网络传输技术在安全生产信息化中的应用

总线传输技术构建了现场安全生产测控系统，完成数据采集和测控，但要实现安全生产信息远程测控系统需要借助通信技术和网络传输技术。

1.现代通信网

通信网是由一定数量的结点（包括终端设备和交换设备）和连接结点的传输链路相互有机地结合在一起，以实现两个或多个规定点的信息传输的通信体系。通信网是许多要素相互制约、相互依存的有机整体，用以完成规定的功能。

（1）通信网的要素

一个完整的通信网由以下几个要素组成：

1）终端设备：用户与通信网之间的接口设备，即在端局里能看到的设备，包括通信系统中发送端的信源、信源编码和接收端的信源解码及信宿等部分，终端设备主要具有以下3项功能：

①将待传送的信息和在传输链上传送的信号进行转换，在发送端，终端设备将信源产生的信息转换成适合在信道上传送的信号；在接收端，则将信道上的信号在还原成最初的信源信息。

②将信号与传输链路相匹配，这由信号处理设备完成。

③产生和识别信令。终端设备产生或识别网内所需信令，以完成一系列控制作用。

2）传输链路：信息传输通道，是连接网络结点的媒介，它包括通信系统中的信道编码、加密、调制、信道以及接收端的解调、解密、信道解码等部分。信道有广义信道和狭义信道之分，狭义信道指单纯的传输媒介、如一条电缆；广义信道除传输媒介以外，还包括相应的变换设备。

3）交换设备：基本功能是完成接入交换结点链路的汇集、转接接续和分配，实现一个呼叫终端（用户）和其所要求的另一个或多个用户终端之间的路由选择。它采用电路交换和存储转发两种交换方式。

（2）通信网的分类

通信网从不同的角度可以分为不同的种类，具体如下：

1）按业务种类分类：有固定电话网、移动通信网、数据通信网和广播电视网等。

2）按所传输的信号形式分类：有数字通信网和模拟通信网。

3）按运营方式分类：有公用通信网和专用通信网。

4）按服务范围分类：有本地网、长途网和国际网。

5）按组网方式分类：有电话网、卫星通信网。

6）按网络拓扑结构分类：有网形、星形、复合型、总线型、环形、树形和线形。

2.通信技术

通信的目的就是进行信息的传输和交换。人类通信活动有着漫长的历史，从古代的烽火狼烟、飞鸽传书、驿马邮递、旗语通信，到近代和现代的有线电通信、无线电通信、卫星通信、光纤通信等，通信技术的飞速发展成为信息技术的核心组成部分。

1）电信技术。“电信”是指利用电和磁技术来实现通信。电信技术的兴起与发展，大致经历了电报的发明和应用、电话的发明和应用、大容量自动化通信网的发展和应用以及数字通信的诞生和发展4个时期。

2）数字通信。数字通信是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。在通信系统中，信号就是数据传输过程中的电磁波表示形式，分为模拟信号（连续变化的信号）和数字信号（脉冲序列）两种。数字信号在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，它一般是由二进制代码0和1组成的数字序列。

数字通信与模拟通信相比，具有抗干扰能力强、通信质量不受距离的影响、能适应各种通信业务的要求、便于实现保密通信和计算机管理等优点。

3）数据通信。数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种通信方式，即通过通信系统将数据以某种信号的方式从一处安全、可靠地传输到另一处，包括数据的传输及数据传输前后的处理。

①根据所允许的传输方向，数据通信可以分为以下3种：一是单工通信，数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的，A只能向B发送数据，反之则不行，如广播；二是半双工通信，允许数据沿两个方向传输，但在任一时刻只能在一个方向传输，即A和B同时只有一方能发送数据，如对讲机；三是双工通信，允许信息同时沿两个方向传输，即A和B进行双向连接，可以同时收发，如普通电话是一种典型的全双工通信。

②数据传输方式在通信过程中，发送方和接收方需要在时间上保持同步，才能准确地传送信息。在信道上传输数据时，有并行传输和串行传输、同步传输和异步传输等不同方式。

3.计算机网络

计算机网络是指将分布在不同地理区域的计算机与专用外部设备用通信线路互联成一个规模更大、功能更强的应用系统，从而使众多的计算机可以方便地相互传递信息，分担计算任务，共享硬件、软件和数据信息等资源。

（1）计算机网络的组成元素

计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络结点和通信链路。①网络结点又分为终端结点和转发结点，终端结点是指信源和信宿；转发结点是指网络通信过程中控制金额转发信息的结点，如交换机、集线器、接口信息处理机等。②通信链路是指传输信息的信道，可以是电话线、同轴电缆、无线电线路、卫星线路、微波中继线路、光纤缆线等。

（2）计算机网络的类型(www.xing528.com)

从网络覆盖的范围来看，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网。

1）局域网。局域网（LAN）是指传输距离有限、输送速率较高、以共享网络资源为目的的网络系统。一个局域网中的计算机通常处于几千米的距离以内，如分布在一个实验室、一幢大楼、一个学校或一个企业单位中，为本单位使用。

