通信接口協(xié)議綜述（續）
（二）TCP/IP協(xié)議
自從TCP/IP在20世紀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、Macintosh計算機、大型機以及用于連接客戶(hù)機和主機的網(wǎng)絡(luò )設備上都可以使用TCP/IP。通過(guò)TCP/IP，成千上萬(wàn)個(gè)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(hù)可以對之進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
（1）TCP/IP協(xié)議族
TCP/IP是一個(gè)協(xié)議族，它的核心協(xié)議主要有傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶(hù)數據報協(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(jià)的部分為IP。另外一個(gè)兼容的協(xié)議層為傳輸層，TCP和UDP都運行在這一層。OSI模型的高層與TCP/IP的應用層協(xié)議是對應的。
對主要協(xié)議起補充作用的協(xié)議有五個(gè)，它們是通過(guò)TCP/IP提供的五個(gè)應用服務(wù)：文件傳輸協(xié)議（FTP）、遠程登錄協(xié)議（TELNET）、 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、域名服務(wù)（DNS）、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議（SNMP）和遠程網(wǎng)絡(luò )監測（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(fǎng)問(wèn)的用戶(hù)傳輸超文本標記語(yǔ)言文檔，包括音頻、圖像、視頻和圖形文件�？梢允褂肞ing應用程序對同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上或者不同網(wǎng)絡(luò )上的結點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，確定對方是否連接并且可以進(jìn)行響應。作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理員，可以使用Ping另外一個(gè)結點(diǎn)來(lái)快速驗證LAN或WAN連接是否正常工作。Traceroute（Tracert）應用程序使用戶(hù)可以跟蹤網(wǎng)絡(luò )兩點(diǎn)間的跳數。
（2）網(wǎng)絡(luò )中的兩種尋址方法
地址是網(wǎng)絡(luò )設備和主機的標識，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)系又有區別。MAC地址是設備的物理地址，位于OSI參考模型的第2層，全網(wǎng)唯一標識，無(wú)級地址結構（一維地址空間），固化在硬件中，尋址能力僅限在一個(gè)物理子網(wǎng)中。IP地址是設備的邏輯地址，位于OSI參考模型的第3層，全網(wǎng)唯一標識，分級地址結構（多維地址空間），由軟件設定，具有很大的靈活性，可在全網(wǎng)范圍內尋址。IP地址長(cháng)度為32bits（4個(gè)字節），由網(wǎng)絡(luò )ID和主機ID組成。網(wǎng)絡(luò )ID（Network ID）標識主機所在的網(wǎng)絡(luò )，主機ID（Host ID）標識在該網(wǎng)絡(luò )上的主機。IP地址由4段組成，每段以十進(jìn)制數表示，4個(gè)十進(jìn)制數之間用小數點(diǎn)區分，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(gè)：一是顯示使用的編址類(lèi)別，二是將網(wǎng)絡(luò )分成子網(wǎng)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò )流量。在第一種情況下，子網(wǎng)掩碼可使得應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ID。
上面介紹的編址稱(chēng)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)施復雜的路由選項，如在QoS的水平上創(chuàng )建子網(wǎng)等，所以應用也受到了限制。同時(shí)，IPv4除了提供廣播和多點(diǎn)傳送編址外，并不具備多個(gè)選項來(lái)處理多種不同的多媒體應用程序，如流式視頻或視頻會(huì )議等。為適應I P的爆炸式應用，Internet工程任務(wù)組（IETF）開(kāi)始了IPng(IP next generation)的初步開(kāi)發(fā)。1996年，IPng的研究誕生了一種稱(chēng)為IPv6的新標準，IPv6具有128位編址能力。
（三）主要的網(wǎng)絡(luò )設備
（1）網(wǎng)絡(luò )接口卡（NIC）
NIC可以使網(wǎng)絡(luò )設備如計算機或其他網(wǎng)絡(luò )設備等連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò )上。
（2）集線(xiàn)器
集線(xiàn)器是以星形拓撲結構連接網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)如工作站、服務(wù)器等的一種中樞網(wǎng)絡(luò )設備。集線(xiàn)器也可以指集中器，具有同時(shí)活動(dòng)的多個(gè)輸入和輸出端口。集線(xiàn)器的功能有：
①提供一個(gè)中央單元，從中可以向網(wǎng)絡(luò )連接多個(gè)結點(diǎn)。
②允許大量的計算機可以連接在一個(gè)或多個(gè)LAN上。
③通過(guò)集中式網(wǎng)絡(luò )設計來(lái)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(lèi)型的介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線(xiàn)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
路由器具有內置的智能來(lái)指導包流向特定的網(wǎng)絡(luò )，可以研究網(wǎng)絡(luò )流量并快速適應在網(wǎng)絡(luò )中檢測到的變化。路由器可以用來(lái)：
①有效地指導包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳輸到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，減少過(guò)度的流量。
②連接相臨或遠距離的網(wǎng)絡(luò )。
③連接截然不同的網(wǎng)絡(luò )。
④通過(guò)隔離網(wǎng)絡(luò )的一部分來(lái)防止網(wǎng)絡(luò )的瓶頸。
⑤保護網(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(gè)不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )系統或軟件可以進(jìn)行通信的軟件或硬件接口。例如可以用網(wǎng)關(guān)來(lái)：
①將常用的協(xié)議（如TCP/IP）轉換為專(zhuān)用的協(xié)議（如SNA）。
