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  • 常用通信协议有哪些
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    2021-06-24 07:42:19

    计算机网络在人们的日常生活和工作中的作用越来越大,与此同时网络的安全性也受到了冲击。网络通信时总会在网络协议中留下痕迹,基于网络数据的协议分类是协议分析中格式推断和语义分析的基础,那数据传输协议都有哪些?下面贤集网小编为大家分享五种常用网络协议。

    1、网络协议分类的方法

    当前,在开放式网络协议中,主要分成两种类型:网际标准化组织的开发系统互联协议ISO/OSI,网际互联网所使用的TCP/IP。前者属于一种十分规范的协议,该协议是专家学者们制定出来的,但是这种协议并没有被实际网络使用,而TCP/IP主要是从实验室然后到世界性的互联网,这一协议在实践中得到逐渐完善。

    网络协议分类的方法从研究手段分可划为两类,即指令代码分析(基于指令代码的协议識别)和报文序列分析(基于网络数据的协议识别)。报文序列分析相比于指令代码分析通用性更强,它不关心报文所在协议层次,并且对终端依赖较小。在协议种类复杂的情况下,如果数据量足够大,它的分析速度优于指令代码分析方式。但是对于加密协议,由于已经破坏了其统计规律,通过报文序列分析的方式很难得到理想结果,而且这种方法对样本的要求较高,如果样本中某类格式的协议比较少,该类协议就容易被忽略。

    根据研究对象的不同,报文序列分析可分为四类:未加密已知协议分类、加密已知协议分类、未加密未知协议分类、加密未知协议分类。传统的协议分类方法大都以统计规律为基础,通过查找高频的特征,采用不同的算法来进行分类,包括基于端口的分类、基于特征字段的分类、基于流量特征的分类等。其他方法有基于隐马尔可夫模型、基于正则表达式的分类等,这些方法多通过提高查找频繁特征的准确性来提高分类的精度。

    数据传输协议都有哪些?

    常见的网络协议有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议、Microsoft网络的文件和打印机共享。在局域网中用得的比较多的是IPX/SPX。用户如果访问Internet,则必须在网络协议中添加TCP/IP协议。具体介绍如下:

    2426da51257a00542937ddb8425588ef.jpg

    TCP/IP协议

    TCP/IP协议是协议中的老大,用得最多,只有TCP/IP协议允许与internet进行完全连接。现今流行的网络软件和游戏大都支持TCP/IP协议。

    IPX/SPX协议

    IPX/SPX协议是Novell开发的专用于NetWare网络的协议,现在已经不光用于NetWare网络,大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议,例如星际、cs。虽然这些游戏都支持TCP/IP协议,但通过IPX/SPX协议更省事,不需要任何设置。IPX/SPX协议在局域网中的用途不大。它和TCP/IP协议的一个显著不同是它不使用ip地址,而是使用mac地址。

    NetBEUI协议

    NetBEUI协议是有IBM开发的非路由协议,实际上是NetBIOS增强用户接口,是Windows 98前的操作系统的缺省协议,特别适用于在“网上邻居”传送数据,大大提高了在“网上邻居”查找电脑的速度。如果一台只装了TCP/IP协议的Windows 98电脑想加入到WINNT域,也必须安装NetBEUI协议。

    二进制数据协议

    原理:直接将内存里的对象保存为二进制数据,然后通过封包(size+(二进制数据))的方式发送出去,解包的时候,读取size,然后读取二进制数据,再根据二进制的结构体描述文件来解开这个包,获取每个数据成员的数据。

    json数据协议

    json数据协议,为了改变二进制的不足,改变二进制的封包与解包需要以来于每个协议的对象,使用跨语言的数据交换格式json与xml相比,体积会比xml小,可读性比二进制好,跨语言的封包和解包,每个语言只需要实现json的解码编码即可。

    五种常用网络协议

    1、Telnet(Remote Login):提供远程登录功能,一台计算机用户可以登录到远程的另一台计算机上,如同在远程主机上直接操作一样。

    2、FTP(File Transfer Protocol):远程文件传输协议,允许用户将远程主机上的文件拷贝到自己的计算机上。

    3、SMTP(Simple Mail transfer Protocol):简单邮政传输协议,用于传输电子邮件。

    4、NFS(Network File Server):网络文件服务器,可使多台计算机透明地访问彼此的目录。

    5、UDP(User Datagram Protocol):用户数据包协议,它和TCP一样位于传输层,和IP协议配合使用,在传输数据时省去包头,但它不能提供数据包的重传,所以适合传输较短的文件。

    以上就是关于数据传输协议都有哪些?五种常用网络协议的知识介绍,早期主要采用基于端口的协议识别方法对未加密的已知协议进行分析。随着计算机的普遍应用和各种应用程序的出现,新出现的协议开始采用动态端口来进行通信和数据传输,或者采用端口复用技术,这就使得端口识别技术应用越来越受限。

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  • 常见通信协议整理归纳

    千次阅读 2021-11-14 16:53:14
    此外,每一个设备都自己的时钟,很可能在通信过程中两台设备之间出现了不同步。因此,停止位还可以提供计算机校正时钟的机会。停止位个数越多,传输越稳定,但也越慢。 四.RS232、RS485 为了使远距离的设备正常...

