通信协议实例(串行通信协议)

TCP协议是在TCP/IP协议模型中的运输层中很重要的一个协议、负责处理主机端口层面之间的数据传输。主要有以下特点：1.TCP是面向链接的协议，在数据传输之前需要通过三次握手建立TCP链接，当数据传递完成之后，需要通过四次挥手进行连接释放。2.每一条TCP通信都是两台主机和主机之间的，是点对点传输的协议。3.TCP提供可靠的、无差错、不丢失、不重复，按序到达的服务。4.TCP的通信双方在连接建立的任何时候都可以发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。5.面向字节流。在数据传输的过程中如果报文比较长的话TCP会进行数据分段传输，每一条分段的TCP传输信息都带有分段的序号，每一段都包含一部分字节流。接收方根据每段携带的的序号信息进行数据拼接，最终拼接出来初始的传输数据。但是在整个传输的过程中每一段TCP携带的都是被切割的字节流数据。所以说TCP是面向字节流的。a.TCP和UDP在发送报文时所采用的方式完全不同。TCP并不关心应用程序一次把多长的报文发送到TCP缓存中，而是根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节（UDP发送的报文长度是应用程序给出的）。b.如果应用程序传送到TCP缓存的数据块太大，TCP就可以把它划分短一些再传。TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构建成报文段发送出去。各字段含义：源端口：发送端的端口号目的端口：接收端的端口号序号：TCP将发送报文分段传输的时候会给每一段加上序号，接收端也可以根据这个序号来判断数据拼接的顺序，主要用来解决网络报乱序的问题确认号：确认号为接收端收到数据之后进行排序确认以及发送下一次期待接收到的序号，数值 = 接收到的发送号 + 1数据偏移：占4比特，表示数据开始的地方离TCP段的起始处有多远。实际上就是TCP段首部的长度。由于首部长度不固定，因此数据偏移字段是必要的。数据偏移以32位为长度单位，因此TCP首部的最大长度是60（15*4）个字节。控制位：URG：此标志表示TCP包的紧急指针域有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促 中间层设备要尽快处理这些数据;ACK：此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值：0和1， 为1的时候表示应答域有效，反之为0;PSH：这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序， 而不是在缓冲区中排队;RST：这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据包;SYN：表示同步序号，用来建立连接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用，当连接请求的时候，SYN=1， ACK=0;连接被响应的时候，SYN=1，ACK=1;这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送 一个只有SYN的数据包，如果对方主机响应了一个数据包回来 ，就表明这台主机存在这个端口;但是由于这 种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手，因此这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全，一台安全 的主机将会强制要求一个连接严格的进行TCP的三次握手;FIN： 表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志 位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。窗口：TCP里很重要的一个机制，占2字节，表示报文段发送方期望接收的字节数，可接收的序号范围是从接收方的确认号开始到确认号加上窗口大小之间的数据。后面会有实例讲解。校验和：校验和包含了伪首部、TCP首部和数据，校验和是TCP强制要求的，由发送方计算，接收方验证紧急指针：URG标志为1时，紧急指针有效，表示数据需要优先处理。紧急指针指出在TCP段中的紧急数据的最后一个字节的序号，使接收方可以知道紧急数据共有多长。选项：最常用的选项是最大段大小（Maximum Segment Size，MSS），向对方通知本机可以接收的最大TCP段长度。MSS选项只在建立连接的请求中发送。放在以太网帧里看TCP的位置TCP 数据包在 IP 数据包的负载里面。它的头信息最少也需要20字节，因此 TCP 数据包的最大负载是 1480 - 20 = 1460 字节。由于 IP 和 TCP 协议往往有额外的头信息，所以 TCP 负载实际为1400字节左右。因此，一条1500字节的信息需要两个 TCP 数据包。HTTP/2 协议的一大改进， 就是压缩 HTTP 协议的头信息，使得一个 HTTP 请求可以放在一个 TCP 数据包里面，而不是分成多个，这样就提高了速度。以太网数据包的负载是1500字节，TCP 数据包的负载在1400字节左右一个包1400字节，那么一次性发送大量数据，就必须分成多个包。比如，一个 10MB 的文件，需要发送7100多个包。发送的时候，TCP 协议为每个包编号（sequence number，简称 SEQ），以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包，也可以知道丢失的是哪一个包。