现场总线02数据通信基础与网络互联解析.ppt

* 2.6 通信参考模型 2.6.1 OSI参考模型 为了实现不同厂家生产的设备之间的互联操作与数据交换，国际标准化组织ISO/TC97于1Q78年建立了 开放系统互联分技术委员会，起草了开放系统互联参考模型OSI(open system interConneCtion)的建议草案，并于1983年成为正式的国际标准IS07498，1986年又对该标准进行了进一步的完善和补充，形成了为实现开放系统互联所建立的分层模型，简称OSI参考模型。这是为异种计算机互联提供的一个共同基础和标准框架，并为保持相关标准的一致性和兼容性提供了共同的参考。开放并不是指对特定系统实现具体的互联技术或手段，而是对标准的认同。一个系统是开放系统，是指它可以与世界上任一遵守相同标准的其他系统互联通信。 * OSI参考模型是在博采众长的基础上形成的系统互联技术。它促进了数据通信与计算机网络的发展。OSI参考模型提供了概念性和功能性结构，将开放系统的通信功能划分为7个层次。各层的协议细节由各层独立迸行。这样一旦引人新技术或提出新的业务要求，就可以把因功能扩充、变更所带来的影响限制在直接有关的层内，而不必改动全部协议。OSI参考模型分层的原则是将相似的功能集中在同一层内，功能差别较大时分层处理，每层只对相邻的上下层定义接口。 OSI参考模型把开放系统的通信功能划分为7个层次。从连接物理介质的层次开始，分别赋予1，2，…，7层的顺序编号，相应地称之为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI参考模型如图2-19所示。 * 1.物理层 物理层 (physicallayer)涉及到通信在信道上传输的原始比特流。设计上必须保证一方发出二进制 “1”时，另一方收到的也是 “1”而不是 “0”。这里的典型问题是用多少伏特电压表示 “1”，多少伏特电压表示 “0”;一个比特持续多少微秒;传输是否在两个方向上同时进行;最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止;网络接插件有多少针以及各针的用途。这里的设计主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。 * 2.数据链路层 数据链路层 (data link layer)的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。发送方把输人数据分装在数据帧 (data frame)里 (典型的帧为几百字节或几千字节)，按顺序传送各帧，并处理接收方回送的确认帧 (acknowledgement frame)。因为物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖各链路层来产生和识别帧边界。可以通过在帧的前面和后面附加上特殊的二进制编码模式来达到这一目的。如果这些二进制编码偶然在数据中出现，则必须采取特殊措施以避免混淆。 传输线路上突发的噪声干扰可能把帧完全破坏掉。在这种情况下，发送方机器上的数据链路软件必须重传该帧。然而，相同帧的多次重传也可能使接收方收到重复帧，比如接收方给发送方的确认丢失以后，就可能收到重复帧。数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和重复所出现的问题。数据链路层可能向网络层提供几类不同的服务，每一类都有不同的服务质量和价格。 * 数据链路层要解决的另一个问题 (在大多数层上也存在)是防止高速发送方的数据把低速的接收方 淹没。因此，需要有某种流量调节机制，使发送方知道当前接收方还有多少缓存空间。通常流量调节和出错处理同时完成。 如果线路能用于双向传输数据，数据链路软件还必须解决新的麻烦，即从A到B数据帧的确认帧将同从B到A的数据帧竞争线路的使用权。借道 (piggybacking)就是一种巧妙的方法，我们将在以后讨论它。 广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问。数据链路层的一个特殊的子层介质访问子层，就是专门处理这个问题的。 * 3.网络层 网络层 (network layer)关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。路由既可以选用网络中固定的静态路由表，几乎保持不变，也可以在每一次会话开始时决定 (例如通过终端对话决定)，还可以根据当前网络的负载状况，高度灵活地为每一个分组决定路由。 如果在子网中同时出现过多的分组，它们将相互阻塞通路，形成瓶颈。此类拥塞控制也属于网络层的范围。 因为拥有子网的人总是希望他们提供的子网服务能得到报酬，所以网络层常常设有记账功能。最低限度，软件必须对每一个顾客究竟发送了多少分组、多少字符或多少比特进行记数，以便于生成账单。当分组跨越国界时，由于双方税率可能不同，记账则更加复杂。 当分组不得不跨越一个网络以到达目的地时