    一.串行通信与并行通信

     

    1.串行通信:简称串口(串行接口),指数据一位一位地顺序传送,比如:UART,RS232,RS485等,串行通信根据发送时源和接收时源是否保持一致,又分为同步通信和异步通信,其优点是只需要几条线就可以在系统之间交换信息

    2.并行通信:数据的每一位同时在多根数据线上发送或者接收信息,成本高,不适宜远距离通信

    二.单工,半双工和全双工

    图片来自于(2条消息) 单工、半双工和全双工_mayue_csdn的博客-CSDN博客_单工、半双工和全双工

    a.单工:数据单向传输;

    b.半双工:接口任意时刻只能接收或者发送数据,并存在最大传输距离的限制

    c.全双工:接口可以同时接收和发送数据,而且消除了半双工物理距离的限制

    三.UART

    UART意为通用异步收发传输器,双向异步串行通信+全双工

    图片来自于了解UART总线工作原理看这一篇就够了! - 知乎 (zhihu.com)

    在两个UART之间传输数据只需要两根线,数据从发送UART的Tx引脚流向接收UART的Rx引脚

    数据通信格式如下图:

    图片来自于UART串口协议详解 - 知乎 (zhihu.com)

    (1)URAT规定,总线为空闲状态时,信号线状态为1;

    (2)起始位为0;

    (3)数据位,先发送最低位,最后发送最高位;

    (4)奇偶校验位:检查UART在传输过程中是否有数据发生变化;

    (5)停止位:通知传输数据包结束;此外,每一个设备都有自己的时钟,很可能在通信过程中两台设备之间出现了不同步。因此,停止位还可以提供计算机校正时钟的机会。停止位个数越多,传输越稳定,但也越慢。

    四.RS232、RS485

    为了使远距离的设备正常通信,RS232,RS485应运而生。RS232的传输距离在15m左右,RS485的传输距离可以达到1.2KM,一般情况下,两单片机可以通过电平转化的芯片(比如SP3232芯片)将TTL信号转化成RS232信号,这样就可以延长通信距离。

    RS232存在的问题:接口的信号电平值较高,容易损坏接口电路的芯片,又因为和TTL不兼容,需要电平转换芯片与TTL电路连接;通信速度较低;易产生共模干扰,抗干扰性弱;传输距离还是较短(15m);

    RS485:与RS232相比,主要是通信距离进一步扩大,抗干扰能力增强,UART和RS232只能点对点通信,而RS485可以连接多个收发器,具有多站能力,可以建立一个设备网络。RS485采用差分信号进行数据传输,两线之间电压差+2v~+6v表示逻辑1,-2v~-6v表示逻辑0。因为采用两线制,数据的发送和接收都要使用这对差分信号线,接收和发送不能同时进行,所以只能采用半双工工作方式。

     五.I2C

    串行,半双工总线,适用于近距离,低速的通信。IIC总线有两根双向的信号线,一根数据线SDA用于收发数据,一根时钟线SCL通信双方时钟的同步。

     IIC总线是一种多主机总线,主机有权发起和结束一次通信,而从机只能被主机呼叫;当总线上有多个主机同时启动总线时,IIC也有仲裁功能防止产生错误,每个连接到IIC总线上的器件都有唯一的地址(7bit),每个器件都可以作为主机或者从机(同一时刻只能有一个主机)。

    通信过程:

    (1)主机发送起始信号启动总线

    (2)主机发送一个字节数据指明从机地址和后续字节传送方向(最后一位,0:主机->从机,1:从机->主机)

    (3)被寻址的从机发送应答信号回应主机

    (4)发送器发送一个字节数据

    (5)接收器发送应答信号回应发送器

    ....

    (n)通信完成后主机发送停止信号释放总线

    详细地说,SCL(时钟信号)为高电平,SDA(数据信号)由高变低表示起始信号,表示占用总线,SCL为高电平,SDA由低变高为停止信号,表示总线为空闲状态。

    图片来自于IIC原理超详细讲解---值得一看_Z小旋的博客-CSDN博客_iic原理

    IIC总线通信时每个字节为8位长度,数据传送时,先发最高位后发最低位,发送器发完一个字节后接收器必须发送一位应答来回应,即一帧有9位。时钟线SCL为低电平期间,发送器向数据线上发送一位数据,在此期间数据线上的信号允许发生变化,时钟线SCL为高电平期间接收器从数据线上读取一位数据,在此期间数据线上的信号不允许发生变化。

    六.SPI

    SPI:串行外设接口,是一种高速的,全双工,同步的串行通信总线。SPI采用主从方式工作,一般有一个主设备和一个或者多个从设备。SPI需要四根线,分别是MISO(主设备输入和从设备输出),MOSI(主设备输出和从设备输入),SCLK(时钟),CS(片选)。

    图片来自于SPI协议详解(图文并茂+超详细)_小麦大叔的博客-CSDN博客_spi

     寻址方式:当主设备要和某个从设备进行通信的时候,主设备需要向对应的从设备的片选线上发送使能信号,表示选中该从设备。

    图片来自于SPI协议详解(图文并茂+超详细)_小麦大叔的博客-CSDN博客_spi

    通信过程:SPI总线在进行数据传送时,先发送高位,后传送低位(与IIC一致),一个字节传送完成之后无需应答即可开始下一字节的传送;SPI总线采用同步方式工作,时钟线在上升沿或者下降沿时发送器向数据线上发送数据,在紧接下来的下降沿或者上升沿时接收器从数据线上读取数据,完成一位数据传送,八个时钟周期即可完成一个字节数据的传送。