第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解，这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节，那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说，每个数据包都可以得到两个编号：自身的编号，以及下一个包的编号。接收方由此知道，应该按照什么顺序将它们还原成原始文件。收到 TCP 数据包以后，组装还原是操作系统完成的。应用程序不会直接处理 TCP 数据包。对于应用程序来说，不用关心数据通信的细节。除非线路异常，否则收到的总是完整的数据。应用程序需要的数据放在 TCP 数据包里面，有自己的格式（比如 HTTP 协议）。TCP 并没有提供任何机制，表示原始文件的大小，这由应用层的协议来规定。比如，HTTP 协议就有一个头信息Content-Length，表示信息体的大小。对于操作系统来说，就是持续地接收 TCP 数据包，将它们按照顺序组装好，一个包都不少。操作系统不会去处理 TCP 数据包里面的数据。一旦组装好 TCP 数据包，就把它们转交给应用程序。TCP 数据包里面有一个端口（port）参数，就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。应用程序收到组装好的原始数据，以浏览器为例，就会根据 HTTP 协议的Content-Length字段正确读出一段段的数据。这也意味着，一次 TCP 通信可以包括多个 HTTP 通信。服务器发送数据包，当然越快越好，最好一次性全发出去。但是，发得太快，就有可能丢包。带宽小、路由器过热、缓存溢出等许多因素都会导致丢包。线路不好的话，发得越快，丢得越多。最理想的状态是，在线路允许的情况下，达到最高速率。但是我们怎么知道，对方线路的理想速率是多少呢？答案就是慢慢试。TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一，设计了一个慢启动（slow start）机制。开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度。Linux 内核里面 设定 了（常量TCP_INIT_CWND），刚开始通信的时候，发送方一次性发送10个数据包，即"发送窗口"的大小为10。然后停下来，等待接收方的确认，再继续发送。默认情况下，接收方每收到 两个TCP 数据包，就要 发送 一个确认消息。"确认"的英语是 acknowledgement，所以这个确认消息就简称 ACK。ACK 携带两个信息。发送方有了这两个信息，再加上自己已经发出的数据包的最新编号，就会推测出接收方大概的接收速度，从而降低或增加发送速率。这被称为"发送窗口"，这个窗口的大小是可变的。注意，由于 TCP 通信是双向的，所以双方都需要发送 ACK。两方的窗口大小，很可能是不一样的。而且 ACK 只是很简单的几个字段，通常与数据合并在一个数据包里面发送。即使对于带宽很大、线路很好的连接，TCP 也总是从10个数据包开始慢慢试，过了一段时间以后，才达到最高的传输速率。这就是 TCP 的慢启动。TCP 协议可以保证数据通信的完整性，这是怎么做到的？前面说过，每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么 ACK 的编号就不会发生变化。举例来说，现在收到了4号包，但是没有收到5号包。ACK 就会记录，期待收到5号包。过了一段时间，5号包收到了，那么下一轮 ACK 会更新编号。如果5号包还是没收到，但是收到了6号包或7号包，那么 ACK 里面的编号不会变化，总是显示5号包。这会导致大量重复内容的 ACK。如果发送方发现收到 三个 连续的重复 ACK，或者超时了还没有收到任何 ACK，就会确认丢包，即5号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP 保证了不会有数据包丢失。TCP是一个滑动窗口协议，即一个TCP连接的发送端在某个时刻能发多少数据是由滑动窗口控制的，而滑动窗口的大小实际上是由两个窗口共同决定的，一个是接收端的通告窗口，这个窗口值在TCP协议头部信息中有，会随着数据的ACK包发送给发送端，这个值表示的是在接收端的TCP协议缓存中还有多少剩余空间，发送端必须保证发送的数据不超过这个剩余空间以免造成缓冲区溢出，这个窗口是接收端用来进行流量限制的，在传输过程中，通告窗口大小与接收端的进程取出数据的快慢有关。另一个窗口是发送端的拥塞窗口(Congestion window)，由发送端维护这个值，在协议头部信息中没有，滑动窗口的大小就是通告窗口和拥塞窗口的较小值，所以拥塞窗口也看做是发送端用来进行流量控制的窗口。滑动窗口的左边沿向右移动称为窗口合拢，发生在发送的数据被确认时（此时，表明数据已被接收端收到，不会再被需要重传，可以从发送端的发送缓存中清除了），滑动窗口的右边沿向右移动称为窗口张开，发生在接收进程从接收端协议缓存中取出数据时。随着发送端不断收到的被发送数据的ACK包，根据ACK包中的确认序号和通告窗口大小使滑动窗口得以不断的合拢和张开，形成滑动窗口的向前滑动。如果接收进程一直不取数据，则会出现0窗口现象，即滑动窗口左边沿与右边沿重合，此时窗口大小为0，就无法再发送数据。在TCP里，接收端(B)会给发送端(A)报一个窗口的大小，叫Advertised window。1.在没有收到B的确认情况下，A可以连续把窗口内的数据都发送出去。凡是已经发送过的数据，在未收到确认之前都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。2.发送窗口里面的序号表示允许发送的序号。显然，窗口越大，发送方就可以在收到对方确认之前连续发送更多数据，因而可能获得更高的传输效率。但接收方必须来得及处理这些收到的数据。3.发送窗口后沿的后面部分表示已发送且已收到确认。这些数据显然不需要再保留了。