通信接口協(xié)議綜述（續(xù)）
（二）TCP/IP協(xié)議
自從TCP/IP在20世紀(jì)70年代早期被引入之后，該協(xié)議已經(jīng)被廣泛使用在全世界的網(wǎng)絡(luò)上。在PC、UNIX工作站、小型機(jī)、Macintosh計算機(jī)、大型機(jī)以及用于連接客戶機(jī)和主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上都可以使用TCP/IP。通過TCP/IP，成千上萬個公共網(wǎng)絡(luò)和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接到了Internet上，使得大量用戶可以對之進(jìn)行訪問。
（1）TCP/IP協(xié)議族
TCP/IP是一個協(xié)議族，它的核心協(xié)議主要有傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）和網(wǎng)際協(xié)議（IP）。在TCP/IP中，與OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層等價的部分為IP。另外一個兼容的協(xié)議層為傳輸層，TCP和UDP都運(yùn)行在這一層。OSI模型的高層與TCP/IP的應(yīng)用層協(xié)議是對應(yīng)的。
對主要協(xié)議起補(bǔ)充作用的協(xié)議有五個，它們是通過TCP/IP提供的五個應(yīng)用服務(wù)：文件傳輸協(xié)議（FTP）、遠(yuǎn)程登錄協(xié)議（TELNET）、 簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、域名服務(wù)（DNS）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測（RMON）等。另外超文本傳輸協(xié)議（HTTP）用于在Internet上為使用WWW瀏覽器進(jìn)行訪問的用戶傳輸超文本標(biāo)記語言文檔，包括音頻、圖像、視頻和圖形文件。可以使用Ping應(yīng)用程序?qū)ν粋�網(wǎng)絡(luò)上或者不同網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，確定對方是否連接并且可以進(jìn)行響應(yīng)。作為一個網(wǎng)絡(luò)管理員，可以使用Ping另外一個結(jié)點(diǎn)來快速驗(yàn)證LAN或WAN連接是否正常工作。Traceroute（Tracert）應(yīng)用程序使用戶可以跟蹤網(wǎng)絡(luò)兩點(diǎn)間的跳數(shù)。
（2）網(wǎng)絡(luò)中的兩種尋址方法
地址是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī)的標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)中存在兩種尋址方法：MAC地址和IP地址，兩種尋址方法既有聯(lián)系又有區(qū)別。MAC地址是設(shè)備的物理地址，位于OSI參考模型的第2層，全網(wǎng)唯一標(biāo)識，無級地址結(jié)構(gòu)（一維地址空間），固化在硬件中，尋址能力僅限在一個物理子網(wǎng)中。IP地址是設(shè)備的邏輯地址，位于OSI參考模型的第3層，全網(wǎng)唯一標(biāo)識，分級地址結(jié)構(gòu)（多維地址空間），由軟件設(shè)定，具有很大的靈活性，可在全網(wǎng)范圍內(nèi)尋址。IP地址長度為32bits（4個字節(jié)），由網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID組成。網(wǎng)絡(luò)ID（Network ID）標(biāo)識主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)ID（Host ID）標(biāo)識在該網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)。IP地址由4段組成，每段以十進(jìn)制數(shù)表示，4個十進(jìn)制數(shù)之間用小數(shù)點(diǎn)區(qū)分，如202.102.1.3。
編址的另一有特殊目的的形式是子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼的目的有兩個：一是顯示使用的編址類別，二是將網(wǎng)絡(luò)分成子網(wǎng)來控制網(wǎng)絡(luò)流量。在第一種情況下，子網(wǎng)掩碼可使得應(yīng)用程序能夠確定地址的哪一部分是網(wǎng)絡(luò)ID，哪一部分是主機(jī)ID。
上面介紹的編址稱為IPv4，IPv4已經(jīng)消耗盡了所有的地址。由于IPv4不能提供網(wǎng)絡(luò)安全，也不能實(shí)施復(fù)雜的路由選項(xiàng)，如在QoS的水平上創(chuàng)建子網(wǎng)等，所以應(yīng)用也受到了限制。同時，IPv4除了提供廣播和多點(diǎn)傳送編址外，并不具備多個選項(xiàng)來處理多種不同的多媒體應(yīng)用程序，如流式視頻或視頻會議等。為適應(yīng)I P的爆炸式應(yīng)用，Internet工程任務(wù)組（IETF）開始了IPng(IP next generation)的初步開發(fā)。1996年，IPng的研究誕生了一種稱為IPv6的新標(biāo)準(zhǔn)，IPv6具有128位編址能力。
（三）主要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
（1）網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）
NIC可以使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如計算機(jī)或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等連接到某個網(wǎng)絡(luò)上。
（2）集線器
集線器是以星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)如工作站、服務(wù)器等的一種中樞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。集線器也可以指集中器，具有同時活動的多個輸入和輸出端口。集線器的功能有：
①提供一個中央單元，從中可以向網(wǎng)絡(luò)連接多個結(jié)點(diǎn)。
②允許大量的計算機(jī)可以連接在一個或多個LAN上。
③通過集中式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計來降低網(wǎng)絡(luò)阻塞。
④提供多協(xié)議服務(wù)，如Ethernet-to-FDDI連接。
⑤加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)主干。
⑥使得可以進(jìn)行高速通信。
⑦為幾種不同類型的介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線和光纖)提供連接。
⑧使得可以進(jìn)行集中式網(wǎng)絡(luò)管理。
（3）路由器
路由器具有內(nèi)置的智能來指導(dǎo)包流向特定的網(wǎng)絡(luò)，可以研究網(wǎng)絡(luò)流量并快速適應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)中檢測到的變化。路由器可以用來：
①有效地指導(dǎo)包從一個網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋�網(wǎng)絡(luò)，減少過度的流量。
②連接相臨或遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)。
③連接截然不同的網(wǎng)絡(luò)。
④通過隔離網(wǎng)絡(luò)的一部分來防止網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
⑤保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受入侵。
（4）網(wǎng)關(guān)
在許多環(huán)境下都用到了“網(wǎng)關(guān)”一詞，但通常它是指一種使得兩個不同類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或軟件可以進(jìn)行通信的軟件或硬件接口。例如可以用網(wǎng)關(guān)來：
①將常用的協(xié)議（如TCP/IP）轉(zhuǎn)換為專用的協(xié)議（如SNA）。
②將一種消息格式轉(zhuǎn)換為另一種格式。
③轉(zhuǎn)化不同的編址方案。
④將主機(jī)鏈接到LAN上。
⑤為到主機(jī)的連接提供終端仿真。
⑥指導(dǎo)電自由件發(fā)送到正確的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)上。
⑦用不同的結(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)。
（5）Modem
Modem通常配合串行口實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號之間的相互轉(zhuǎn)換，從而可以利用電話線或電力線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。