    极性:CPOL=0,空闲时SCLK为低电平;CPOL=1,空闲时SCLK为高电平;

    相位:CPHA=0,每个周期的第一个时钟采样;CPHA=1,每个周期的第二个时钟采样;

    根据不同的极性和相位,SPI有四种工作状态

    SPI通讯的优势:全双工,高速,简单软件配置,数据传输不限于8位,并且从机不需要唯一的地址

    SPI的缺点:通常只支持一个主设备,没有从机应答信号,需要更多的引脚,传输距离短

    IIC和SPI的异同

    相同点:

    1.均采用串行同步的方式

    2.均采用TTL电平,传输距离和应用场景类似

    3.均采用主从方式工作

    不同点:

    1.IIC为半双工,SPI为全双工

    2.IIC有应答机制,SPI无应答机制

    3.IIC通过总线广播从机地址来寻址,SPI通过对从机发送使能信号来寻址

    4.IIC的时钟极性和相位固定,SPI可调

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  • 简单了解几种常见的网络通信协议

    千次阅读 2022-05-15 22:02:18
    它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且,TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。 2.TCP/IP协议的组成 TCP/IP...

      常见的网络协议有:TCP/IP协议、UDP协议、HTTP协议、FTP协议、Telnet协议、SMTP协议、NFS协议等。这里主要简述一下前三种协议。

    一.TCP/IP协议

    1.什么是TCP/IP协议?

      TCP/IP传输协议,即传输控制/网络协议,也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且,TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。

    2.TCP/IP协议的组成

    TCP/IP协议由四个层次组成:

    应用层:应用层是TCP/IP协议的第一层,是直接为应用进程提供服务的。

    (1)对不同种类的应用程序它们会根据自己的需要来使用应用层的不同协议,邮件传输应用使用了SMTP协议、万维网应用使用了HTTP协议、远程登录服务应用使用了有TELNET协议。 

    (2)应用层还能加密、解密、格式化数据。

    (3)应用层可以建立或解除与其他节点的联系,这样可以充分节省网络资源。 

    运输层:作为TCP/IP协议的第二层,运输层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在运输层中,TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用。 

    网络层:网络层在TCP/IP协议中的位于第三层。在TCP/IP协议中网络层可以进行网络连接的建立和终止以及IP地址的寻找等功能。 

    网络接口层:在TCP/IP协议中,网络接口层位于第四层。由于网络接口层兼并了物理层和      数据链路层所以,网络接口层既是传输数据的物理媒介,也可以为网络层提供一条准确无误的线路。

    3.TCP/IP协议的特点

    (1)协议标准是完全开放的,可以供用户免费使用,并且独立于特定的计算机硬件操作系统

    (2)独立于网络硬件系统,可以运行在广域网,更适合于互联网

    (3)网络地址统一分配,网络中每一设备和终端都具有一个唯一地址。

    (4)高层协议标准化,可以提供多种多样可靠网络服务。

    二.UDP协议

    1.什么是UDP协议?

      Internet 协议集支持一个无连接的传输协议,该协议称为用户数据报协议(UDP,User Datagram Protocol)。UDP 为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法。RFC 768描述了 UDP。

      Internet 的传输层有两个主要协议,互为补充。无连接的是 UDP,它除了给应用程序发送数据包功能并允许它们在所需的层次上架构自己的协议之外,几乎没有做什么特别的事情。面向连接的是 TCP,该协议几乎做了所有的事情。

    2.UDP协议的报文格式

      在UDP协议层次模型中,UDP位于IP层之上。应用程序访问UDP层然后使用IP层传送数据包。IP数据包的数据部分即为UDP数据包。IP层的报头指明了源主机和目的主机地址,而UDP层的报头指明了主机上的源端口和目的端口。UDP传输的段(segment)有8个字节的报头和有效载荷字段构成。

      UDP报头由4个域组成,其中每个域各占用2个字节,具体包括源端口号、目标端口号、数据包长度、校验值。

    3. UDP协议的特点

    (1)UDP是一个无连接协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。

    (2)由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。

    (3)UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包而言UDP的额外开销很小。

    (4)吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。

    (5)UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

    三.HTTP协议

    1.什么是HTTP协议?

      超文本传输协议(Hyper Text Transfer Protocol,HTTP)是一个简单的请求-响应协议,它通常运行在TCP之上。它指定了客户端可能发送给服务器什么样的消息以及得到什么样的响应。请求和响应消息的头以ASCII形式给出;而消息内容则具有一个类似MIME的格式。

    2.HTTP的工作原理

    HTTP是基于客户/服务器模式,且面向连接的。典型的HTTP事务处理有如下的过程: 

    (1)客户与服务器建立连接;

    (2)客户向服务器提出请求;

    (3)服务器接受请求,并根据请求返回相应的文件作为应答;

    (4)客户与服务器关闭连接。

    3.HTTP协议的运作方式

      在WWW中,“客户”与“服务器”是一个相对的概念,只存在于一个特定的连接期间,即在某个连接中的客户在另一个连接中可能作为服务器。基于HTTP的客户/服务器模式的信息交换过程,它分四个过程:建立连接、发送请求信息、发送响应信息、关闭连接。

    4. HTTP协议的报文格式

    HTTP报文由从客户机到服务器的请求和从服务器到客户机的响应构成。请求报文格式如下: 

