一、開放系統(tǒng)互連模型

為了實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的智能設(shè)備之間的通信，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso提出了如圖1所示開放系統(tǒng)互連模型osi(open system interconnection)，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。七個(gè)層次自下而上依次為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。每一層都盡可能自成體系，均有明確的功能。

圖1開放系統(tǒng)互連（osi）參考模型

1．物理層（physical layer）

物理層是為建立、保持和斷開在物理實(shí)體之間的物理連接，提供機(jī)械的、的、功能性的和規(guī)程的特性。它是建立在傳輸介質(zhì)之上，負(fù)責(zé)提供傳送數(shù)據(jù)比特位“0”和“1”碼的物理?xiàng)l件。同時(shí)，定義了傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)接口卡的連接方式以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。常用的串行異步通信接口標(biāo)準(zhǔn)rs－232c、rs－422和rs－485等就屬于物理層。

2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層（databbbb layer）

數(shù)據(jù)鍵路層通過物理層提供的物理連接，實(shí)現(xiàn)建立、保持和斷開數(shù)據(jù)鏈路的邏輯連接，完成數(shù)據(jù)的無差錯(cuò)傳輸。為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層的主要控制功能是差錯(cuò)控制和流量控制。在數(shù)據(jù)鏈路上，數(shù)據(jù)以幀格式傳輸，幀是包含多個(gè)數(shù)據(jù)比特位的邏輯數(shù)據(jù)單元，通常由控制信息和傳輸數(shù)據(jù)兩部分組成。常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是面向比特的串行同步通信協(xié)議----同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議/高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（sdlc/hdlc）。

3．網(wǎng)絡(luò)層（network layer）

網(wǎng)絡(luò)層完成站點(diǎn)間邏輯連接的建立和維護(hù)，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的尋址，提供網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方法，完成傳輸數(shù)據(jù)的路由選擇和信息交換的有關(guān)操作。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)內(nèi)路徑的選擇。常用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議有x.25分組協(xié)議和ip協(xié)議。

4.傳輸層（transport layer）

傳輸層是向會(huì)話層提供一個(gè)可靠的端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。傳輸層的信號(hào)傳送單位是報(bào)文（message），它的主要功能是流量控制、差錯(cuò)控制、連接支持。典型的傳輸層協(xié)議是因特網(wǎng)tcp/ip協(xié)議中的tcp協(xié)議。

5．會(huì)話層（session layer）

兩個(gè)表示層用戶之間的連接稱為會(huì)話，對(duì)應(yīng)會(huì)話層的任務(wù)就是提供一種有效的方法，組織和協(xié)調(diào)兩個(gè)層次之間的會(huì)話，并管理和控制它們之間的數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)下載中的斷點(diǎn)續(xù)傳就是會(huì)話層的功能。

6．表示層（presentation layer）

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（application layer）

應(yīng)用層作為參考模型的最高層，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)。七層模型中所有其它層的目的都是為了支持應(yīng)用層，它直接面向用戶，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。常用的應(yīng)用層服務(wù)有郵件（e-mail）、文件傳輸（ftp）和web服務(wù)等。

osi7層模型中，除了物理層和物理層之間可直接傳送信息外，其它各層之間實(shí)現(xiàn)的都是間接的傳送。在發(fā)送方計(jì)算機(jī)的某一層發(fā)送的信息，必須經(jīng)過該層以下的所有低層，通過傳輸介質(zhì)傳送到接收方計(jì)算機(jī)，并層層上送直至到達(dá)接收方中與信息發(fā)送層相對(duì)應(yīng)的層。

osi 7層參考模型只是要求對(duì)等層遵守共同的通信協(xié)議，并沒有給出協(xié)議本身。osi 7層協(xié)議中，高4層提供用戶功能，低3層提供網(wǎng)絡(luò)通信功能。

二、ieee802通信標(biāo)準(zhǔn)

ieee802通信標(biāo)準(zhǔn)是ieee（國(guó)際與電子工程師學(xué)會(huì)）的802分委員會(huì)從1981年至今頒布的一系列計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)分層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案的總稱。它把osi參考模型的底部?jī)蓪臃纸鉃檫壿嬫溌房刂谱訉樱╨lc）、媒體訪問子層（mac）和物理層。前兩層對(duì)應(yīng)于osi模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是一條鏈路（bbbb）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的媒體訪問控制子層對(duì)應(yīng)于多種標(biāo)準(zhǔn)，其中最常用的為三種，即帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（csma/cd）協(xié)議、令牌總線（token bus）和令牌環(huán)（token ring）。

1．csma/cd協(xié)議

csma/cd（carrier-sense multiple access with collision detection）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。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。由于沒有專門的控制站，兩個(gè)或多個(gè)站可能因同時(shí)發(fā)送信息而發(fā)生沖突，造成報(bào)文作廢，因此必須采取措施來防止沖突。

發(fā)送站在發(fā)送報(bào)文之前，先監(jiān)聽一下總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送報(bào)文到總線上，稱之為“先聽后講”。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)文在總線上傳輸需一段時(shí)間，在這一段時(shí)間內(nèi)，另一個(gè)站通過監(jiān)聽也可能會(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)文開始的一段時(shí)間，仍然監(jiān)聽總線，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。通常把這種“先聽后講”和“邊聽邊講”相結(jié)合的方法稱為csma/cd，其控制策略是競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送、廣播式傳送、載體監(jiān)聽、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)聽一段時(shí)間，如果在這段時(shí)間內(nèi)總線一直空閑，則開始作發(fā)送準(zhǔn)備，準(zhǔn)備完畢，真正要將報(bào)文發(fā)送到總線上之前，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)過程。

2．令牌總線

令牌總線是ieee802標(biāo)準(zhǔn)中的工廠媒質(zhì)訪問技術(shù)，其編號(hào)為802.4。它吸收了gm公司支持的map（manufacturing 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，媒體訪問控制是通過傳遞一種稱為令牌的特殊標(biāo)志來實(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，如此同而復(fù)始，形成一個(gè)邏輯環(huán)。令牌有“空”、“忙”兩個(gè)狀態(tài)，令牌網(wǎng)開始運(yùn)行時(shí)，由指定站產(chǎn)生一個(gè)空令牌沿邏輯環(huán)傳送。任何一個(gè)要發(fā)送信息的站都要等到令牌傳給自己，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”，并寫入要傳送的信息、發(fā)送站名和接收站名，然后將載有信息的令牌送入環(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，以供其它站使用。如果在傳送過程中令牌丟失，由監(jiān)控站向網(wǎng)中注入一個(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、較短的數(shù)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)。

3．令牌環(huán)

令牌環(huán)媒質(zhì)訪問方案是ibm開發(fā)的，它在ieee802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。