通信接口协议综述（续）
（二）TCP/IP协议
自从TCP/IP在20世纪70年代早期被引入之后，该协议已经被广泛使用在全世界的网络上。在PC、UNIX工作站、小型机、Macintosh计算机、大型机以及用于连接客户机和主机的网络设备上都可以使用TCP/IP。通过TCP/IP，成千上万个公共网络和商业网络连接到了Internet上，使得大量用户可以对之进行访问。
（1）TCP/IP协议族
TCP/IP是一个协议族，它的核心协议主要有传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）和网际协议（IP）。在TCP/IP中，与OSI模型的网络层等价的部分为IP。另外一个兼容的协议层为传输层，TCP和UDP都运行在这一层。OSI模型的高层与TCP/IP的应用层协议是对应的。
对主要协议起补充作用的协议有五个，它们是通过TCP/IP提供的五个应用服务：文件传输协议（FTP）、远程登录协议（TELNET）、 简单邮件传输协议（SMTP）、域名服务（DNS）、简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监测（RMON）等。另外超文本传输协议（HTTP）用于在Internet上为使用WWW浏览器进行访问的用户传输超文本标记语言文档，包括音频、图像、视频和图形文件。可以使用Ping应用程序对同一个网络上或者不同网络上的结点进行联系，确定对方是否连接并且可以进行响应。作为一个网络管理员，可以使用Ping另外一个结点来快速验证LAN或WAN连接是否正常工作。Traceroute（Tracert）应用程序使用户可以跟踪网络两点间的跳数。
（2）网络中的两种寻址方法
地址是网络设备和主机的标识，网络中存在两种寻址方法：MAC地址和IP地址，两种寻址方法既有联系又有区别。MAC地址是设备的物理地址，位于OSI参考模型的第2层，全网唯一标识，无级地址结构（一维地址空间），固化在硬件中，寻址能力仅限在一个物理子网中。IP地址是设备的逻辑地址，位于OSI参考模型的第3层，全网唯一标识，分级地址结构（多维地址空间），由软件设定，具有很大的灵活性，可在全网范围内寻址。IP地址长度为32bits（4个字节），由网络ID和主机ID组成。网络ID（Network ID）标识主机所在的网络，主机ID（Host ID）标识在该网络上的主机。IP地址由4段组成，每段以十进制数表示，4个十进制数之间用小数点区分，如202.102.1.3。
编址的另一有特殊目的的形式是子网掩码。子网掩码的目的有两个：一是显示使用的编址类别，二是将网络分成子网来控制网络流量。在第一种情况下，子网掩码可使得应用程序能够确定地址的哪一部分是网络ID，哪一部分是主机ID。
上面介绍的编址称为IPv4，IPv4已经消耗尽了所有的地址。由于IPv4不能提供网络安全，也不能实施复杂的路由选项，如在QoS的水平上创建子网等，所以应用也受到了限制。同时，IPv4除了提供广播和多点传送编址外，并不具备多个选项来处理多种不同的多媒体应用程序，如流式视频或视频会议等。为适应I P的爆炸式应用，Internet工程任务组（IETF）开始了IPng(IP next generation)的初步开发。1996年，IPng的研究诞生了一种称为IPv6的新标准，IPv6具有128位编址能力。
（三）主要的网络设备
（1）网络接口卡（NIC）
NIC可以使网络设备如计算机或其他网络设备等连接到某个网络上。
（2）集线器
集线器是以星形拓扑结构连接网络结点如工作站、服务器等的一种中枢网络设备。集线器也可以指集中器，具有同时活动的多个输入和输出端口。集线器的功能有：
①提供一个中央单元，从中可以向网络连接多个结点。
②允许大量的计算机可以连接在一个或多个LAN上。
③通过集中式网络设计来降低网络阻塞。
④提供多协议服务，如Ethernet-to-FDDI连接。
⑤加强网络主干。
⑥使得可以进行高速通信。
⑦为几种不同类型的介质(如同轴电缆、双绞线和光纤)提供连接。
⑧使得可以进行集中式网络管理。
（3）路由器
路由器具有内置的智能来指导包流向特定的网络，可以研究网络流量并快速适应在网络中检测到的变化。路由器可以用来：
①有效地指导包从一个网络传输到另一个网络，减少过度的流量。
②连接相临或远距离的网络。
③连接截然不同的网络。
④通过隔离网络的一部分来防止网络的瓶颈。
⑤保护网络免受入侵。
（4）网关
在许多环境下都用到了“网关”一词，但通常它是指一种使得两个不同类型的网络系统或软件可以进行通信的软件或硬件接口。例如可以用网关来：
①将常用的协议（如TCP/IP）转换为专用的协议（如SNA）。
②将一种消息格式转换为另一种格式。
③转化不同的编址方案。
④将主机链接到LAN上。
⑤为到主机的连接提供终端仿真。
⑥指导电自由件发送到正确的网络目标上。
⑦用不同的结构连接网络。
（5）Modem
Modem通常配合串行口实现数字信号与模拟信号之间的相互转换，从而可以利用电话线或电力线进行远程通信。
（四）RJ-45接头
RJ-45接头有T568A和T568B两种标准。
RJ45线的对接方法如下(T568B)：
A端 <——> B端
1 pin 白橙 白绿
2 pin 橙 绿
3 pin 白绿 白橙
4 pin 蓝 蓝
5 pin 白蓝 白蓝
6 pin 绿 橙
7 pin 白棕 白棕
8 pin棕 棕
普通跳线：用于电脑网卡与模块的连接、配线架与配线间的连接、配线架与HUB或交换机的连接。它的两端的RJ45接头接线方式是相同的。如下图1-8-19，其中TD代表传送，各有两条线（TD+及TD-）；而RD代表接收，也有两条线（RD+及RD-）。