    请求行 - 通用信息头 - 请求头 - 实体头 - 报文主体

      请求行以方法字段开始,后面分别是URL字段和HTTP协议版本字段,并以CRLF结尾。SP是分隔符。除了在最后的CRLF序列中CF和LF是必需的之外,其他都可以不要。有关通用信息头,请求头和实体头方面的具体内容可以参照相关文件。

    应答报文格式如下:

    状态行 - 通用信息头 - 响应头 - 实体头 - 报文主体

      状态码元由3位数字组成,表示请求是否被理解或被满足。原因分析是对原文的状态码作简短的描述,状态码用来支持自动操作,而原因分析用来供用户使用。客户机无需用来检查或显示语法。有关通用信息头,响应头和实体头方面的具体内容可以参照相关文件。

    5.HTTP的状态消息

    HTTP状态码大致分为5类:

    1xx : 消息,这一类型的状态码,代表请求已被接受,需要继续处理。但是一般服务器禁止向客户端发送此类状态码;

    2xx : 成功,这一类型的状态码,代表请求已成功被服务器接收、理解、并接受;

    3xx : 重定向,这类状态码代表需要客户端采取进一步的操作才能完成请求;

    4xx : 请求错误,这类的状态码代表了客户端看起来可能发生了错误,妨碍了服务器的处理;

    5xx : 服务器错误,这类状态码代表了服务器在处理请求的过程中有错误或者异常状态发生,也有可能是服务器意识到以当前的软硬件资源无法完成对请求的处理。

    6.HTTP协议的特点

    1、无状态协议,HTTP协议对于事务处理没有记忆能力

    2、无连接,限制每次连接只处理一个请求

    3、HTTP协议支持客户和服务器模式

    4、HTTP协议非常的灵活,允许传输任意类型的数据对象

    5、HTTP协议非常的简单快速,客户向服务器请求服务的时候,只要传送请求方法和路径

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  • 常用网络通信协议结构图
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    千次阅读 2022-04-06 21:21:30
    常用硬件通信协议 通信协议是指双方实体完成通信所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式,信息单元应该包含的信息与含义,连接方式,信息发送和接收的时序,从而确保网络中数据顺利地传送到确定的...


    通信协议是指双方实体完成通信所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式,信息单元应该包含的信息与含义,连接方式,信息发送和接收的时序,从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。

    总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束, 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

    很多总线都支持不同的协议。

    • 串口通信:指串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比特字节(byte)的串行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容,内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位,双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中,常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
    • 并行通信:是指多比特数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,数据也就容易出错。
    • 同步通信:发送端在发送串行数据的同时,提供一个时钟信号,并按照一定的约定发送数据,接收端根据发送端提供的时钟信号,以及大家的约定,接收数据。如:I2C、SPI等有时钟信号的协议,都属于这种通信方式。
    • 异步通信: 接收方并不知道数据什么时候会到达,收发双方可以有各自自己的时钟。发送方发送的时间间隔可以不均,接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现信息同步的。这种传输通常是很小的分组,这种传输方式的效率是比较低的,因为额外加入了很多的辅助位作为负载,常用在低速的传输中。

    一、常见电平标准

    TTL电平:全双工(逻辑1: 2.4V–5V 逻辑0: 0V–0.5V);
    RS-232电平:全双工(逻辑1:-15V~-5V ;逻辑0:+3V~+15V);
    RS-485:半双工、(逻辑1:+2V~+6V 逻辑0: -6V~-2V)这里的电平指AB 两线间的电压差;
    RS-422:全双工、电器特性与 RS-485一致。

    除此之外,还有:
    CMOS:3~15V

    二、常见外部总线结构

    I2C总线
    CAN总线
    SPI总线
    UART总线

    1. I2C总线
      I2C总线结构
        I2C串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据线SDA,另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上,各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上,每个从设备需要接一个上拉电阻。

    2. CAN总线
      CAN总线结构
        CAN总线有两根信号线,总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L,各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输,为了避免信号的反射和干扰,还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻。为什么是120Ω,因为电缆的特性阻抗为120Ω,为了模拟无限远的传输线。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次,因此可在各节点之间实现自由通信。

    3. SPI总线:
      一个主机扩展多个外围器件

      SPI总线是全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,分别是:是MISO(主设备数据输入)、MOSI(主设备数据输出)、SCLK(时钟,由主设备产生)、CS(片选,由主设备控制)。其传输速度可达几Mb/s

    SPI的四根线分别为
    ①SDI(MISO) :主器件数据输入,从器件数据输出
    ②SDO(MOSI) :主器件数据输出,从器件数据输入
    ③SCLK:时钟信号,由主器件产生。
    ④CS:从器件使能信号,由主器件控制选择实能哪个器件
    SPI接口主要应用在 EEPROM,FLASH,RTC,实时时钟,ADC,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

    1. UART总线
      在这里插入图片描述
      URAT总线有两根数据线作为传输,TX用于数据输出,RX用于数据输入。

    三、硬件接口

    1. UART接口
      在这里插入图片描述
      UART有4个pin(VCC, GND, RX, TX), 用的TTL电平, 低电平为0(0V),高电平为1(3.3V或以上)。
    2. RS232、RS422、RS485接口
      在这里插入图片描述
      RS232每个接口的功能:
      | 1 | 载波检测 |
      | 2 | 接收数据Rxd |
      | 3 | 发送数据Txd |
      | 4 | 数据终端准备好 |
      | 5 | 信号地线 |
      | 6 | 数据设备准备好 |
      | 7 | 请求发送 |
      | 8 | 允许发送 |
      | 8 | 振铃提示 |

