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址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

交换机通过直通式、存储转发和碎片隔离三种方式进行交换。

交换机的传输模式有全双工、半双工和全双工/半双工自适应。物理层（Physical Layer）定义了传输介质、连接器和信号发生器的类型，规定了物理连接的电气、机械功能特性，如电压、传输速率、传输距离等特性。典型的物理层设备有集线器（HUB）和中继器等。

② 数据链路层（Data link Layer）确定传输站点物理地址以及将消息传送到协议栈，提供顺序控制和数据流向控制。该层可以继续分为两个子层：介质访问控制层（MAC，Medium Access Control）和逻辑链路层（LLC，Logical link Control Layer），即层2a和2b。其中IEEE802.3（Ethernet，CSMA/CD）就是MAC层常用的通信标准。典型的数据链路层的设备有交换机和网桥等。

③ 网络层（Network Layer）定义了设备间通过逻辑地址（IP-Internet Protocol因特网协议地址）传输数据，连接位于不同广播域的设备，常用来组织路由。典型的网络层设备是路由器。

④ 传输层（Transport Layer）建立会话连接，分配服务访问点（SAP-Service Access Point），允许数据进行可靠（TCP，Transmission Control Protocol，传输控制协议）或者不可靠（UDP，User Datagram Protocol，用户数据报协议）的传输。可以提供通信质量检测服务（QOS）。网关是互联网设备中复杂的，它是传输层及以上层的设备。

⑤ 会话层（Session Layer）负责建立、管理和终止表示层实体间通信会话，处理不同设备应用程序间的服务请求和响应。

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⑥ 表示层（Presentation Layer）提供多种编码用于应用层的数据转化服务。

⑦ 应用层（Application Layer）定义用户及用户应用程序接口与协议对网络访问的切入点。目前各种应用版本较多，很难建立统一的标准。在工控领域常用的标准是MMS（Multimedia Messaging Service多媒体信息服务），用来描述制造业应用的服务和协议。

数据经过封装后通过物理介质传输到网络上，现场总线是20世纪80年代中后期在工业控制中逐步发展起来的。随着微处理器技术的发展，其功能不断增强，而成本不断下降。计算机技术飞速发展，同时计算机网络技术也迅速发展起来了。计算机技术的发展为现场总线的诞生奠定了技术基础。

另一方面，智能仪表也出现在工业控制中。在原模拟仪表的基础上增加具有计算功能的微处理器芯片，在输出的4～20mA直流信号上叠加了数字信号，使现场输入输出设备与控制器之间的模拟信号转变为数字信号。智能仪表的出现为现场总线的诞生奠定了应用基础。

（2）现场总线的概念

国际电工委员会（IEC）对现场总线（Fieldbus）的定义为：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串行、多节点的数字通信网络。

现场总线的概念有广义与狭义之分。狭义现场总线是20世纪80年代中后期在工业控制中逐步发展起来的。随着微处理器技术的发展，其功能不断增强，而成本不断下降。计算机技术飞速发展，同时计算机网络技术也迅速发展起来了。计算机技术的发展

为现场总线的诞生奠定了技术基础。

另一方面，智能仪表也出现在工业控制中。在原模拟仪这是以美国Fisher-Rosemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的World FIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展 前景。

（2）CAN（Controller Area Network，控制器局域网）

早由德国BOSCH公司推出，它广泛应用于离散控制领域，其总线规范已被化组织（ISO）制定为，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为两层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多种工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突。通信距离远可达10km（5kbit/s），通信速率高可达40Mbit/s，网络节点数可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。

（3）Lonworks

它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通信协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通信速率从300bit/s～1.5Mbit/s，直接通信距离可达2700m（78kbit/s），被称为通用控制网络。Lonworks技术采用的

LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等领域。

（4）DeviceNet

DeviceNet既是一种低成本的通信连接，也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信，而且提供了相当重要的设备级诊断功能。DeviceNet基于CAN技术，传输速率为125～500kbit/s，每个网络的大节点为64个，其通信模式为生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是开放式设备网络供应商协会。

（5）HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混合，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。link被中国国家标准化管理委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。

（7）INTERBUS

INTERBUS是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线，2000年2月成为IEC61158。INTERBUS采用化组织（ISO）的开放化系统互联（OSI）的简化模型（1层、2层和7层），即物理层、数据链路层和应用层，具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性。该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。INTERBUS广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业领域，成为国际现场总线的者。

1.2.3 现场总线的特点

现场总线系统打破了传统控制系统，采用按控制回路要求设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。

现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实