4.发送窗口前沿的前面部分表示不允许发送的，应为接收方都没有为这部分数据保留临时存放的缓存空间。5.发送窗口后沿的变化情况有两种：不动（没有收到新的确认）和前移（收到了新的确认）6.发送窗口前沿的变化情况有两种：不断向前移或可能不动（没收到新的确认）TCP的发送方在规定时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段。这种重传的概念很简单，但重传时间的选择确是TCP最复杂的问题之一。TCP采用了一种自适应算法，它记录一个报文段发出的时间，以及收到响应的确认的时间这两个时间之差就是报文段的往返时间RTT。TCP保留了RTT的一个加权平均往返时间。超时重传时间RTO略大于加权平均往返时间RTT：即Round Trip Time，表示从发送端到接收端的一去一回需要的时间，tcp在数据传输过程中会对RTT进行采样（即对发送的数据包及其ACK的时间差进行测量，并根据测量值更新RTT值，具体的算法TCPIP详解里面有），TCP根据得到的RTT值更新RTO值，即Retransmission TimeOut，就是重传间隔，发送端对每个发出的数据包进行计时，如果在RTO时间内没有收到所发出的数据包的对应ACK，则任务数据包丢失，将重传数据。一般RTO值都比采样得到的RTT值要大。如果收到的报文段无差错，只是未按序号，中间还缺少一些序号的数据，那么能否设法只传送缺少的数据而不重传已经正确到达接收方的数据？答案是可以的，选择确认就是一种可行的处理方法。如果要使用选项确认SACK，那么在建立TCP连接时，就要在TCP首部的选项中加上“允许SACK”的选项，而双方必须都事先商定好。如果使用选择确认，那么原来首部中的“确认号字段”的用法仍然不变。SACK文档并没有明确发送方应当怎么响应SACK.因此大多数的实现还是重传所有未被确认的数据块。一般说来，我们总是希望数据传输的更快一些，但如果发送方把数据发送的过快，接收方就可能来不及接收，这会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。在计算机网络中的链路容量，交换节点中的缓存和处理机等，都是网络的资源。在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏。这种情况就叫做拥塞。拥塞控制方法：1.慢开始和拥塞避免2.快重传和快恢复3.随机早期检测1.一开始，客户端和服务端都处于CLOSED状态2.先是服务端主动监听某个端口，处于LISTEN状态（比如服务端启动，开始监听）。3.客户端主动发起连接SYN，之后处于SYN-SENT状态（第一次握手，发送 SYN = 1 ACK = 0 seq = x ack = 0）。4.服务端收到发起的连接，返回SYN，并且ACK客户端的SYN，之后处于SYN-RCVD状态（第二次握手，发送 SYN = 1 ACK = 1 seq = y ack = x + 1）。5.客户端收到服务端发送的SYN和ACK之后，发送ACK的ACK，之后处于ESTABLISHED状态（第三次握手，发送 SYN = 0 ACK = 1 seq = x + 1 ack = y + 1）。6.服务端收到客户端的ACK之后，处于ESTABLISHED状态。（需要注意的是，有可能X和Y是相等的，可能都是0，因为他们代表了各自发送报文段的序号。）TCP连接释放四次挥手1.当前A和B都处于ESTAB-LISHED状态。2.A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接。3.B收到连接释放报文段后即发出确认，然后B进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器进程这时应通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时TCP连接处于半关闭状态，即A已经没有数据发送了。从B到A这个方向的连接并未关闭，这个状态可能会持续一些时间。4.A收到来自B的确认后，就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态，等待B发出的连接释放报文端。5.若B已经没有向A发送的数据，B发出连接释放信号，这时B进入LAST-ACK(最后确认)状态等待A的确认。6.A再收到B的连接释放消息后，必须对此发出确认，然后进入TIME-WAIT（时间等待）状态。请注意，现在TCP连接还没有释放掉，必须经过时间等待计时器（TIME－WAIT timer）设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态。7。B收到A发出的确认消息后，进入CLOSED状态。以请求百度为例，看一下三次握手真实数据的TCP连接建立过程我们再来看四次挥手。TCP断开连接时，会有四次挥手过程，标志位是FIN，我们在封包列表中找到对应位置，理论上应该找到4个数据包，但我试了好几次，实际只抓到3个数据包。查了相关资料，说是因为服务器端在给客户端传回的过程中，将两个连续发送的包进行了合并。因此下面会按照合并后的三次挥手解释，若有错误之处请指出。第一步，当主机A的应用程序通知TCP数据已经发送完毕时，TCP向主机B发送一个带有FIN附加标记的报文段（FIN表示英文finish）。第二步，主机B收到这个FIN报文段之后，并不立即用FIN报文段回复主机A，而是先向主机A发送一个确认序号ACK，同时通知自己相应的应用程序：对方要求关闭连接（先发送ACK的目的是为了防止在这段时间内，对方重传FIN报文段）。第三步，主机B的应用程序告诉TCP：我要彻底的关闭连接，TCP向主机A送一个FIN报文段。第四步，主机A收到这个FIN报文段后，向主机B发送一个ACK表示连接彻底释放。