      RS-422 的电气性能与RS-485完全一样。主要的区别在于:RS-422 有4 根信号线:两根发送、两根接收。由于RS-422 的收与发是分开的所以可以同时收和发(全双工),也正因为全双工要求收发要有单独的信道,所以RS-422适用于两个站之间通信,星型网、环网,不可用于总线网;RS-485 只有2 根信号线,所以只能工作在半双工模式,常用于总线网。

    四、通信协议

    常用的硬件通信协议:

    1. UART串行数据总线

    2. RS232、RS485/RS422

    3. I2C总线协议(软硬件结合)

    4. SPI(软硬件结合)

    5. CAN(软硬件结合)

    6. ModBus协议(软件协议)

    7. USB协议

    8. 以太网通信

      MODBUS协议是一种软件协议,而RS232,RS485是一种电平标准,
      关系是在一种电平关系下应用一种MODBUS协议。
      MODBUS协议是一种人为约定的协议,他和SPI,IIC,CAN总线协议还是有些不同的,
      SPI,IIC,CAN总线这些协议必须是设备在硬件上支持的(但是也是可以通过软件模拟的,
      我们常常来用软件来模拟IIC的时序,达到IIC通信的目的),
      可以是SPI,IIC,CAN总线是一种软硬件的结合体,也就是常分为两层物理层和协议层,
      MODBUS本身就是类似于协议层的东西,
      而RS232和RS485就是一种物理层电平的东西。
      


      UART是应用于两个设备之间的通用异步串行收发传输器,用 两根线作为传输,TX用于数据输出,RX用于数据输入。如用单片机和单片机的通信。这样的通信可以做长距离的。UART的速度 最高达100K左右,用与计算机与设备或者计算机和计算之间通信,但有效范围不会很长,约 10米左右。
      UART通信需要收发双方约定一个波特率,发送数据时收发双方事先约定好发送数据帧格式(如:1个起始位,8个数据位,一个校验位,一个停止位)和波特率,数据格式也可以根据需要自行约定。

    UART传输数据格式

    (1)RS232通信标准

      RS232是一种船型数据通信的标准,优点是传输线少,配线简单,发送距离可以比较远。波特率和距离成反比,高波特率常用于放置很近的仪器之间的通信。

      RS232和TTL的区别:其实就是电平上的区别,RS232的电平通常为+12V和-12V,通过MAX232一类的电平转换芯片,就能转换为0-5V的TTL电平,本质上通信协议标准都是一样的。

    	RS-232 接口(也称为COM接口)
    | 1 | 载波检测 |
    | 2 | 接收数据Rxd |
    | 3 | 发送数据Txd |
    | 4 | 数据终端准备好 |
    | 5 | 信号地线 |
    | 6 | 数据设备准备好 |
    | 7 | 请求发送 |
    | 8 | 允许发送 |
    | 8 | 振铃提示 |

    RS-232 接口标准的缺点:
    ① 接口的信号电平值较高,易损坏接口电路芯片,又因为232电平与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;
    ③传输距离有限,实际使用时也就15M左右; 
    ④接口使用一根发射线和一根接收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;
    ⑤RS-232 只容许一对一的通信,没有考虑构成串行总线。
    

    RS232的电气特性:
    1)RS-232串口通信最远距离是50英尺=15m
    2)RS232可做到双向传输,全双工通讯,最高传输速率20kbps
    3)RS-232C上传送的数字量采用负逻辑,且与地对称
    逻辑1:-3 ~-15V
    逻辑0:+3~+15V
    与单片机连接时需要加入电平转换芯片

    通信传输格式:
      串行通信中,线路空闲时,线路的TTL电平总是高,经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平,结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。
    在这里插入图片描述
      开始通信时,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由1到0的跳变时,开始对“接收时钟”计数。 当计到8个时钟时,对输入信号进行检测,若仍为低电平,则确认这是“起始位”,而不是干扰信号。接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D0位数据。再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,直到全部数据接收完成。
    (5)检测校验位P(如果有的话)。
    (6)接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1),若此时未收到逻辑1,说明出现了错误,在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误,对全部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错,在状态寄存器中置奇偶错标志。
    (7)本幀信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为空闲位。
    (8)当信号再次变为低时,开始进入下一幀的检测。
    在这里插入图片描述

    (2)RS485/RS422通信标准

      在工业应用中,RS232因为传输距离的问题,通常使用传输距离更远的RS485或者RS422,RS-485的数据信号采用差分传输方式,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好。

      它的电气特性和RS232不一样。用缆线两端的电压差值来表示传递信号,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。两端的电压差最小为0.2V以上时有效,任何不大于12V或者不小于-7V的差值都被接收端认为时正确的。另外在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。

      RS-485最大的通信距离约为1219m,最大传输速率为10Mb/S,传输速率与传输距离成反比,在100Kb/S的传输速率下,才可以达到最大的通信距离,如果需传输更长的距离,需要加485中继器。

    RS485 的优点:	
    ①RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰性好;
    ②RS485 接口的最大传输距离标准值为 1200 米(9600bps 时),实际上可达 3000 米;
    ③RS-485 接口在总线上是允许连接多个收发器,用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络;
    ④RS-485 的数据最高传输速率为 ***10Mbps***;
    ⑤RS485 接口组成的半双工网络,一般只需二根信号线。
    

