但是這樣做仍然有發(fā)生沖突的可能，因?yàn)閺慕M織報(bào)文到報(bào)文在總線統(tǒng)上傳輸而-段時(shí)間，在這一段時(shí)間中，另一個(gè)站通過(guò)險(xiǎn)聽(tīng)也可能會(huì)認(rèn)為總線空閑并發(fā)送報(bào)文到總線上，這樣就會(huì)因兩站同時(shí)發(fā)送而發(fā)生沖突。

  為了防止沖突，可以采取兩種措施:一種是發(fā)送報(bào)文開(kāi)始的一段時(shí)間，仍然監(jiān)聽(tīng)總線，采用邊發(fā)送邊接收的辦法，把接收到的信息和自己發(fā)送的信息相比較，若相同則繼續(xù)發(fā)送，稱之為邊聽(tīng)邊講”。若不相同則發(fā)生沖突，立即停止發(fā)送報(bào)文，并發(fā)送一段簡(jiǎn)短的沖突標(biāo)志(阻然碼列)。通常把這種“先聽(tīng)后講”和“邊聽(tīng)邊講"相結(jié)合的方法稱CSMA/CD(帶沖突檢測(cè)的載波傾聽(tīng)多路訪問(wèn)技術(shù))，其控制策略是競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送、廣播式傳送、載體監(jiān)聽(tīng)、沖突檢測(cè)、沖突后退和再試發(fā)送;另一種措施是準(zhǔn)備發(fā)送報(bào)文的站先監(jiān)聽(tīng)一段時(shí)間(大約是總線傳輸延時(shí)的2倍)，如具在這段時(shí)間中總線一直空閑，則開(kāi)始作發(fā)送準(zhǔn)備，準(zhǔn)備完畢，真正要將報(bào)文發(fā)送到總線之前，再對(duì)總線作一次短暫的檢測(cè)，若仍為空閑，則正式開(kāi)始發(fā)送。若不空閑，則延時(shí)一段時(shí)間后再重復(fù)上述的二次檢測(cè)過(guò)程。

  CSMA/CD允許各站平等競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)時(shí)性好，適合于工業(yè)自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)在個(gè)人計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中得到了極為廣泛的應(yīng)用，以太網(wǎng)的硬件(如網(wǎng)卡)非常便宜。由于以上原因，以太網(wǎng)在工業(yè)控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。

  2.令牌總線

  IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中的工廠媒質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)是令牌總線，其編號(hào)為802.4。它吸收了GM(通用汽車公司)支持的MAP(Manufuturing Automation Protocol，即制造自動(dòng)化協(xié)議)系統(tǒng)的內(nèi)容。

  在令牌總線中，媒體訪向控制是通過(guò)傳遞一種稱為令牌的特殊標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按照邏輯順序，令牌從一個(gè)裝置傳遞到另一個(gè)裝置，傳遞到最后一個(gè)裝置后，再傳遞給第一個(gè)裝置，如此周而復(fù)始，形成一個(gè)邏輯壞。今牌有空”、忙"兩個(gè)狀態(tài)，令牌網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)山指定站產(chǎn)生一個(gè)空令牌沿邏輯環(huán)傳送，任何一個(gè)夏發(fā)送信息的站都要等到令牌傳給白己，判斷為空令牌時(shí)才發(fā)送信息。發(fā)送站首先把令牌置成“忙”，并可人要傳送的信息、發(fā)送站名和接收站名，然后將載有信息的令牌送人環(huán)網(wǎng)傳輸。令牌沿環(huán)網(wǎng)循環(huán)一周后返回發(fā)送站時(shí)，信息已被接收站拷貝，發(fā)送站將令牌置為空”，送上環(huán)網(wǎng)繼續(xù)傳送，以供其他站使用。

  如果在傳送過(guò)程中令牌丟失，由監(jiān)控站向網(wǎng)中注人一個(gè)新的令牌。

  令牌傳遞式總線能在很重的負(fù)荷下提供實(shí)時(shí)同步操作，傳送效率高，適于頻繁、較短的教據(jù)傳送，因此它最適合于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

  3.令牌環(huán)

  令牌環(huán)媒質(zhì)訪問(wèn)方案是IBM開(kāi)發(fā)的，它在EEE802標(biāo)準(zhǔn)中的編號(hào)為802.5，它有些類似于令牌總線，在令牌環(huán)上，最多只能有一個(gè)令牌繞環(huán)運(yùn)動(dòng)，不允許兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)從本質(zhì)上看是一種集中控制式的環(huán)，環(huán)上必須有一個(gè)中心控制站負(fù)責(zé)網(wǎng)的工作狀態(tài)的檢測(cè)和管理。