这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。原因有二：一、保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭二、保证这次连接的重复数据段从网络中消失先说第一点，如果Client直接CLOSED了，那么由于IP协议的不可靠性或者是其它网络原因，导致Server没有收到Client最后回复的ACK。那么Server就会在超时之后继续发送FIN，此时由于Client已经CLOSED了，就找不到与重发的FIN对应的连接，最后Server就会收到RST而不是ACK，Server就会以为是连接错误把问题报告给高层。这样的情况虽然不会造成数据丢失，但是却导致TCP协议不符合可靠连接的要求。所以，Client不是直接进入CLOSED，而是要保持TIME_WAIT，当再次收到FIN的时候，能够保证对方收到ACK，最后正确的关闭连接。再说第二点，如果Client直接CLOSED，然后又再向Server发起一个新连接，我们不能保证这个新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的。也就是说有可能新连接和老连接的端口号是相同的。一般来说不会发生什么问题，但是还是有特殊情况出现：假设新连接和已经关闭的老连接端口号是一样的，如果前一次连接的某些数据仍然滞留在网络中，这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server，由于新连接和老连接的端口号是一样的，又因为TCP协议判断不同连接的依据是socket pair，于是，TCP协议就认为那个延迟的数据是属于新连接的，这样就和真正的新连接的数据包发生混淆了。所以TCP连接还要在TIME_WAIT状态等待2倍MSL，这样可以保证本次连接的所有数据都从网络中消失。硬件速度网络和服务器的负载请求和响应报文的尺寸客户端和服务器之间的距离TCP 协议的技术复杂性TCP 连接建立握手；TCP 慢启动拥塞控制；数据聚集的 Nagle 算法；用于捎带确认的 TCP 延迟确认算法；TIME_WAIT 时延和端口耗尽。介绍完毕，就这？是的，就这。补充：大部分内容为网络整理，方便自己学习回顾，参考文章：TCP 协议简介TCP协议图文详解什么是TCP协议？wireshark抓包分析——TCP/IP协议TCP协议的三次握手和四次挥手TCP协议详解TCP带宽和时延的研究(1)

通常PLC的使用说明书上有通信协议的格式，大多采用Modbus协议，要例子可以用类似格西烽火之类的软件，自带了Modbus协议测试例子。
你的是S7-200还是Smart 200？是要走MODBUS RTU协议吗？这个协议是基于RS232、RS485的一种串口通信协议。RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。 接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。
不同品牌的PLC的MODBUS通讯程序是不一样的

就是RS-232的串口通信协议。一个TX端，一个RX端，分别用于发送和接收数据。 具体如下：串行通信协议分同步协议和异步协议。（1）异步通信协议的实例——起止式异步协议图3特点与格式：起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图3所示。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值0），字符本身有5～7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后是一位，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。从图中可以看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起始式协议。传送时，数据的低位在前，高位在后，图4表示了传送一个字符E的ASCAII码的波形1010001。当把它的最低有效位写到右边时，就是E的ASCII码1000101=45H。图4起／止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平时，告诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。而停止位标志一个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发，何时结束的标志。传送开始前，发收双方把所采用的起止式格式（包括字符的数据位长度，停止位位数，有无校验位以及是奇校验还是偶校验等）和数据传输速率作统一规定。传送开始后，接收设备不断地检测传输线，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”（停止位或空闲位）之后，检测到一个下跳沿，说明起始位出现，起始位经确认后，就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉，把数据位拼装成一个并行字节，并且经校验后，无奇偶错才算正确的接收一个字符。一个字符接收完毕，接收设备有继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一个字符的开始，直到全部数据传送完毕。由上述工作过程可看到，异步通信是按字符传输的，每传输一个字符，就用起始位来通知收方，以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者的时钟频率略有偏差，这也不会因偏差的累积而导致错位，加之字符之间的空闲位也为这种偏差提供一种缓冲，所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在每个字符的前后加上起始位和停止位这样一些附加位，使得传输效率变低了，只有约80%。