    RS-485与RS-422的区别:
      RS-422 的电气性能与RS-485完全一样。主要的区别在于:RS-422 有4 根信号线:两根发送、两根接收。由于RS-422 的收与发是分开的所以可以同时收和发(全双工),也正因为全双工要求收发要有单独的信道,所以RS-422适用于两个站之间通信,星型网、环网,不可用于总线网;RS-485 只有2 根信号线,所以只能工作在半双工模式,常用于总线网。
    在这里插入图片描述

    具体参考:https://blog.csdn.net/weixin_39622150/article/details/111115543
    


      IIC(Inter-Integrated Circuit集成电路总线)是一种串行通信总线,使用多主从架构,利用该总线可实现多主机系统所需的裁决和高低速设备同步等功能。

      2C串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据线SDA,另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上,各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。

      串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s,快速模式下可达400Kbit/s,高速模式下可达3.4Mbit/s。I2C总线的最大长度是:小于200mm~300mm

      总线上扩展的器件数量主要由电容负载来决定,因为每个器件的总线接口都有一定的等效电容。欲驱动多个负载时需用中继器。
    在这里插入图片描述
    ①开始:当SCL保持“高”时,SDA由“高”变为“低”为开始条件;
    ②停止:当SCL保持“高”且SDA由“低”变为“高”时为停止条件。
    起始条件和终止条件
    ③数据传输:SDA线上的数据在时钟SCL“高”期间必须是稳定的,只有当SCL线上的时钟信号为低时,数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。
    ④响应信号:输出到SDA线上的每个字节必须是8位,每次传输的字节不受限制,但每个字节必须要有一个应答ACK。处理器发完8bit数据后就不再驱动总线了(SDA引脚变输入),而SDA和SDL硬件设计时都有上拉电阻,所以这时候SDA变成高电平。那么在第8个数据位,如果外接IIC设备能收到信号的话接着在第9个周期把SDA拉低,那么处理器检测到SDA拉低就能知道外接IIC设备数据已经收到。如果一接收器件在完成其他功能(如一内部中断)前不能接收另一数据的完整字节时,它可以保持时钟线SCL为低,以促使发送器进入等待状态;当接收器准备好接受数据的其它字节并释放时钟SCL后,数据传输继续进行。I2C数据总线传送时序。

      处理器想写的话:先发送起始位,再发一个8bit数据:前7bit表示从地址,第8bit表示读或者写。0write是处理器往IIC从设备发,1read是IIC从设备往处理器发。第9个时钟周期回复响应信号。
    向指定设备发送数据的格式
    主设备往从设备中写数据
    主设备从从设备中读数据
      在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps,

      参考:https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/80312357
    


      SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface),是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用 四根线,分别是:是MISO(主设备数据输入)、MOSI(主设备数据输出)、SCLK(时钟,由主设备产生)、CS(片选,由主设备控制)。其传输速度可达 几Mb/s

    一个主机扩展多个外围器件
      如果只进行写操作,主机只需忽略接收到的字节;反之,若主机要读取从机的一个字节,就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
    SPI的数据传输
      当SPI主设备想读/写[从设备]时,它首先拉低[从设备]对应的SS线(SS是低电平有效),接着开始发送工作脉冲到时钟线上,在相应的脉冲时间上,[主设备]把信号发到MOSI实现“写”,同时可对MISO采样而实现“读”。

      SPI接口的缺点:SPI不规定传输速率,没有地址方案;没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据;SPI仅适用于短距离传输。

      SPI接口主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。


      CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN),属于现场总线,它有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

      CAN的特点是允许网络上的设备直接互相通信,网络上不需要主机控制通信。
    CAN总线结构
      CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L,各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输,为了避免信号的反射和干扰,还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻。为什么是120Ω,因为电缆的特性阻抗为120Ω,为了模拟无限远的传输线。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次,因此可在各节点之间实现自由通信。

    CAN优点:
    (1)数据通信没有主从之分,任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信,靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序,高优先级节点信息在134μs通信;
    (2)多个节点同时发起通信时,优先级低的避让优先级高的,不会对通信线路造成拥塞;
    (3)通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M)
    (4)CAN总线传输介质可以是双绞线,同轴电缆。
    CAN总线适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量,实时性要求比较高,多主多从或者各个节点平等的现场中使用。

    CAN的数据帧格式参看:https://blog.csdn.net/huan447882949/article/details/80042417
    


    ModBus是一种串行通信协议.
    ModBus通讯方式
    (1) 以太网:对应的通信模式是MODBUSTCP/IP。
    (2)异步串行传输(各种介质如有线RS232-/422/485/;光纤、无线等) :对应的通信模式是MODBUS RTU或MODBUS ASCII。
    (3) 高速令牌传递网络:对应的通信模式是Modbus PLUS、 Modbus RTU和Modbus ASCII协议应用于串口链接(RS232, RS485,RS422) , Modbus tcp/ipt协议应用于以太网链接。

    ModBus特点
    (1)免费
    (2)Modbus可以支持多种电气接口,如RS2321485等(串口),还可以在各种介质上传输,如双绞线、光纤、无线等。
    (3) Modbus的帧格式简单,通俗易懂好开发。
    (4)可靠性好。Modbust协议需要对数据进行校验,串行协议中除有奇偶校验外,ASCII模式采用LRC校验,RTU模式采用16位CRC校验,但TCP 模式没有额外规定校验,因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。另外,Modbus采用主从方式定时收发数据,在实际使用中如果某Slave站点断开后(如故障或关机), Master端可以诊断出来,而当故障修复后,网络又可自动接通。

