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  • 网络通讯协议 1.学习网络编程的目的 2.什么是互联网 3.c/s结构 4.通讯基本要素 5.OSI模型 思维路线 目的要链接互联网中的其他计算机 物理层 用物理介质链接其他计算机 数据链路层 用MAC地址来通讯,但...
    今日内容:
     
    网络通讯协议
    1.学习网络编程的目的
    2.什么是互联网
    3.c/s结构
    4.通讯基本要素
    5.OSI模型
     
     
    思维路线
    目的是要链接互联网中的其他计算机
    物理层 用物理介质链接其他计算机
    数据链路层 用MAC地址来通讯,但仅限于同一局域网
    网络层 用ip确定全球范围的某个局域网中的某一台计算机
    传输层 用端口来确定 某一计算机中的某一个进程
    应用层 组织自己的数据结构,例如json, xml等用于在两个应用程序间交换数据
     
    1.学习网络编程的目的
           网络编程指的是编写基于网络的应用程序
     目的:就是要编写出一套基于c/s结构的应用程序
     
     
    2什么是网络编程
    网:有多个节点相互连接组成  。渔网 蜘蛛网
    ​ 网络通常指的是计算机中的互联网,是由多台计算机通过网线或其他媒介相互链接组成的
    ​ 编写基于网络的应用程序的过程序称之为网络编程
    互联网之所以存在就是为了能让信息共享
    # 为什么要学习网络编程
    ​ 我们已经知道计算机,由硬件 操作系统,应用程序组成,有了这三个元素,就可以在自己的电脑上运行一些应用程序了,比如玩玩纸牌,扫扫雷什么的
    如果要想与其他计算机一起玩,就必须要让你的计算机和其他计算机能够互相传递数据
     
    学习网络编程就是要学习利用网络来与另一台计算机相互传输数据, 开发出支持网络通讯的应用程序,这样即使足不出户也能尽知天下事
    3.C/S构架
    建立网络需要至少两台计算机,然后使用网络来传输数据
                        一台计算机上放着要分享的数据和用于分享数据的程序,另一台计算机上运行访问数据的程序,
    3.1网络必须保证联通
    3.2我们把提供数据的一方称之为服务器(Server),把访问数据的一方称为客户端(Client)
    这就是C/S构架:
     
    电脑上要看视频就需要装看视频的程序.例如腾讯视频,它就是客户端程序,腾讯公司的机房里运行着腾讯视频的服务器程序,所以它也是C/S构架的程序
    另外浏览器也可以访问服务器上的网页数据,称之为B/S,其本质上也是C/S只不过客户端是浏览器
    4.网络通讯的基本要素
    4.1两台计算机要想通讯,必须要具备两个必备条件
        1.物理连接介质,包括双绞线,无线电波,同轴线,光纤等
        2.通讯协议(重点)
           是有发送方和接收方共同规定一套规范
     
    4.2为什么需要协议?
       目的是为了双方能正确解析数据
     
    4.3案例“为什么需要通讯协议?
    早期各个计算机厂商都有自己的一套网络通讯协议,但是各不相同,导致了不同厂商的计算机之间无法进行网络通讯,就像下图一样,如果四川人说四川话,上海人说上海话,将无法通信,必须统一说普通话!
     
    无论是四川还是上海都是中国人,如果只在中国内进行通讯,掌握了普通话就没问题了,但是要不要和其他国家的人通讯呢?
     
    与不同国家的人通讯则需要掌握不同国家的语言,但是全世界有那么多国家和语言,不可能全部掌握,这就需要大家统一下了,找一种语言作为全世界通用语言,就是英语!
     
    总结:
           **通讯协议就是相当于计算机界的通用语言,只要按照规定的标准来通讯,就能够与全世界任何一台所有计算机通讯**
     
    5.OSI七层模型
       5.1  什么是OSI
                Open System Interconnection Reference Model,开放式系统互联通信参考模型,缩写为OSI,是由国际标准组织推出的,其实就是一大堆协议,OSI把整个通讯过程划分为七层,简称OSI七层模型, 完整的七层模型,是最完整的通讯模型, 虽然很详尽,但是整个通讯流程的复杂度较高,后期为了降低学习难度,将其进行了简化, 于是有了的五层(学习的重点),和最简的四层
     