因此，起止协议一般用在数据速率较慢的场合（小于19.2kbit/s）。在高速传送时，一般要采用同步协议。（2）面向字符的同步协议特点与格式：这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议(BSC）。它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字。由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议。特定字符（控制字符）的定义：由上面的格式可以看出，数据块的前后都加了几个特定字符。SYN是同步字符(synchronous Character），每一帧开始处都有SYN，加一个SYN的称单同步，加两个SYN的称双同步设置同步字符是起联络作用,传送数据时,接收端不断检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。接着的SOH是序始字符（Start Of Header），它表示标题的开始。标题中包括院地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(Start Of Text），它标志着传送的正文（数据块）开始。数据块就是被传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符ETB（End Of Transmission Block）或文终字符ETX(End Of Text)，其中ETB用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用文终字符ETX。一帧的最后是校验码，它对从SOH开始到ETX（或ETB）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC。另外，在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制字，它们的名称如下表所示：数据透明的实现：面向字符的同步协议，不象异步起止协议那样，需要在每个字符前后附加起始和停止位，因此，传输效率提高了。同时，由于采用了一些传输控制字，故增强了通信控制能力和校验功能。但也存在一些问题，例如，如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题，因为在数据块中完全有可能出现与特定字符代码相同的数据字符，这就会发生误解。比如正文有个与文终字符ETX的代码相同的数据字符，接收端就不会把它当作为普通数据处理，而误认为是正文结束，因而产生差错。因此，协议应具有将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。为此，协议中设置了转移字符DLE(Data Link Escape)。当把一个特定字符看成数据时，在它前面要加一个DLE，这样接收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符，而不会把它当作控制字符来处理了。DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块中时，也要在它前面加上另一个DLE。这种方法叫字符填充。字符填充实现起来相当麻烦，且依赖于字符的编码。正是由于以上的缺点，故又产生了新的面向比特的同步协议。（3）面向比特的同步协议特点与格式：面向比特的协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control),国际标准化组织ISO(International Standard Organization）的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data link Control),美国国家标准协会(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规程ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure)。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称“面向比特”的协议。这中协议的一般帧格式如图5所示：图5帧信息的分段：由图5可见，SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场(Filed），所有场都是从有效位开始传送。（1）SDLC/HDLC标志字符：SDLC/HDLC协议规定，所有信息传输必须以一个标志字符开始，且以同一个字符结束。这个标志字符是 01111110，称标志场(F)。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧(Frame)。所有的信息是以帧的形传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索“01111110”来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。（2）地址场和控制场：在标志场之后，可以有一个地址场A(Address）和一个控制场C(Control)。地址场用来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若干个命令。SDLC规定A场和C场的宽度为8位或16位。接收方必须检查每个地址字节的第一位，如果为“0”，则后面跟着另一个地址字节；若为“1”，则该字节就是最后一个地址字节。