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辽宁35选7预测:計算機通訊網絡的組成和主要層級原理

來源:原創論文網 添加時間:2019-08-09

辽宁35选7图表 www.bfptp.com   摘要:本文主要介紹了計算機通訊網絡的組成, 七層模型的搭建, 每一層模型的物理組成、數據封裝、協議介紹和功能介紹, 指出工業控制環境中通訊信號存在的問題和弊端。

  關鍵詞:網絡搭建; 網絡分層; 信號通訊; 工控環境;

通訊工程論文

  1 計算機網絡的組成

  計算機網絡模型一般分為7層結構, 每層都可以有幾個子層。7層從上到下分別是:7應用層、6表示層、5會話層、4運輸層、3網絡層、2數據鏈路層、1物理層;其中高層 (即7、6、5、4層) 定義了應用程序的功能, 下面3層 (即3、2、1層) 主要面向通過網絡的端到端的數據流。

  物理層:信號傳輸的媒體。該物理媒體 (physical medium) 可以具有多種形狀和形式, 并且對沿途的每個傳輸器-接收器而言不必具有相同的類型。物理媒體的例子包括雙絞銅線、同軸電纜、多模光纖纜、陸地無線電頻譜和衛星無線電頻譜。物理媒體劃分為兩類:引導型媒體 (guided media) 和非引導型媒體 (unguided media) 。對于引導型媒體, 電波沿著固定媒體前行, 如光纜、雙絞銅線和同軸電纜。對于非引導型媒體, 電波在空氣或外層空間中傳播, 例如在無線局域網或數字衛星頻道中。物理層的任務是將每幀數據中的一個一個比特從一個節點移動到下一個節點。該層的協議是與鏈路相關的, 并且與實際傳輸媒體相關。

  鏈路層:鏈路層提供的服務取決于該鏈路的特定鏈路層協議。某些協議提供基于鏈路的可靠傳遞, 但其不同于運輸層的TCP, TCP提供從一個端系統到另外一個端系統的可靠交付。但是一個數據報 (datagram) 從源到目的地傳送通常需要經過幾條鏈路, 一個數據報可能被沿途不同鏈路上的不同鏈路層協議處理。鏈路層分組一般稱為幀 (frame) 。

  網絡層:網絡層分組一般稱為數據報 (datagram) , 網絡層負責將數據報從一臺主機移動到另一臺主機。源主機中的運輸層協議 (TCP或者UDP) 向網絡層遞交報文段和目的地址。網絡層包含了IP協議, 該協議定義了數據報中的各個字段以及端系統和路由器如何作用于這些字段。IP是網絡連接在一起的粘合劑。

  運輸層:運輸層在應用程序之間輸送應用層報文。因特網中有2個運輸協議, 即TCP和UDP, 利用其中的任一個都能運輸應用層報文。TCP向它的應用程序提供了面向連接的服務。運輸層分組成為報文段 (segment) 。

  會話層:它定義了如何開始、控制和結束一個會話, 包括對多個雙向消息的控制和管理, 以便在只完成連續消息的一部分時可以通知應用, 從而使表示層看到的數據是連續的, 在某些情況下, 如果表示層收到了所有的數據, 則用數據代表表示層。示例:RPC, SQL等。

  表示層:這一層的主要功能是定義數據格式及加密。例如, FTP允許你選擇以二進制或ASCII格式傳輸。如果選擇二進制, 那么發送方和接收方不改變文件的內容。如果選擇ASCII格式, 發送方將把文本從發送方的字符集轉換成標準的ASCII后發送數據。在接收方將標準的ASCII轉換成接收方計算機的字符集。示例:加密, ASCII等。

  應用層:應用層協議分布在多個端系統上, 一個端系統中的應用程序使用協議與另一個端系統中的應用程序交換信息。應用層的信息分組成為報文 (message) 。

  2 主要層級原理概述

  2.1 鏈路層

  成幀 (framing) 。在每個網絡層數據報經鏈路傳送之前, 幾乎所有的鏈路層協議都要將其用鏈路層幀封裝起來。一個幀由一個數據字段和若干首部字段組成, 其中網絡層數據報就插在數據字段中。幀的結構由鏈路層協議規定。

  鏈路接入。媒體訪問控制 (M e中u m A c c e s s Control, MAC) 協議規定了幀在鏈路上傳輸的規則。鏈路的一端僅有一個發送方、鏈路的另一端僅有一個接收方的點對點鏈路, MAC協議比較簡單 (或者不存在) , 即無論何時鏈路空閑, 發送方都能夠發送幀。更有趣的情況是當多個結點共享單個廣播鏈路時, 即所謂多路訪問問題。這里, MAC協議用于協調多個結點的幀傳輸。