    应用程序层:
                 应用层,表示层和会话层都是属于应用程序层的,是一个整体,故将其合并为应用层,
    网络接口层:
               数据链路层和物理层组成
     
      5.2  OSI各层工作原理解析
      应用层,表示层,会话层都属于应用程序层面所以重点讨论简化后的五层;
      为了方便理解,从下往上
     1).物理层
    物理层的由来,在通讯的基本要素一节已经讨论过了,两台原本相互独立的计算机,想要通讯,必须建立物理连接,连接的方式多种多样,包括电缆,光缆,无线电等;
    11111101010     10101010101010
     
    **物理层的功能:基于电子器件发送电流信号,根据电流的高低可以对应到数字0和1,也就是二进制数据**
    2).数据链路层
    数据链路层的由来:单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组,每组什么意思
         1.以太网协议:
                  以太网协议(Ethernet)工作在数据链路层,其规定了电信号分组方式,以及一组电信号应该包含哪些内容
    ethernet规定如下:
    - 一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧 ’ frame
    - 每一数据帧分成:
                    报头head和数据data两部分
      
    head包含:(固定18个字节)
    - 发送者/源地址,6个字节
    - 接收者/目标地址,6个字节
    - 数据类型(标签+以太类型),6个字节
    data包含:(最短46字节,最长1500字节)
    - 数据包的具体内容
    head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送
          2 mac地址: 
           head中包含的源和目标地址指的是什么地址呢?
    ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址
    mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
     
             3. 广播:
    有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了
    ethernet采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼
     
             **广播有什么问题吗?
                               **如果这个网络中有100台电脑,大家都在同一时间都在互相通讯,那是什么情况,
                        相当于村头挂着100个大喇叭,大家都在使劲喊,结果是要听清楚说的什么内容非常费劲儿
                      回到计算机中,100台电脑都在那儿广播,传输速度一定是有限的,严重浪费了网络资源
                       所以,处在局域网中间的设备即交换机(上图的中间那个小东西)
                      **交换机不仅负责让网络中的计算机能够互相通信,还要优化网络传输,**
     
    如何优化呢?
    当pc1想要与pc2通讯前
    1.需要知道pc2的MAC地址,所以必须先将这个信息广播给所有的计算机,
    2.这个信息必须先交给交换机,再由交换机广播出去,
    3.pc2收到消息消息后发现目标MAC是自己,就回复数据给发送方,
    4.而回复也必须先交给交换机,此时交换机就会记录pc2的MAC地址与网口号的对应关系存到自己的缓存中,
    5.下一次在要给pc2发数据时从缓存中查找pc2的MAC地址,
    6.如果找到了就直接单独给pc2发送,不在需要广播,
    7.如果没有则重复之前的广播过程
    这一优化功能称之为自动学习功能
    `第一次链接某计算机时  必须广播获取MAC地址`
     
    `只要链接过一次 MAC地址就被交换机记录下了下一次就不用广播了`
    交换机的工作原理类似类似于早期的电话交换机,电话线打到总台,总台问你要找几号?,然后将电话线插到相应的口上
    3)网络层
        1.网络层由来:
    有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了
        2.以太网通讯存在的问题:
    世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,如果所有的计算机都采用以太网的广播方式来寻找其他计算机,那么一台机器发送的包全世界都会收到,这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难,(广播风暴就是这么产生的)
     
     
    结论:必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关;
    网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址,网络地址到底长什么样,又是如何区分子网的?
       3.IP协议
    IP协议是工作在网络层的协议,全称:Internet Protocol Address,翻译为互联网协议地址
        3.1 IP地址(重点)
    - ip协议定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示
    - 范围0.0.0.0-255.255.255.255
    - 一个ip地址通常写成四段十进制数,例:192.168.10.1
    - 网络号:标识子网
    - 主机号:标识主机
    IP地址的分类:
    ​ A类保留给政府机构
    ​  1.0.0.0---126.0.0.0
    ​ B类分配给中等规模公司
    ​  128.0.0.0---191.255.0.0
    ​ C类分配给任何需要的人
    ​  192.168.0.1 - 192.168.255.254
    ​ D类用于组播
    ​ E类用于实验
    我们的电脑ip通常都是C类的,以192.168开头,正因为C类任何人都可以用
        3.2 子网掩码(了解)
         什么是子网掩码
    子网掩码是一个32位地址,用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,并说明该IP地址是在局域网上,还是在远程网上。
    它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。
            为什么需要子网掩码
    单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,无法辨识一个ip所处的子网
    例:192.168.10.1与192.168.10.2并不能确定二者处于同一子网,因为不清楚哪些位表示网络号,哪些表示主机号
             子网掩码如何判断两个ip是否属于同一个子网
    知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。
    ```python
    案例: 已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,
       