同理，如果控制场第一个字节的第一位为为“0”，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。（3）信息场：跟在控制场之后的是信息场I(Information)。I场包含有要传送的数据，并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为0，当它为0时，则这一帧主要是控制命令。（4）帧校验信息：紧跟在信息场之后的是两字节的争校验，帧校验场称为FC(Frame Check)场或称为帧校验序列FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC均采用16位循环冗余校验码CRC（Cyclic Redundancy Code)。除了标志场和自动插入的“0”以外，所有的信息都参加CRC计算。实际应用时的两个技术问题：（1）“0”位插入/删除：如上所述，SDLC/HDLC协议规定以01111110为标志字节，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，为了把它与标志区分开来，所以采取了“0”位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息（除标志字节外）时，只要遇到连续5个“1”，就自动插入一个“0”，当接收端在接收数据时（除标志字节）如果连续收到5个“1”，就自动将其后的一个“0”删除是，以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。 （2）SDLC/HDLC异常结束：若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协议常用异常结束(Abort)字符，或称为失效序列使本帧作废。在HDLC规程中，7个连续的“1”被作为失效字符，而在SDLC中失效字符是8个连续的“1”。当然在试销序列中不使用“0”位插入/删除技术。SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲（Idle)信号。
I2C总线是内部总线，用来连接内部系统内的芯片。比如mcu和存储器、键盘现实芯片、ad转换等等。 串口通信是用来和系统外部的设别通信的。比如设备和设备之间通信。 I2C和串口在通信协议上可以做到一样，也可做到不一样，这取决与具体的情况。 mcu和2402通信，mcu和电脑通信它们之间的协议软件可以做到完全一样 比如mcu发送1 2402和电脑发送2。

要想容易理解，站在设计者的角度来看就行了：当你铺设一个网络时你会发现，你设计的网用起来可能会不传输信息，或传输信息时信息之间常常发生冲突，使数剧无法顺利而正确地传输。这时你会怎么办呢？你是不是会想设计一套软件，来让信息有续而且合理地传输呢？是不是想设计一套软件来处理你的信息，让它们能转化成更有效转输的信号形式呢？（比如以“曼切斯特”波的形式传就可以传时钟信号，让数剧的接与发都同步，这样才能正确地传输数剧）。为了这样你就编了一套控制数剧传播的软件，这套软件，就是一个“协议”。TCPIP就是一个这样的协议,它的本质就是一套大型的控制网络数剧传输的软件。
TCP/IP（Transmission Control Protocol，TCP）即传输控制协议或网间协议 IP负责信息的实际传送,而TCP则保证所传送的信息是正确的。 比如说在数据传送中，可以形象地理解为有两个信封，TCP和IP就像是信封，要传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将TCP信封塞入IP大信封，发送上网。在接受端，一个TCP软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此，TCP/IP在INTERNET中几乎可以无差错地传送数据。
就是一个约定好的通信协议,就像中国人说中文一样，对一个不懂外语的人说外语他肯定不明白．TCP/IP协议也是一样,是一编定好的数据传输过程.如果不用这种方式包装并发送数据,那对方电脑就不认识了(当然还有别的协议可用).当然这只是简单来说,实际TCP/IP协议的内容是很丰富的.
就象写信寄信一样,TCP是写信,装信,IP是信封上的地址. TCP是把信息分段,打包,发送,IP是要发到的地址
先来说什么叫协议，它就好比我们日常生活中你与别人或某个行业进行交易活动时，彼此都会有一定的约定。而网络上的TCP/IP协议只是7层中的网络层与网络层间的一个通信”约定“而也。就像我们生活中处于不同层次的交易约定一样。这样说你能明白嘛？

针对便携产品应用的红外数据通信模块(图)作者：解放军理工大学刘荣何敏　日期：2005-6-1摘要：红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。目前大多数作为采样数据的终端希望通过串口或红外接口与移动设备（如掌上电脑等）进行通信。和传统的遥控器中采用的红外相比较，红外数据传输的实现方式是不同的。在笔记本电脑，手机，PDA和数码相机上的红外传输均采用红外数据传输。本文介绍了红外数据通信实现的原理，标准和方法。以实现和PDA（奥克码—桑夏PPC2188型）的红外数据通信为例介绍了该模块的实现原理和方法。　　关键词：IrDA；红外通信；PDA---传统的红外通信设备主要是指红外遥控器和早期的PDA中采用的38kHz红外调制和解调方式。这种方式实现简单，但是误码率较高，不适合进行数据传输，特别是数据量大的时候。为此，IrDA组织(InfraredDataAssociation)规定了红外数据传输的标准IrDA，它规定了通过红外设备进行无线传输的方法。