交叉连接线：用于HUB与交换机等设备间的连接。它们两端的RJ45接线方式是不相同的，要求其中的一个接线对调1/2、3/6线对。而其余线对则可依旧按照一一对应的方式安装。
RS-232接口
RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。
1. 什么是RS-232-C接口？采用RS-232-C接口有何特点？传输电缆长度如何考虑？
答： 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加以规定。
（1）接口的信号内容 实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的信号内容见附表1所示
（2）接口的电气特性 在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻 辑“1”，-5— -15V；逻辑“0” +5— +15V 。噪声容限为2V。即 要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号 作为逻辑“1”
（3）接口的物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。
（4）传输电缆长度 由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规定允许码元畸变为10%而得出附表2 的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为DECP.NO.9107723 内有三对双绞线，每对由22# AWG 组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。 附表2 DEC 公司的实验结果
2. 什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特点？
答： 由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能 用在50米左右。
针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：
1. RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪扰性好。
4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。
3. 采用RS485接口时，传输电缆的长度如何考虑？
答： 在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个 长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。下图所示的最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线 径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧 时所得出。（曲线引自GB11014-89附录A）。由图中可知，当数据信 号速率降低到90Kbit/S以下时，假定最大允许的信号损失为6dBV时， 则电缆长度被限制在1200M。实际上，图中的曲线是很保守的，在实 用时是完全可以取得比它大的电缆长度。 当使用不同线径的电缆。则取得的最大电缆长度是不相同的。例 如：当数据信号速率为600Kbit/S时，采用24AWG电缆，由图可知最 大电缆长度是200m，若采用19AWG电缆（线径为0。91mm）则电缆长 度将可以大于200m； 若采用28AWG 电缆（线径为0。32mm）则电缆 长度只能小于200m。
RS-232、RS-422与RS-485标准及应用
一、RS-232、RS-422与RS-485的由来
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、Odetis协议是公开的，而ProLINK则是基于Profile上的。
二、RS-232串行接口标准
目前RS-232是PC机与工业设备通信中应用最广泛的一种串行接口。RS-232是一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。
收、发端的数据信号是相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚（信号地）的电平。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。其传送距离最大约为15米，最高速率为20kb/s，并且RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的。所以，RS232只适合于本地通讯使用。
RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以RS作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。
（完）
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