计算机通信标准
一、开放系统互连模型 为了实现不同厂家生产的智能设备之间的通信,国际标准化组织ISO提出了如图1所示开放系统互连模型OSI (Open System Interconnection),作为通信网络国际标准化的参考模型,它详细描述了软件功能的7个层次。七个层次自下而上依次为:物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层。每一层都尽可能自成体系,均有明确的功能。
图1 开放系统互连(OSI)参考模型 1.物理层( Physical Layer) 物理层是为建立、保持和断开在物理实体之间的物理连接,提供机械的、电气的、功能性的和规程的特性。它是建立在传输介质之上,负责提供传送数据比特位“0”和“1”码的物理条件。同时,定义了传输介质与网络接口卡的连接方式以及数据发送和接收方式。常用的串行异步通信接口标准RS-232C、RS-422和RS-485等就属于物理层。 2.数据链路层(Datalink Layer) 数据键路层通过物理层提供的物理连接,实现建立、保持和断开数据链路的逻辑连接,完成数据的无差错传输。为了保证数据的可靠传输,数据链路层的主要控制功能是差错控制和流量控制。在数据链路上,数据以帧格式传输,帧是包含多个数据比特位的逻辑数据单元,通常由控制信息和传输数据两部分组成。常用的数据链路层协议是面向比特的串行同步通信协议----同步数据链路控制协议/高级数据链路控制协议(SDLC/HDLC)。 3.网络层(Network Layer) 网络层完成站点间逻辑连接的建立和维护,负责传输数据的寻址,提供网络各站点间进行数据交换的方法,完成传输数据的路由选择和信息交换的有关操作。网络层的主要功能是报文包的分段、报文包阻塞的处理和通信子网内路径的选择。常用的网络层协议有X.25分组协议和IP协议。 4. 传输层(Transport Layer) 传输层是向会话层提供一个可靠的端到端(end-to-end)的数据传送服务。传输层的信号传送单位是报文(Message),它的主要功能是流量控制、差错控制、连接支持。典型的传输层协议是因特网TCP/IP协议中的TCP协议。 5.会话层(Session Layer) 两个表示层用户之间的连接称为会话,对应会话层的任务就是提供一种有效的方法,组织和协调两个层次之间的会话,并管理和控制它们之间的数据交换。网络下载中的断点续传就是会话层的功能。 6.表示层(Presentation Layer) 表示层用于应用层信息内容的形式变换,如数据加密/解密、信息压缩/解压和数据兼容,把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。 7.应用层(Application Layer) 应用层作为参考模型的最高层,为用户的应用服务提供信息交换,为应用接口提供操作标准。七层模型中所有其它层的目的都是为了支持应用层,它直接面向用户,为用户提供网络服务。常用的应用层服务有电子邮件(E-mail)、文件传输(FTP)和Web服务等。 OSI 7层模型中,除了物理层和物理层之间可直接传送信息外,其它各层之间实现的都是间接的传送。在发送方计算机的某一层发送的信息,必须经过该层以下的所有低层,通过传输介质传送到接收方计算机,并层层上送直至到达接收方中与信息发送层相对应的层。 OSI 7层参考模型只是要求对等层遵守共同的通信协议,并没有给出协议本身。OSI 7层协议中,高4层提供用户功能,低3层提供网络通信功能。 二、IEEE802通信标准 IEEE802通信标准是IEEE(国际电工与电子工程师学会)的802分委员会从1981年至今颁布的一系列计算机局域网分层通信协议标准草案的总称。它把OSI参考模型的底部两层分解为逻辑链路控制子层(LLC)、媒体访问子层(MAC)和物理层。前两层对应于OSI模型中的数据链路层,数据链路层是一条链路(Link)两端的两台设备进行通信时所共同遵守的规则和约定。 IEEE802的媒体访问控制子层对应于多种标准,其中最常用的为三种,即带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)协议、令牌总线(Token Bus)和令牌环(Token Ring)。 1.CSMA/CD协议 CSMA/CD(carrier-sense multiple access with collision detection)通信协议的基础是XEROX公司研制的以太网(Ethernet),各站共享一条广播式的传输总线,每个站都是平等的,采用竞争方式发送信息到传输线上。当某个站识别到报文上的接收站名与本站的站名相同时,便将报文接收下来。由于没有专门的控制站,两个或多个站可能因同时发送信息而发生冲突,造成报文作废,因此必须采取措施来防止冲突。 发送站在发送报文之前,先监听一下总线是否空闲,如果空闲,则发送报文到总线上,称之为“先听后讲”。但是这样做仍然有发生冲突的可能,因为从组织报文到报文在总线上传输需一段时间,在这一段时间内,另一个站通过监听也可能会认为总线空闲并发送报文到总线上,这样就会因两站同时发送而发生冲突。 为了防止冲突,可以采取两种措施:一种是发送报文开始的一段时间,仍然监听总线,采用边发送边接收的办法,把接收到的信息和自己发送的信息相比较,若相同则继续发送,称之为“边听边讲”;若不相同则发生冲突,立即停止发送报文,并发送一段简短的冲突标志。通常把这种“先听后讲”和“边听边讲”相结合的方法称为 CSMA/CD,其控制策略是竞争发送、广播式传送、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送;另一种措施是准备发送报文的站先监听一段时间,如果在这段时间内总线一直空闲,则开始作发送准备,准备完毕,真正要将报文发送到总线上之前,再对总线作一次短暂的检测,若仍为空闲,则正式开始发送;若不空闲,则延时一段时间后再重复上述的二次检测过程。 2.令牌总线 令牌总线是IEEE802标准中的工厂媒质访问技术,其编号为802.4。 它吸收了GM公司支持的MAP(Manufacturing Automation Protocol,即制造自动化协议)系统的内容。 在令牌总线中,媒体访问控制是通过传递一种称为令牌的特殊标志来实现的。按照逻辑顺序,令牌从一个装置传递到另一个装置,传递到最后一个装置后,再传递给第一个装置,如此同而复始,形成一个逻辑环。令牌有“空”、“忙”两个状态,令牌网开始运行时,由指定站产生一个空令牌沿逻辑环传送。任何一个要发送信息的站都要等到令牌传给自己,判断为“空”令牌时才发送信息。发送站首先把令牌置成“忙”,并写入要传送的信息、发送站名和接收站名,然后将载有信息的令牌送入环网传输。令牌沿环网循环一周后返回发送站时,信息已被接收站拷贝,发送站将令牌置为“空”,送上环网继续传送,以供其它站使用。如果在传送过程中令牌丢失,由监控站向网中注入一个新的令牌。 令牌传递式总线能在很重的负荷下提供实时同步操作,传送效率高,适于频繁、较短的数据传送,因此它最适合于需要进行实时通信的工业控制网络。 3.令牌环 令牌环媒质访问方案是IBM开发的,它在IEEE802标准中的编号为802.5,它有些类似于令牌总线。在令牌环上,最多只能有一个令牌绕环运动,不允许两个站同时发送数据。令牌环从本质上看是一种集中控制式的环,环上必须有一个中心控制站负责网的工作状态的检测和管理。 |