    172.16.10.1:10101100.00010000.00001010.000000001
    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
    172.16.10.2:10101100.00010000.00001010.000000010
    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
    结果都是172.16.10.0,因此它们在同一个子网络。
    ```
    总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
            3.3 IP数据包(了解) package
    ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分
    head:长度为20到60字节
    data:最长为65,515字节。
    而以太网数据包的”数据”部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据帧,分开发送了。
    ![image-20181205184151377](https://ws3.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1fxw235oi7qj30ep03nq32.jpg)
           3.4 ARP协议(了解)
    ARP协议的由来:IP是通常是动态分配的,是一个逻辑地址,而数据传输则必须依赖MAC地址,那如何才能通过IP得到对方的MAC地址呢?  这就需要ARP协议了
    arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址
     
    首先明确每台主机ip都是已知的,并可以通过子网掩码来判断是否属于同一子网
    **案例1:主机192.168.1.101访问192.168.1.102**
    是同一子网内 ARP请求帧内容:
     
    1.FF:FF:FF:FF:FF:FF是一个特殊的MAC地址 交换机在看到这个地址时会将这个数据向网内所有主机进行广播
    2.192.168.1.102 收到ARP请求后 回复自己的MAC给  源MAC主机
    3.发送方(192.168.1.101)收到回复后,会将对方的ip的MAC地址映射关系存储到缓存中,以便下次使用
    ps:arp -a 可以查看ARP缓存列表
    ![image-20181205203120581](https://ws4.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1fxw592enr3j30cq02fjrn.jpg)
    确定对方MAC地址后的数据帧内容:
    ![image-20181205204704674](https://ws3.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1fxw5pfa7exj30hh01vt8t.jpg)
     
    **案例2:主机192.168.1.101访问192.168.111.101**
    交换机发现目标IP不在当前子网中,
    1.交换机发起ARP请求,将目标IP设置为对方的网关IP,默认情况下,网关的主机号都为1; 所以接收方(192.168.111.101)的网关为192.168.111.1
    发送方交换机发起的ARP数据帧:
     
    2.对方网关收到请求后发现ip是自己的ip则回复ARP请求,将其MAC地址告知发送方交换机,
    3.发送方交换机将,对方的网关与的MAC地址与IP存储到自己的ARP缓存中,
    4.告知发送方(192.168.1.101)对方网关的MAC地址,发送方同样将对方网关MAC与目标IP映射关系存储到,本机ARP缓存中
    至此ARP请求结束可以开始传输数据
    后续确定了MAC地址后发送的数据帧内容:
     
    总结:ARP通过广播的方式来获取MAC地址, 不在同一子网时   ARP得到的时对方网关的MAC地址,数据到达对方网关后,由网关根据IP交给对应的主机,当然对方网关获取主机MAC也是通过ARP
    ps:路由器 交换机都可以称之为网关!
     
    4).传输层(重点)
    **传输层的由来**:
    ​ 通过物理层简历链接通道
    ​ 通过数据链路层的MAC,可以定位到某个局域网中的某台主机,
    ​ 通过网络层的IP地址,子网掩码,可以定位到全球范围某一局域网下的某台主机
    **那么问题来了**:
    ​  一台计算机上是不可能只运行一个应用程序的,比如同时登陆qq和微信,那接收到的数据到底是交给微信还是qq呢?
    **答案就是**:端口号,端口是需要联网的应用程序与网卡关联的编号
    **传输层功能**:建立端口到端口的通信
    **补充**:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口
     
     
         TCP与UDP是工作在传输层的协议:
             TCP协议
    可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。
     
    TCP之所以可靠,是因为在传输数据前需要三次握手确认建立链接
    三次握手:
     