2）城域网。城域网（MAN）的规模介于局域网和广域网之间，连接范围通常在一个城市内，常采用光缆作为传输介质。作为开发型的综合平台，要求城域网能够提供分组传输的数据、语音、图像、视频等多媒体综合业务。城域网要求比局域网有更大的传输容量、更高的传输速率，以及多种接入手段，以满足不同用户的需要。

3）广域网。广域网（WAN）也称为远程网，它是指覆盖范围广、传输速率相对较低、以数据通信为主要目的的通信网络，是城市之间，乃至世界范围内的网络，用微波中继和卫星互联。互联网是最大的广域网。

（3）网络体系结构

分层体系结构中的每一层都是一些明确定义的相互作用的集合，称为对等协议。各分层相互独立，某一层的内部变化不影响其他层，每相邻两层间的交界处称为接口，定义了低层向高层提供的服务，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层屏蔽，也就是说上一层不需要对下一层实现的细节进行控制和管理。层之间的界限是另外一些作用的集合，称为接口协议。

网络体系结构指网络通信系统的整体设计，其目的为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。网络体系结构的关键要素是协议和拓扑。

ISO在1977年成立了一个分委会，专门研究网络通信的体系问题，并提出了开发系统互连参考模型，即ISO/OSI参考模型，它是一个定义异种计算机连接标准的框架结构，该模型如图4-5所示。

图4-5 ISO/OSI参考模型及其信息流动

ISO/OSI参考模型中各层的主要功能如下：

1）物理层的作用是提供为建立、维护、拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规定的特性，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明地传输比特流。

2）数据链路层负责在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，并进行流量控制。

3）网络层为传输层实体提供端到端的交换网络数据功能，使得传输层摆脱路由选择、交换方式、拥挤控制等网络传输细节，并对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告。

4）传输层为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性。

5）会话层为彼此合作的表示层提供建立、维护和结束会话连接功能；完成通信进程的逻辑名字与物理名字间的对应；提供会话管理服务。

6）表示层为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，即将想要交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法；提供格式化的表示和转换数据服务；数据压缩、解压缩、加密和解密等。

7）应用层提供用户服务，及确定进程之间通信的性质，以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务，如事务处理程序、电子邮件和网络管理程序等。

（4）网络协议

网络协议是网络上所有设备，即网络服务器、计算机及交换器、路由器等之间通信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式及这些格式的意义，是一种网络通用语言。简单地说，网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。常用的网络协议有802.11和TCP/IP，其中802.11标准是一组使用以太网局域网协议传输信息的无线标准；TCP/IP是互联网上最常用的协议之一。

（5）网络互连设备

多个网络互相连接组成范围更大的网络称为互联网，由于各种网络使用的技术不同，因此要实现网络之间的互联互通还要解决一些软件和硬件方面的问题，软件问题一般通过接口和协议解决，而硬件问题则需要运用网络互连设备来解决。网络互连设备的作用是连接不同的网络，常见的网络互连设备作用示意图如图4-6所示。

图4-6 网络互连设备作用示意图

1）中继器和集线器。由于传输线路噪声等影响，承载信息的数字信号或模拟信号只能传输有限距离，利用中继器则可对接收到的信号进行再生并发送。中继器不解释也不改变接收到的数字信号，只是从接收到的信号中分离出数字数据，存储起来，然后重新构造它并转发出去，再生的信号与接收到的信号完全相同，并可沿着另外的网段传输到远端。

中继器工作在物理层，只起扩展传输距离的作用，对高层协议是透明的。实际上，通过中继器连接起来的网络相当于同一条电缆组成的更大的网络，理论上可以用中继器把网络延伸到任意长的距离传输，然而在很多网络中都限制了一对工作站之间加入的中继器的数目。

集线器（Hub）的工作原理基本上与中继器相同，简单地说，集线器就是一个多端口中继器，它把端口上收到的数据广播发送到其他所有端口上。

2）网桥和交换机。网桥也称为桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，它可以将具有相同和相似体系结构的网络系统连接起来，这样不但能扩展网络的距离或范围，而且可以提高网络的性能、可靠性和安全性。

交换机对网络进行分段的方式与网桥相同，实际上交换机就是一个多端口的网桥，交换机与网桥在以下方面不同：①交换机工作时，网桥一般有两个端口，而交换机有更多端口。②分段能力不同，由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成更多物理网端，这样使得整个网络系统具有更高的带宽，而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。③传输速率有区别，与网桥相比，交换机的数据传输速率更高。④数据帧转发方式有区别，网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整数据帧并执行帧检测序列后，才能转发该数据，交换机则有存储转发和直接执法两种帧转发方式。

3）路由器。路由器适用于连接复杂的大型网络，它工作于网络层，因此可以连接下面三层执行不同协议的网络，协议的转换由路由器完成，从而消除了网络层协议之间的差别。通过路由器连接的子网在网络层上必须执行相同的协议。由于路由器工作于网络层，它处理的信息量比网桥多，因此处理速度要比网桥慢。但路由器的互连能力更强，可以执行复杂的路由选择算法。进行网络连接是采用路由器还是采用网桥，取决于网络管理的需要和具体的网络环境。

4）网关。网关是最复杂的网络互连设备，它工作于网络层，用于连接、执行不同协议的子网，组成异构的互联网。为了实现异构型设备之间的通信，网关要对不同的传输层、会话层、表示层和应用层的协议进行翻译和转换。