1994年，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即IrDA1.0。IrDA规范包含两个设备之间通信的标准以及与其他设备进行通信的协议。IrDA标准包含设备之间通信数据的格式以及与其他设备进行通信的协议。目前符合IrDA的设备有：笔记本电脑，手机，掌上电脑，数码相机等。Linux操作系统支持IrDA。目前，很多公司根据该标准生产了各种用于红外数据传输的芯片，如HP公司生产的HSDL-1000、HSDL-4230、HSDL-4220和HSDL-7000，Zilog生产的ZHX1010、ZHX1210、ZHX1810、ZHX1820。在桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA上采用的就是ZHX1810芯片。下面分别介绍传统的红外通信和红外数据通信的实现原理和方法。1传统的红外通信　　---1．1原理　　---传统的红外设备传输数据时，可以采用38kHz的载波进行调制和解调。采用调幅的方式对数据进行调制，通过发光二极管将数据发送出去；采用专门的解调芯片接受红外发送来的数据。　　---1．2实现方法　　---在终端上实现数据的红外通信中，采用了图1中的电路图。其中IFR_CLK输出频率为38kHz的方波，TXD为待发送的数据，两个信号通过有MC9013组成的电路进行调制，通过TSAL6200调制过的信号发送出去；　　---SFH5110—38为载波为38kHz的解调芯片，接受外部来的信号，将解调后的数据送到RXD；　　---在终端中，采用了以上的电路和单片机进行连接，就可以实现传统的载波（38kHz）调制解调的红外通信。其中TXD和RXD分别接在单片机的串口的发送端和接受端，IFR_CLK接在一般的IO口上。　　---在单片机的软件实现中，最主要的是在需要发送数据的时候用定时器在IFR_CLK口线上产生38kHz的方波。在这里，串口的速率一般较低。---1．3缺点　　---（1）采用调幅进行传输，抗干扰能力差；　　---（2）在发送数据时，输出的功率一定时，用于信号传输的功率小，接收到的数据的信噪比小，容易误判数据；　　---（3）受到输出功率的影响，数据传输的距离短,速度慢；　　---（4）受到传输速率的影响，传输的数据量不能太大；　　---（5）由于没有相应的协议支持，将接收到的所有数据（包括正常的数据和干扰引起的非正常数据）送到RXD。2红外数据通信　　---2．1红外数据通信的速率和物理层的数据帧格式　　---在红外数据传输中，对串口发送的数据采用脉冲进行调制的方式。在IrDA标准1.0中，脉冲的宽度为3/16的BIT占空比或者为固定的1.63μs的脉冲宽度。IrDA1.0简称为SIR，以系统的异步通信收发器(UART)为依托，由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通信速率只有115.2Kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。在图2中给出了脉冲调制前的异步串口UART的数据帧格式和进行脉冲调制后的红外IR帧格式，其中，红外脉冲调制中的没有脉冲代表UART中的“1”，红外脉冲调制中有脉冲代表UART中的“0”；在没有串口数据传送时，红外数据帧中没有脉冲。---1996年，颁布了IrDA标准1.1，即快速红外通信，简称为FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通信速率有了质的飞跃，可达到4Mbps的水平。FIR采用了全新的4PPM调制解调(PulsePositionModulation)，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115.2Kbps以下的速率依旧采用SIR的那种编码解码过程，所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信，只有在通信对方也支持FIR时，才将通信速率提升到更高水平。对4Mbps的速率，需要使用1/4的脉冲的相位进行调制（即所谓的4PPM调制），利用脉冲四个不同的相位（位置）的一个脉冲对两个BIT进行编码。因此，前面利用脉冲有无进行调制，这里利用脉冲及脉冲的位置确定调制和解调的信号。例如，两个BIT00调制为1000(一个BIT，其中第一个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)，两个BIT01调制为0100(一个BIT，其中第二个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)。这样，用4个脉冲就可以传输一个字节的数据量。在和终端进行通信的设备中，数据的传输通常以系统的异步通信收发器(UART)为依托，我们只需要采用符合IrDA标准1.0的红外器件。目前，红外数据传输芯片包括两种，一种以HP公司HSDL-1000芯片为代表，HSDL-1000的一端输入为符合IrDA1.0标准的红外数据，一端为异步通信(UART)数据，可以直接用在终端中作为UART和红外数据的转换器。另外一种以Zilog生产的ZHX1810为代表，只是将红外信号转换为电信号，或将电信号转换为红外信号的红外收发器件，这种芯片在终端设备中需要应用时，需要将脉冲转换为异步通信的数据，或将异步通信的数据转换为脉冲信号方可使用。　　---2．2采用脉冲进行调制的原因　　---红外接收器需要一种方式来区分周围的干扰,噪声和信号。为了这个目的，通常利用尽可能高的输出功率:高的功率表示在接收器中的大电流，有好的信噪比。然而,IR-LED（红外灯）不可能在全部的时间连续的以高功率进行数据的发送。因此,使用每个BIT只有3/16或1/4脉冲宽度的信号进行传输。这样，输出的功率可以达到IR-LED（红外灯）连续闪烁的最大功率的4～5倍。