    ModBus通信协议
    每个Modbus信息都有相同的结构,每个信息都有四个基本元素组成。
    通用ModBus帧
    ADU: 应用数据单元
    PDU: 协议数据单元

      数据传输始终由Modbus网络中的主站启动。Modbus主站发送消息,并根据消息的内容,从站解释消息并回应主站。消息的头部是从站的地址用于定义哪个从设备应响应消息。当所有子站与收到的地址码不匹配,则忽略该消息。

    Modbus数据模型是具有四种基本数据类型:
     1.包括离散输入;
     2.线圈输出;
     3.输入寄存器(输入数据);
     4.并保存寄存器(输出数据)

    详情查询Modbus应用协议规范:https://modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf
    


      USB,通用串行总线,是一种计算机与外围设备进行数据交互的通信协议。

       USB协议采用主从工作模式,即只有主机与从机之间才能进行数据通信,也正是这样引发一个缺陷,就是主机与主机、从机与从机之间不能通信。

      USB协议采用的是差分传输模式,因而有两条数据线D+和D-,在低速和全速模式下,采用电压传输模式,在高速下,采用电流传输模式。
    主从设备的连接
      主机端的D-和D+数据线各自被串联15KR电阻下拉到地,当没有USB设备插入的时候,这两条数据线就一直呈现低电平状态。

      设备端的D-或者D+数据线,串联一个1.5KR的电阻上拉到3.3V,一旦设备插入主机,那么当主机捕捉到自身的D-或者D+被拉到高电平时,就知道有USB设备连接进来了,这样就检测到有外来USB设备接入了。

      对于从机设备中到底是D-还是D+串联1.5KR电阻,这个就要有传输协议的模式来决定了,当配置成全速或高速时,就由D+串联电阻;当配置成低速时,就是D-串联电阻了。

      USB采用的是NRZI编码方式,数据为0的时候电平翻转,数据为1的时候电平不反转。
      当出现连续6位为1的时候,自动填充进一个0(位填充),这样做的目的是防止长时间的电平不变化,不利于时钟的提取。而在接收端则完全相反,自动去掉填充的0,还原出原本的数据。

    USB协议中有四种传输方式批量传输、中断传输,同步传输,控制传输
    1)控制传输
      控制传输是一种可靠的双向传输,一次控制传输可分为三个阶段。第一阶段为从HOST到Device的SETUP事务传输,这个阶段指定了此次控制传输的请求类型;第二阶段为数据阶段,也有些请求没有数据阶段;第三阶段为状态阶段,通过一次IN/OUT传输表明请求是否成功完成。
    控制传输对于最大包长度有固定的要求。对于高速设备该值为64Byte;对于低速设备该值为8;全速设备可以是8或16或32或64。
    2)中断传输
      中断传输是一种轮询的传输方式,是一种单向的传输,HOST通过固定的间隔对中断端点进行查询,若有数据传输或可以接收数据则返回数据或发送数据,否则返回NAK,表示尚未准备好。
      中断传输的延迟有保证,但并非实时传输,它是一种延迟有限的可靠传输,支持错误重传。
      对于高速/全速/低速端点,最大包长度分别可以达到1024/64/8Bytes。中断端点的轮询间隔由在端点描述符中定义,全速端点的轮询间隔可以是1255mS,低速端点为10255mS,高速端点为(2interval-1)*125uS,其中interval取1到16之间的值。
    3)批量传输
      批量传输是一种可靠的单向传输,但延迟没有保证,它尽量利用可以利用的带宽来完成传输,适合数据量比较大的传输。
      低速USB设备不支持批量传输,高速批量端点的最大包长度为512,全速批量端点的最大包长度可以为8、16、32、64。
      批量传输在访问USB总线时,相对其他传输类型具有最低的优先级,USBHOST总是优先安排其他类型的传输,当总线带宽有富余时才安排批量传输。
      高速的批量端点必须支持PING操作,向主机报告端点的状态,NYET表示否定应答,没有准备好接收下一个数据包,ACK表示肯定应答,已经准备好接收下一个数据包。
    4)同步传输
      同步传输是一种实时的、不可靠的传输,不支持错误重发机制。只有高速和全速端点支持同步传输,高速同步端点的最大包长度为1024,低速的为1023。

      四种传输方式上传输的都是,包的种类也多样化,有令牌包、数据包、握手包、特殊包
     1)令牌包
      令牌包有四种:OUT输出数据包、IN输出数据包、SETUP建立数据包、SOF帧起始数据包。
      ①OUT输出:用来通知从机,主机要给你发送一个数据包;
      ② IN输入:用来通知从机,向主机发送一个数据包;
      ③SETUP建立:这个令牌包只存在于控制传输的建立过程中,也是用来告诉从机,主机要给你发送一个数据了,接好咯。功能跟OUT输出是一样的,唯一不同的是,SETUP建立数据包只能传输DATD0数据包,而且从机还必须要接收;而OUT输出数据包则没有那么多规则。
    OUT输出,IN输入,SETUP建立令牌包的组成
      ④SOF帧起始:这个令牌包是在每帧开始的时候开始发送的,而且由于是广播形式发送,所以所有的全速和高速设备都可以收到;全速设备是1ms产生一帧,高速设备是125us产生一帧;每一帧开始的时候主机开始计数帧号,然后将11位的帧号发送出去。
    SOF令牌包
     2)数据包
    数据包组成
     3)握手包
    握手包是一个应答信号,表示一次传输有没有成功。
    握手包
       握手包有四种:ACK,NAK,STALL,NYET;
      ① ACK:表示本次能正确接收数据,并且本设备有足够的空间来接收数据,这个握手包,主机和从机都可以使用。
      ②NAK:表示本设备没有数据返回或者本设备没有足够的空间来接收数据,此握手包主机不能用,只能是从机使用; 当主机接收到NAK应答后,这并不是错误,只是设备还没有准备好,主机会在下次找机会重新试着传输。
     ③ STALL:表示本设备由于某种原因无法执行接收数据这个请求,或者接收端点被挂起了不能接收数据,这个握手包只能是从机使用; 这是一种错误的情况,出现这种情况需要主机来进行干预才能解除这种错误。
     ④ NYET:表示本次能正确接收数据,并且有空间来接收本次数据,但是没有足够的空间来接收下一次数据,这个握手包只能是从机使用;因此主机在进行下一次数据传输之前,会先发送一个PING令牌包,用来检测设备是否有足够的空间来接收本次的数据,避免浪费表情。