②將一種消息格式轉換為另一種格式。
③轉化不同的編址方案。
④將主機鏈接到LAN上。
⑤為到主機的連接提供終端仿真。
⑥指導電自由件發(fā)送到正確的網(wǎng)絡(luò )目標上。
⑦用不同的結構連接網(wǎng)絡(luò )。
（5）Modem
Modem通常配合串行口實(shí)現數字信號與模擬信號之間的相互轉換，從而可以利用電話(huà)線(xiàn)或電力線(xiàn)進(jìn)行遠程通信。
（四）RJ-45接頭
RJ-45接頭有T568A和T568B兩種標準。
RJ45線(xiàn)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 藍
5 pin 白藍 白藍
6 pin 綠 橙
7 pin 白棕 白棕
8 pin棕 棕
普通跳線(xiàn)：用于電腦網(wǎng)卡與模塊的連接、配線(xiàn)架與配線(xiàn)間的連接、配線(xiàn)架與HUB或交換機的連接。它的兩端的RJ45接頭接線(xiàn)方式是相同的。如下圖1-8-19，其中TD代表傳送，各有兩條線(xiàn)（TD+及TD-）；而RD代表接收，也有兩條線(xiàn)（RD+及RD-）。
交叉連接線(xiàn)：用于HUB與交換機等設備間的連接。它們兩端的RJ45接線(xiàn)方式是不相同的，要求其中的一個(gè)接線(xiàn)對調1/2、3/6線(xiàn)對。而其余線(xiàn)對則可依舊按照一一對應的方式安裝。
RS-232接口
RS-232-C接口（又稱(chēng) 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(huì )（EIA）聯(lián)合貝爾系統、 調制解調器廠(chǎng)家及計算機終端生產(chǎn)廠(chǎng)家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進(jìn)制數據交換接口技術(shù)標準”該標準規定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對連接器的每個(gè)引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。
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(cháng)度如何考慮？
答： 計算機與計算機或計算機與終端之間的數據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(xiàn)路少、成本低，特別是在遠程傳輸時(shí)，避免了多條線(xiàn)路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。 RS-232-C接口（又稱(chēng) 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(huì )（EIA）聯(lián)合貝爾系統、 調制解調器廠(chǎng)家及計算機終端生產(chǎn)廠(chǎng)家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間 串行二進(jìn)制數據交換接口技術(shù)標準”該標準規定采用一個(gè)25個(gè)腳的 DB25連接器，對連接器的每個(gè)引腳的信號內容加以規定，還對各種信 號的電平加以規定。
（1）接口的信號內容 實(shí)際上RS-232-C的25條引線(xiàn)中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線(xiàn)。RS-232-C最常用的9條引線(xiàn)的信號內容見(jiàn)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(xiàn)的電壓均為負邏輯關(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）接口的物理結構 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. 一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線(xiàn),即“發(fā)送數據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線(xiàn)采用屏蔽雙絞線(xiàn)。
（4）傳輸電纜長(cháng)度 由RS-232C標準規定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長(cháng)度應為50英尺，其實(shí)這個(gè)4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應用中，約有99%的用戶(hù)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(huì )遠超過(guò)50英尺，美國DEC公司曾規定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出附表2 的實(shí)驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內有三對雙絞線(xiàn)，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)驗結果
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接口標準出現較早，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，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。
（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。
（3） 接口使用一根信號線(xiàn)和一根信號返回線(xiàn)而構成共地的傳輸形式， 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，最大傳輸距離標準值為50英尺，實(shí)際上也只能 用在50米左右。
針對RS-232-C的不足，于是就不斷出現了一些新的接口標準，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?xún)删�(xiàn)間的電壓差為+（2—6） V表示；邏輯“0”以?xún)删�(xiàn)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的數據最高傳輸速率為10Mbps
3. RS-485接口是采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪擾性好。
4. RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實(shí)際上可達 3000米，另外RS-232-C接口在總線(xiàn)上只允許連接1個(gè)收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線(xiàn)上是允許連接多達128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶(hù)可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡(luò )。
RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(cháng)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。 因為RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò )，一般只需二根連線(xiàn)，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線(xiàn)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(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS485采用DB-9（針）。
3. 采用RS485接口時(shí)，傳輸電纜的長(cháng)度如何考慮？
答： 在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線(xiàn)經(jīng)，從發(fā)生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長(cháng)度是數據信號速率的函數，這個(gè) 長(cháng)度數據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(cháng)度與信號速率的關(guān)系曲線(xiàn)是使用24AWG銅芯雙絞電話(huà)電纜（線(xiàn) 徑為0.51mm），線(xiàn)間旁路電容為52.5PF/M，終端負載電阻為100歐 時(shí)所得出。（曲線(xiàn)引自GB11014-89附錄A）。由圖中可知，當數據信 號速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號損失為6dBV時(shí)， 則電纜長(cháng)度被限制在1200M。實(shí)際上，圖中的曲線(xiàn)是很保守的，在實(shí) 用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長(cháng)度。 當使用不同線(xiàn)徑的電纜。則取得的最大電纜長(cháng)度是不相同的。例 如：當數據信號速率為600Kbit/S時(shí)，采用24AWG電纜，由圖可知最 大電纜長(cháng)度是200m，若采用19AWG電纜（線(xiàn)徑為0。91mm）則電纜長(cháng) 度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜（線(xiàn)徑為0。32mm）則電纜 長(cháng)度只能小于200m。
RS-232、RS-422與RS-485標準及應用
一、RS-232、RS-422與RS-485的由來(lái)
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì )（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)標準，以保證不同廠(chǎng)家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)，它是為彌補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(cháng)到4000英尺（速率低于100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線(xiàn)上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為T(mén)IA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線(xiàn)上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅動(dòng)能力和沖突保護特性，擴展了總線(xiàn)共模范圍，后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱(chēng)謂。
RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶(hù)可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應用，許多廠(chǎng)家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開(kāi)或廠(chǎng)家獨家使用。如錄像機廠(chǎng)家中的Sony與松下對錄像機的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(kāi)的，而ProLINK則是基于Profile上的。
二、RS-232串行接口標準
目前RS-232是PC機與工業(yè)設備通信中應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準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。
收、發(fā)端的數據信號是相對于信號地，如從DTE設備發(fā)出的數據在使用DB25連接器時(shí)是2腳相對7腳（信號地）的電平。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送端驅動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當無(wú)數據傳輸時(shí)，線(xiàn)上為T(mén)TL，從開(kāi)始傳送數據到結束，線(xiàn)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(xiàn)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)設備）通訊而設計的，其驅動(dòng)器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì )（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)標準，以保證不同廠(chǎng)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)設備）通訊而設計的。所以，RS232只適合于本地通訊使用。
RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)，它是為彌補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(cháng)到1200米（速率低于100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線(xiàn)上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為T(mén)IA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線(xiàn)上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅動(dòng)能力和沖突保護特性，擴展了總線(xiàn)共模范圍，后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以RS作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱(chēng)謂。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶(hù)可以建立自己的高層通信協(xié)議。
（完）
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