另外,传输的途径不会携带直流成分(由于接收器连续的适应周围的环境,只检测环境变化),这样必须利用脉冲调制。　　---2．3红外数据通信的协议　　---在红外数据通信中，很容易受到外界的干扰，只有符合一定格式的数据才是正确的数据。为此，IrDA标准指定三个基本的规范和协议，包括：物理层规范(PhysicalLayerLinkSpecification)，连接建立协议(LinkAccessProtocol:IrLAP)和连接管理协议（LinkManagementProtocol:IrLMP)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。它们之间的关系如图3所示。---奥克码—桑夏PPC2188型PDA的操作系统为桑夏2000操作系统，该操作系统为嵌入式的中文操作系统，其中有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。终端需要和PDA进行红外通信的时候，也需要有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。有了支持红外通信的IrDA红外通信协议栈，终端不仅可以和PDA进行通信，也可以同带有红外通信口的笔记本电脑、手机、掌上电脑、数码相机等进行红外通信。3实现终端与PDA的红外通信　　---在终端设备中，要实现和PDA的红外通信，除了要实现将红外数据转换为UART数据，还需要编制IrLAP和IrLMP层的协议。为了降低成本，我们直接采用了红外收发器件ZiLOG生产的红外收发器作为物理层的部分器件，而将脉冲和UART之间的数据转换用软件来实现。目前，实现了以下的硬件和软件的研制和测试，这种终端与PDA的红外通信是可靠的。　　---3．1ZHX1810---ZiLOG为OEM客户和最终用户提供了完整的红外数据收发方案。ZiLOG的红外收发器被广泛的应用于各种PDA产品，移动电话以及相关领域中。　　---最新公布的几款红外收发器ZHX1403，ZHX3403，以及ZHX1203，他们都具有极小巧的外型尺寸，ZiLOG称之为Ultraslim结构。此外ZHX1403和ZHX3403还具有AlwaysOn技术，使得长时间的红外功能开启成为了可能，这无疑为红外设备的应用增加了更多的可能性。　　---在本系统的设计中，采用了ZiLOG的ZHX1810。由于红外收发器也可以接收到自己发出的数据，实现的红外数　　据通信是半双工的。　　---在图4中给出了ZHX1810的内部结构。　　---LEDA：通过一个外接的电阻接到电源上，给LED提供电流。　　---TXD：用来传输串行数据。通过一个电阻接到地上，当关闭模式时处于开路状态。　　---RXD：用来接收串行数据（在关闭模式时处于三态），不需要外接电阻。　　---SD：用来将内部的电路控制在关闭模式。　　---在Vcc和GND之间接一个0.33μF的电容。　　---3.2硬件组成　　---为了使终端的功能和红外通信之间相对独立，我们利用了单独的单片机AT89C2051实现红外协议栈中的相关协议。AT89C2051接收到TXD发来的数据，进行处理之后将UART数据转换为对应的脉冲数据，通过ZHX1810发送出去；AT89C2051接收到ZHX1810发送来的脉冲数据，根据IrDA的相关协议栈进行解释后，将数据通过RXD以UART数据形式发送出去。从而实现红外通信。　　---图5中的硬件电路是实现红外通信的最低硬件配置。如果需要适应不同的波特率，需要在硬件图中加跳线来识别。如果需要实现完整的IrDA协议栈，需要在电路中加上IIC总线的存储单元；或者采用带有数据总线和地址总线的单片机，加上RAM（如HM6116）来实现。　　---在这里，由于桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA可以跳过IrDA协议栈中的连接建立协议层和连接管理协议层，只需要实现物理层的部分功能，终端采用如下的电路图就可以实现和奥克码—桑夏系列的PDA之间的红外通信。---3．3软件实现的功能和流程　　---软件实现的功能如下。　　---软件的编写是终端和PDA进行红外通信的重点，考虑到软件的可移植性和程序执行的速度，采用了C语言进行编写，主要需要实现的功能如下：　　---（1）根据跳线识别不同的波特率，支持的波特率的传输范围为1200bps～57600bps；　　---（2）由于设置红外默认的状态为接收状态；　　---（3）物理层判断红外口有无接收到脉冲数据，将接收到的脉冲进行解释后送到红外数据接收缓存区；　　---（4）实现连接建立协议层IrLAP，和PDA建立连接；注意，这种建立的连接是单工的，只有在该次通信完成时才建立下次的连接；　　---（5）实现连接管理协议层IrLMP的功能；　　---（6）将从红外接收的数据通过RXD送到终端的异步串口接收端；　　---（7）从终端的异步串口发送端接收数据，根据IrDA协议栈，和PDA建立连接后，将从终端接收到的数据通过红外发送到PDA；　　---在软件的实现中，对终端的数据传输而言，数据是进行半双工的透明的传输。　　---软件的流程如图6所示。4总结　　---为了便于将这样的模块应用于各种带有红外的移动终端设备的红外数据通信，我们采用了单独的MCU来实现串口数据和红外数据之间的转换。由于波特率的传输范围为1200～57600bps，我们只实现了目前广泛使用的SIR标准通信。该模块已经应用在和PDA红外通信的电路中，性能稳定。参考文献　　1何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，1998　　2InfraredDataAssociationSerialInfraredPhysicalLayerSpecification　　3ZHX1810SlimLine(tm)SIRTransceiver