       除了STALL这个错误之外,还有其他情况检测到数据传输错误,比如PID包标识校验出错,CRC检验出错,位填充出错等,这些情况下,设备将什么都不返回,主机就这样一直等着,产生超时等待。

     4)特殊包
      特殊包是在一些特殊场合使的包,这并不是一个类型,是由一些令牌包和握手包组成的。
      特殊包一共有四种:PRE,SPLIT,ERR,PING,其中PRE,SPLIT,PING是令牌包,ERR是握手包。

    PRE:这是一种通知集线器打开低速端口的一种包,它虽然是令牌包,但是却只有同步域,PID包标识和结束符标志,而且只用在全速模式中。在平时的全速设备中,为了防止其低速状态产生误操作,所以一般全速模式中不会把信号传给低速设备,只有当接收到了PRE令牌包,才会将低速端口给打开。
      在全速模式下,假如需要处理低速事务,主机会发送一个PRE包,全速端口接收到此包会直接忽略,但当集线器接收到时,会打开其低速端口,然后主机就以低速模式给低速设备发送一系列令牌包、数据包等。

    PING:PING令牌包跟OUT输出令牌包一样,都是通知设备说主机将要发送数据了,但是PING令牌包后面是不接数据包的,只有当收到了设备发回来的ACK或者NAK应答才会开始发数据包,这就是为什么在将握手包的时候,NYET情况下主机会先发一个PING令牌包,确定设备有足够空间了才发送数据包,这就避免了浪费资源。接入直接只用OUT令牌包的话,后面直接跟一个数据包,一旦设备空间不够,数据包将会被丢弃,这就产生了一个现象,就是在下位机跑程序的时候发现程序漫了一下,虽然是一下,实际上是丢弃了一整个数据包。

    SPILT:这是高速事务分裂令牌包,可以将只有在高速模式下才能处理的数据包转化为低速或者全速数据包发送给相应的端口。

    原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_41904238/article/details/98368647
    


      太网是一种基带局域网技术,以太网通信是一种使用同轴电缆作为网络媒体,采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式,数据传输速率达到 1Gbit/s,可满足非持续性网络数据传输的需要。

    以太网帧中各个字段含义如下:
     (1)前同步信号字段。包括七个字节的同步符和一个的起始符。同步字符是由7个0和1交替的字节组成,而起始符是三对交替的0和1加上一对连续的l组成的一个字节。这个字段其实是物理层的内容,其长度并不计算在以太网长度里面。前同步信号用于在网络中通知其他站点的网卡建立位同步,同时告知网络中将有一个数据帧要发送。
     (2)目的站点地址。目的站点的MAC地址,用于通知网络中的接收站点。目的占地MAC地址的左数第一位如果是0,表明目标对象是一个单一的站点,如果是1表明接收对象是一组站点,左数第二位为0表示该MAC地址是由IEEE组织统一分配的,为1表明该地址是自行分配的。
     (3)源站地址。帧中包含的发送帧的站点的MAC地址,这是一个6字节的全球唯一的二进制序列,并且最左的一位永远是0。
     (4)协议类型字段。以太网帧中的16位的协议类型的字段用于标识数据字段中包含的高级网络协议的类型,如TCP、IP、ARP、IPX等。
     (5)数据字段。数据字段包含了来自上层协议的数据,是以太帧的有效载荷部分。为了达到最小帧长,数据字段的长度至少应该为46字节,等于最小帧长减去源地址和目的地址帧校验序列以及协议类型字段等的长度。同时以太网规定了数据字段的最大长度为1500字节。
     (6)帧校验字段。帧校验字段是一个32位的循环冗余校验码,校验的范围不包括前同步字段。

      比较通用的以太网通信协议是TCP/IP协议,TCP/IP通讯协议采用了四层结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这四层分别为:
     (1)应用层:应用程序间沟通的层,如简单电子邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。
     (2)传输层:在此层中,它提供了节点间的数据传送服务,如传输控制协议(TCP)、用户数据包协议(UDP)等,TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中,这一层负责传送数据,并且确定数据已被送达并接收。
     (3)网络层:负责提供基本的数据包传送功能,让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收),如网际协议(IP)。
     (4)接口层:对实际的网络媒体的管理,定义如何使用实际网络(如Ethernet、Serial Line等)来传送数据。

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空空如也

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常用通信协议有哪些