（四）RJ-45接頭
RJ-45接頭有T568A和T568B兩種標(biāo)準(zhǔn)。
RJ45線的對接方法如下(T568B)：
A端 <——> B端
1 pin 白橙 白綠
2 pin 橙 綠
3 pin 白綠 白橙
4 pin 藍(lán) 藍(lán)
5 pin 白藍(lán) 白藍(lán)
6 pin 綠 橙
7 pin 白棕 白棕
8 pin棕 棕
普通跳線：用于電腦網(wǎng)卡與模塊的連接、配線架與配線間的連接、配線架與HUB或交換機(jī)的連接。它的兩端的RJ45接頭接線方式是相同的。如下圖1-8-19，其中TD代表傳送，各有兩條線（TD+及TD-）；而RD代表接收，也有兩條線（RD+及RD-）。
交叉連接線：用于HUB與交換機(jī)等設(shè)備間的連接。它們兩端的RJ45接線方式是不相同的，要求其中的一個接線對調(diào)1/2、3/6線對。而其余線對則可依舊按照一一對應(yīng)的方式安裝。
RS-232接口
RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。
1. 什么是RS-232-C接口？采用RS-232-C接口有何特點(diǎn)？傳輸電纜長度如何考慮？
答： 計算機(jī)與計算機(jī)或計算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定。
（1）接口的信號內(nèi)容 實(shí)際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內(nèi)容見附表1所示
（2）接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏 輯“1”，-5— -15V；邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號 作為邏輯“1”
（3）接口的物理結(jié)構(gòu) RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口,因?yàn)椴皇褂脤Ψ降膫魉涂刂菩盘?只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。
（4）傳輸電纜長度 由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50英尺，其實(shí)這個4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會遠(yuǎn)超過50英尺，美國DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出附表2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內(nèi)有三對雙絞線，每對由22# AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。 附表2 DEC 公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2. 什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特點(diǎn)？
答： 由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：
（1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。
（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。
（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
（4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能 用在50米左右。
針對RS-232-C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)：
1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6） V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。
2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps
3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪擾性好。
4. RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。
RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。 因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。
3. 采用RS485接口時，傳輸電纜的長度如何考慮？
答： 在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個 長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。下圖所示的最大電纜長度與信號速率的關(guān)系曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜（線 徑為0.51mm），線間旁路電容為52.5PF/M，終端負(fù)載電阻為100歐 時所得出。（曲線引自GB11014-89附錄A）。由圖中可知，當(dāng)數(shù)據(jù)信 號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時， 則電纜長度被限制在1200M。實(shí)際上，圖中的曲線是很保守的，在實(shí) 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。 當(dāng)使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例 如：當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率為600Kbit/S時，采用24AWG電纜，由圖可知最 大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜（線徑為0。91mm）則電纜長 度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜（線徑為0。32mm）則電纜 長度只能小于200m。
RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用
一、RS-232、RS-422與RS-485的由來
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。
RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家獨(dú)家使用。如錄像機(jī)廠家中的Sony與松下對錄像機(jī)的RS-422控制協(xié)議是有差異的，視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了，如Louth、Odetis協(xié)議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。
二、RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)
目前RS-232是PC機(jī)與工業(yè)設(shè)備通信中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232是一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。
收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，如從DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器時是2腳相對7腳（信號地）的電平。典型的RS-232信號在正負(fù)電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5～+15V，負(fù)電平在-5～-15V電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的。RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。其傳送距離最大約為15米，最高速率為20kb/s，并且RS-232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的。所以，RS232只適合于本地通訊使用。
RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到1200米（速率低于100kb/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以RS作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。
（完）
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