    三次握手的过程实际上实在确认我发的你能收到,你发的我也能收到,从而保证数据传输的的可靠性,
    链接是一个虚拟的概念,不实际存在,只要三次握手成功即表示连接建立成功!
    问题是三次握手时的确能保障数据传输是可靠的,那么握手后的数据要如何保证传输成功呢?
    **TCP协议要求在发送数据后,必须接收到对方的回复信息才能确认数据成功发送,如果一段时内没有收到回复信息,会自动重新发送,如果重试的次数过多则表示链接可能已经中断!**
     
    四次挥手:
     
    四次挥手的目的是保证双方的数据传输已经全部完成,同样是为了保证数据的完整性
    **总结**
    其优点很明显:能够保证数据传输是完整的
    缺点:由于每次都需要传输确认信息,导致传输效率降低
    场景:多用于必须保证数据完整性的场景,例如文本信息,支付信息等!
     
         UDP协议
    不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。
    ![image-20181205210637657](https://ws3.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1fxw69rlvksj30et03rjri.jpg)
    UDP协议采取的方式与TCP完全不同,其根本不关心,对方是否收到数据,甚至不关心,对方的地址是否有效,只要将数据报发送到网络,便什么都不管了!
    **总结**
    优点:由于不需要传输确认信息,所以传输效率高于TCP协议
    缺点:传输数据可能不完整
    场景:视频聊天,语音聊天等,不要求数据完整性,但是对传输速度要求较高
    5)应用层
    应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开放的,大家都可以开发自己的应用程序,用什么样的数据格式来传输,就需要由应用程序开发者自己来制定
    应用层功能:规定应用程序的数据格式。
    例:TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如SMTPl、HTTP、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了”应用层”。
     
     
    至此一连串高低电压就通过层层协议,变成了我们在应用程序中看到的各种数据
    #
     
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    转载于:https://www.cnblogs.com/llx--20190411/p/10933412.html

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  • 网络通讯协议

    2019-09-30 15:18:32
    思维路线 目的要链接互联网中的其他计算机 物理层 用物理介质链接其他计算机 数据链路层 用MAC地址来通讯,但仅限于同一局域网 网络层 用ip确定全球范围的某个局域网中的某一台计算机 ...网络通讯协议 什么是...

    思维路线

    目的是要链接互联网中的其他计算机

    物理层 用物理介质链接其他计算机

    数据链路层 用MAC地址来通讯,但仅限于同一局域网

    网络层 用ip确定全球范围的某个局域网中的某一台计算机

    传输层 用端口来确定 某一计算机中的某一个进程

    应用层 组织自己的数据结构,例如json, xml等用于在两个应用程序间交换数据

    本章目录

    一.C/S构架

    二.网络通讯的基本要素

    三.网络通讯协议

    什么是网络编程

    ​ 网络通常指的是计算机中的互联网,是由多台计算机通过网线或其他媒介相互链接组成的

    ​ 编写基于网络的应用程序的过程序称之为网络编程

    为什么要学习网络编程

    ​ 我们已经知道计算机,由硬件 操作系统,应用程序组成,有了这三个元素,就可以在自己的电脑上运行一些应用程序了,比如玩玩纸牌,扫扫雷什么的

    如果要想与其他计算机一起玩,就必须要让你的计算机和其他计算机能够互相传递数据

    小明和小芳是一对恋人,为了美好的未来,小明离开家乡,来到上海学习python,在这里小明看到了传说中的东方明珠电视塔,激动万分的他用手里的数码相机拍摄了照片,想要与远在老家的小芳分享,虽然小明和小芳的电脑连着一条网线,由于不会使用网络编程,小明只好骑着马儿,翻越千山万水,将照片送到小芳的手中,由于路途太远,小芳已经嫁人了,小明痛下决心一定要掌握网络编程,让下一个小芳在任何地方都能看到自己的照片

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    学习网络编程就是要学习利用网络来与另一台计算机相互传输数据, 开发出支持网络通讯的应用程序,这样即使足不出户也能尽知天下事

    一.C/S构架

    学习网络编程就是要通过网络来访问另一台计算的数据,这样必然需要至少两台计算机,一台计算机上放着要分享的数据和用于分享数据的程序,另一台计算机上运行访问数据的程序,