  可靠交付。當鏈路層協議提供可靠交付服務時, 它保證無差錯地經鏈路層移動每個網絡層數據報。鏈路層的可靠交付服務通常是通過確認和重傳取得的。鏈路層可靠交付服務通常用于易于產生高差錯率的鏈路, 例如無線鏈路, 其目的是本地 (也就是在差錯發生的鏈路上) 糾正一個差錯, 而不是通過運輸層或應用層協議迫使進行端到端的數據重傳。然而, 對于低比特差錯的鏈路, 包括光纖、同軸電纜和許多雙絞銅線鏈路, 鏈路層可靠交付可能會被認為是一種不必要的開銷。由于這個原因, 許多有線的鏈路層協議不提供可靠交付服務。

  差錯檢測和糾正。當幀中的一個比特作為1傳輸時, 接收方結點中的鏈路層硬件可能不正確地將其判斷為0, 反之亦然。這種比特差錯是由信號衰減和電磁噪聲導致的。因為沒有必要轉發一個有差錯的數據報, 所以許多鏈路層協議提供一種機制來檢測這樣的比特差錯。通過讓發送結點在幀中包括差錯檢測比特, 讓接收結點進行差錯檢查, 以此來完成這項工作。

  2.2 網絡層

  轉發。當一個分組到達路由器的一條輸入鏈路時, 路由器必須將該分組移動到適當的輸出鏈路。

  路由選擇。當分組從發送方流向接收方時, 網絡層必須決定這些分組所采用的路由或路徑。計算這些路徑的算法被稱為路由選擇算法 (routing algorithm) 。

  2.3 運輸層

  運輸層協議有兩種。一種是UDP (用戶數據報協議) , 它為調用它的應用程序提供了一種不可靠、無連接的服務。另一種是TCP (傳輸控制協議) , 它為調用它的應用程序提供了一種可靠的、面向連接的服務。UDP和TCP最基本的責任是, 將兩個端系統間IP的交付服務擴展為運行在端系統上的兩個進程之間的交付服務。將主機間交付擴展到進程間交付被稱為運輸層的多路復用 (transport-layer multiple) 與多路分解 (demultiplexing) 。我們將在下一節討論運輸層的多路復用與多路分解。UDP和TCP還可以通過在其報文段首部中包括差錯檢查字段而提供完整性檢查。進程到進程的數據交付和差錯檢查是兩種最低限度的運輸層服務, 也是UDP所能提供的僅有的兩種服務。UDP是一種不可靠的服務, 即不能保證一個進程所發送的數據能夠完整無缺地 (或全部!) 到達目的進程。TCP為應用程序提供了幾種附加服務。首先, 它提供可靠數據傳輸 (reliable data transfer) 。通過使用流址控制、序號、確認和定時器 (本章將詳細介紹這些技術) , TCP確保正確地、按序地將數據從發送進程交付給接收進程。這樣, TCP就將兩個端系統間的不可靠IP服務轉換成了一種進程間的可靠數據傳輸服務。TCP還提供擁塞控制 (conge::.tion control) 。擁塞控制與其說是一種提供給調用它的應用程序的服務, 不如說是一種提供給整個因特網的服務, 這是一種帶來通用好處的服務。不太嚴格地說, TCP擁塞控制防止任何一條TCP連接用過多流址來淹沒通信主機之間的鏈路和交換設備TCP力求為每個通過一條擁塞網絡鏈路的連接平等地共享網絡鏈路帶寬。這可以通過調節TCP連接的發送端發送進網絡的流址速率來做到。在另一方面, UDP流批是不可調節的。使用UDP傳輸的應用程序可以根據其需要以其愿意的任何速率發送數據。

  3 通訊傳輸存在的問題

  有線信號在物理媒介中傳輸時, 會有一部分在傳輸過程中衰減, 通訊信號在編碼之后成為高低電波傳輸時, 衰減帶來的影響更大。無線信號在傳輸過程中更會受到天氣、粉塵等的影響。工業控制環境更加復雜多變, 其中各種配電元器件帶來的電磁干擾也更加強烈, 這對于通訊傳輸也是不小的挑戰。

  在鏈路層、網絡層、運輸層或應用層的可靠數據傳送, 都需要許多重要的特定協議。但這些協議都不是完美無缺的。其糾錯機制在使用過程仍然有不足的地方導致傳輸數據出現問題。相比模擬量信號, 其穩定性不夠。

  參考文獻
  [1] James F.Kurose Keith W.Ross.計算機網絡自頂向下法
  [2] 姚羽, 祝烈煌, 武傳坤.工業控制網絡安全技術與實踐
  [3] 數據通信.William Stallings Thomas Case

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