    我们把提供数据的一方称之为服务器(Server),把访问数据的一方称为客户端(Client)

    这就是C/S构架:

    image-20181204143131743

    电脑上要看视频就需要装看视频的程序.例如腾讯视频,它就是客户端程序,腾讯公司的机房里运行着腾讯视频的服务器程序,所以它也是C/S构架的程序

    另外浏览器也可以访问服务器上的网页数据,称之为B/S,其本质上也是C/S只不过客户端是浏览器

    二.网络通讯的基本要素

    两台计算机要想通讯,必须要具备两个基本要素

    1.物理连接介质,包括网线,无线电,光纤等

    2.通讯协议

    下面我们来分析为什么需要这两个东西

    1.物理连接介质

    人类说话需要有空气来传播震动,眼睛要看东西需要有光来传播,没有空气,没有光,则无法沟通,(不要钻牛角尖,用手摸啥的...);光和空气就是物理介质

    再比如电话机 要打通电话则必须先接通电话线,电流才能沿着电话线到达另一台电话机,电话线则是物理介质

    2.通讯协议

    什么是协议?

    协议就是标准,大家要遵循相同的标准才能正常交流通讯

    两个人要交流,必须说双方都能理解的语言,想象一下一个说新疆话的人打电话给说闽南语的人,基本说了等于没说 双方都能理解的语言就是,就是标准,就是协议

    为什么要制定协议?

    在计算机中,链接介质 通常是网线,网线本质就是一条电线,可以传播电流,而电流可以按照强弱,被理解为0和1

    那问题是,一台计算机被电了一下是什么意思?被电了两下又是什么意思? 这就必须由发送方和接收方共同商定出一套标准,从而可以知道0和1表示的含义

    如何使用协议?

    然而作为应用程序开发者,物理介质显然不是我们需要关心的,比如如何牵网线

    所以通讯协议是我们学习的重点

    三.网络通讯协议

    协议是由发送方和接受方共同制定的,考虑到计算机已经发展了这么多年,所以制定的协议过程很显然我们没有机会参与了,要做的是了解通讯协议中的各种规定

    OSI七层模型

    1.什么是OSI

    Open System Interconnection Reference Model,开放式系统互联通信参考模型,缩写为OSI,是由国际标准组织推出的,其实就是一大堆协议,OSI把整个通讯过程划分为七层,简称OSI七层模型

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    上图中最右边就是完整的七层模型,是最完整的通讯模型,虽然很详尽,但是整个通讯流程的复杂度较高,后期为了降低学习难度,将其进行了简化,于是又了中间的五层,和左边的四层

    其中应用层,表示层和会话层都是属于应用程序层的,是一个整体,故将其合并为应用层,由此得到中间的五层,这是我们学习的重点!

    2.为什么需要OSI

    早期各个计算机厂商都有自己的一套网络通讯协议,但是各不相同,导致了不同厂商的计算机之间无法进行网络通讯,就像下图一样,如果四川人说四川话,上海人说上海话,将无法通信,必须统一说普通话!

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    无论是四川还是上海都是中国人,如果只在中国内进行通讯,掌握了普通话就没问题了,但是要不要和其他国家的人通讯呢?

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    与不同国家的人通讯则需要掌握不同国家的语言,但是全世界有那么多国家和语言,不可能全部掌握,这就需要大家统一下了,找一种语言作为全世界通用语言,就是英语!

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    这样一来,只要你能听懂英语,会说英语,全世界的人都能通讯了

    总结:OSI就是相当于计算机界的通用语言,只要按照OSI规定的标准来通讯,就能够与全世界任何一台所有计算机通讯

    那这OSI种的七层到底是干什么的呢?

    OSI各层工作原理解析

    应用层,表示层,会话层都属于应用程序层面所以重点讨论简化后的五层;

    为了方便理解,从下往上

    一.物理层

    物理层的由来,在通讯的基本要素一节已经讨论过了,两台原本相互独立的计算机,想要通讯,必须建立物理连接,连接的方式多种多样,包括电缆,光缆,无线电等;

    img

    物理层的功能:基于电子器件发送电流信号,根据电流的高低可以对应到数字0和1,也就是二进制数据

    二.数据链路层

    数据链路层的由来:单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组,每组什么意思

    以太网协议:

    以太网协议(Ethernet)工作在数据链路层,其规定了电信号分组方式,以及一组电信号应该包含哪些内容

    ethernet规定如下:

    • 一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧’

    • 每一数据帧分成:报头head和数据data两部分

      image-20181205125257636

    head包含:(固定18个字节)

    • 发送者/源地址,6个字节
    • 接收者/目标地址,6个字节
    • 数据类型(标签+以太类型),6个字节

    data包含:(最短46字节,最长1500字节)

    • 数据包的具体内容

    head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送

    mac地址:

    head中包含的源和目标地址指的是什么地址呢?

    ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址

    mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)

    image-20181205122343591

    广播:

    有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了

    ethernet采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼

    image-20181205125341712

    广播有什么问题吗?如果这个网络中有100台电脑,大家都在同一时间都在互相通讯,那是什么情况,

    相当于村头挂着100个大喇叭,大家都在使劲喊,结果是要听清楚说的什么内容非常费劲儿

    回到计算机中,100台电脑都在那儿广播,传输速度一定是有限的,严重浪费了网络资源

    所以,处在局域网中间的设备即交换机(上图的中间那个小东西)

    交换机不仅负责让网络中的计算机能够互相通信,还要优化网络传输,

    如何优化呢?

    当pc1想要与pc2通讯前

    1.需要知道pc2的MAC地址,所以必须先将这个信息广播给所有的计算机,

    2.这个信息必须先交给交换机,再由交换机广播出去,

    3.pc2收到消息消息后发现目标MAC是自己,就回复数据给发送方,

    4.而回复也必须先交给交换机,此时交换机就会记录pc2的MAC地址与网口号的对应关系存到自己的缓存中,

    5.下一次在要给pc2发数据时从缓存中查找pc2的MAC地址,

    6.如果找到了就直接单独给pc2发送,不在需要广播,

    7.如果没有则重复之前的广播过程

    这一优化功能称之为自动学习功能

    第一次链接某计算机时 必须广播获取MAC地址

    image-20181205152450724

    只要链接过一次 MAC地址就被交换机记录下了下一次就不用广播了
    image-20181205152826535

    交换机的工作原理类似类似于早期的电话交换机,电话线打到总台,总台问你要找几号?,然后将电话线插到相应的口上
    timg

    三.网络层

    1.网络层由来:

    有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了

    2.以太网通讯存在的问题:

    世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,如果所有的计算机都采用以太网的广播方式来寻找其他计算机,那么一台机器发送的包全世界都会收到,这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难,(广播风暴就是这么产生的)

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    结论:必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域,哪些不是,如果是就采用广播的方式发送,如果不是,就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关;

    网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址,网络地址到底长什么样,又是如何区分子网的?

    3.IP协议

    IP协议是工作在网络层的协议,全称:Internet Protocol Address,翻译为互联网协议地址

    3.1 IP地址(重点)

    • ip协议定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示

    • 范围0.0.0.0-255.255.255.255

    • 一个ip地址通常写成四段十进制数,例:192.168.10.1

    • 网络号:标识子网

    • 主机号:标识主机

    IP地址的分类:

    ​ A类保留给政府机构

    ​ 10.0.0.1 - 10.255.255.254

    ​ B类分配给中等规模公司

    ​ 172.16.0.1 - 172.31.255.254

    ​ C类分配给任何需要的人

    ​ 192.168.0.1 - 192.168.255.254

    ​ D类用于组播

    ​ E类用于实验

    我们的电脑ip通常都是C类的,以192.168开头,正因为C类任何人都可以用

    3.2 子网掩码(了解)

    什么是子网掩码

    子网掩码是一个32位地址,用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,并说明该IP地址是在局域网上,还是在远程网上。

    它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。

    为什么需要子网掩码

    单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,无法辨识一个ip所处的子网
    例:192.168.10.1与192.168.10.2并不能确定二者处于同一子网,因为不清楚哪些位表示网络号,哪些表示主机号

    子网掩码如何判断两个ip是否属于同一个子网

    知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。

    案例: 已知IP地址172.16.10.1和172.16.10.2的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,
        
    172.16.10.1:10101100.00010000.00001010.000000001
    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
    
    172.16.10.2:10101100.00010000.00001010.000000010
    255255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000
    AND运算得网络地址结果:10101100.00010000.00001010.000000001->172.16.10.0
    结果都是172.16.10.0,因此它们在同一个子网络。

    总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

    3.3 IP数据包(了解)

    ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分

    head:长度为20到60字节

    data:最长为65,515字节。

    而以太网数据包的”数据”部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据帧,分开发送了。

    image-20181205184151377

    3.4 ARP协议(了解)

    ARP协议的由来:IP是通常是动态分配的,是一个逻辑地址,而数据传输则必须依赖MAC地址,那如何才能通过IP得到对方的MAC地址呢? 这就需要ARP协议了

    arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址

    首先明确每台主机ip都是已知的,并可以通过子网掩码来判断是否属于同一子网

    案例1:主机192.168.1.101访问192.168.1.102

    是同一子网内 ARP请求帧内容:

    image-20181205202915810

    1.FF:FF:FF:FF:FF:FF是一个特殊的MAC地址 交换机在看到这个地址时会将这个数据向网内所有主机进行广播

    2.192.168.1.102 收到ARP请求后 回复自己的MAC给 源MAC主机

    3.发送方(192.168.1.101)收到回复后,会将对方的ip的MAC地址映射关系存储到缓存中,以便下次使用

    ps:arp -a 可以查看ARP缓存列表

    image-20181205203120581

    确定对方MAC地址后的数据帧内容:

    image-20181205204704674

    案例2:主机192.168.1.101访问192.168.111.101

    交换机发现目标IP不在当前子网中,

    1.交换机发起ARP请求,将目标IP设置为对方的网关IP,默认情况下,网关的主机号都为1; 所以接收方(192.168.111.101)的网关为192.168.111.1

    发送方网关发起的ARP数据帧:

    image-20181205203744008

    2.对方网关收到请求后发现ip是自己的ip则回复ARP请求,将其MAC地址告知发送方网关,

    3.发送方网关将对方的网关的MAC地址与IP存储到自己的ARP缓存中,

    4.告知发送方(192.168.1.101)对方网关的MAC地址,发送方同样将对方网关MAC与目标IP映射关系存储到,本机ARP缓存中

    至此ARP请求结束可以开始传输数据

    后续确定了MAC地址后发送的数据帧内容:

    image-20181205204404934

    总结:ARP通过广播的方式来获取MAC地址, 不在同一子网时 ARP得到的时对方网关的MAC地址,数据到达对方网关后,由网关根据IP交给对应的主机,当然对方网关获取主机MAC也是通过ARP

    ps:路由器 交换机都可以称之为网关!

    四.传输层(重点)

    传输层的由来:

    ​ 通过物理层建立链接通道

    ​ 通过数据链路层的MAC,可以定位到某个局域网中的某台主机,

    ​ 通过网络层的IP地址,子网掩码,可以定位到全球范围某一局域网下的某台主机

    那么问题来了:

    ​ 一台计算机上是不可能只运行一个应用程序的,比如同时登陆qq和微信,那接收到的数据到底是交给微信还是qq呢?

    答案就是:端口号,端口是需要联网的应用程序与网卡关联的编号

    传输层功能:建立端口到端口的通信

    补充:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口

    TCP与UDP是工作在传输层的协议:

    TCP协议

    可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。

    image-20181205210509398

    TCP之所以可靠,是因为在传输数据前需要三次握手确认建立链接

    三次握手:

    image-20181205212223753

    三次握手的过程实际上实在确认我发的你能收到,你发的我也能收到,从而保证数据传输的的可靠性,

    链接是一个虚拟的概念,不实际存在,只要三次握手成功即表示连接建立成功!

    问题是三次握手时的确能保障数据传输是可靠的,那么握手后的数据要如何保证传输成功呢?

    TCP协议要求在发送数据后,必须接收到对方的回复信息才能确认数据成功发送,如果一段时内没有收到回复信息,会自动重新发送,如果重试的次数过多则表示链接可能已经中断!

    四次挥手:

    image-20181205221009982

    四次挥手的目的是保证双方的数据传输已经全部完成,同样是为了保证数据的完整性

    总结

    其优点很明显:能够保证数据传输是完整的

    缺点:由于每次都需要传输确认信息,导致传输效率降低

    场景:多用于必须保证数据完整性的场景,例如文本信息,支付信息等!

    UDP协议

    不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。

    image-20181205210637657

    UDP协议采取的方式与TCP完全不同,其根本不关心,对方是否收到数据,甚至不关心,对方的地址是否有效,只要将数据报发送到网络,便什么都不管了!

    总结

    优点:由于不需要传输确认信息,所以传输效率高于TCP协议

    缺点:传输数据可能不完整

    场景:视频聊天,语音聊天等,不要求数据完整性,但是对传输速度要求较高

    五.应用层

    应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开放的,大家都可以开发自己的应用程序,用什么样的数据格式来传输,就需要由应用程序开发者自己来制定

    应用层功能:规定应用程序的数据格式。

    例:TCP协议可以为各种各样的程序传递数据,比如Email、WWW、FTP等等。那么,必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式,这些应用程序协议就构成了”应用层”。

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    至此一连串高低电压就通过层层协议,变成了我们在应用程序中看到的各种数据

    转载于:https://www.cnblogs.com/yangyuanhu/p/11287816.html

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  • 1.1,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...

    TCP/IP协议

    1.什么是TCP/IP协议

    1.1,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。TCP/IP传输协议是严格来说是一个四层的体系结构,应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含其中。

    2.组成

    1.2.TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层,从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的,所以在TCP/IP协议中,它们被简化为了四个层次。
    四个层次分别为:

    1. 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。其中Http协议请求也是在这一层进行的。
    2. 传输控制层:作为TCP/IP协议的第二层,传输控制层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在传输控制层中,TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用。
    3. 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
    4. 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。

    TCP特点:面向连接,可靠的传输协议

    1.为什么是面向连接?因为在传输控制层中tcp协议经历三次握手后,双方就会建立连接,同时开辟资源为对方服务。
    2.为什么是可靠的。因为在三次握手中确认机制是可靠的。经历三次握手后确认可靠之后,才能传输数据,传输完后,也会进行四次挥手

    下面是如何进行三次握手的。

    三次握手

    三次握手

    所谓三次握手(Three-Way Handshake)即建立TCP连接,就是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。

    1. 第一次握手::Client将标志位SYN置为1,随机产生一个值seq=J,并将该数据包发送给Server,Client进入SYN_SENT状态,等待Server确认。
    2. 第二次握手:Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接,Server将标志位SYN和ACK都置为1,ack=J+1,随机产生一个值seq=K,并将该数据包发送给Client以确认连接请求,Server进入SYN_RCVD状态。
    3. 第三次握手:Client收到确认后,检查ack是否为J+1,ACK是否为1,如果正确则将标志位ACK置为1,ack=K+1,并将该数据包发送给Server,Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1,如果正确则连接建立成功,Client和Server进入ESTABLISHED状态,完成三次握手,随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

    简而言之,就是Client和Server建立连接时,client发送数据给server,必须先确定server能否正常联通,所以发送一个包过去,server接收到包,但是client不知道你有没有接到我的信息,所以server回一个包告诉client代表我接受到了,让client知道它可以联通,同时server此时也需要知道我发送的包client是否接到了,于是client再一次回一个包,代表自己也接收到了信息。确保双方联通之后,双方就可以开始传输数据了。

    四次挥手

    所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发。
    四次挥手

    1. 第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。
    2. 第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。
    3. 第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK状态。
    4. 第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

    为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

    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。

    演示三次握手 四次挥手

    首先我们在linux系统下,保证自己的网络能联通,即能ping通百度即可

    ping www.baidu.com
    

    使用命令:curl www.baidu.com
    成功后会返回百度的界面,这里我们已经进行了完整的通信的过程–tcp协议的三次握手和四次挥手了。
    百度界面
    为了更加清晰的了解三次握手和四次挥手,这里我们进行抓包操作。
    一,输入命令:tcpdump -nn -i ens33 port 80
    ens33:为你网卡,输入ipconfig可以查看
    80:百度的端口号
    输入之后得到如下界面,这里在等待申请访问80端口
    在这里插入图片描述
    二,另起一个服务开始请求百度,myLinux,输入命令:curl www.baidu.com
    在这里插入图片描述
    这时候我们看到之前的请求被抓到了,期间从请求到响应结束经历的三次握手和四次挥手以及传输数据的过程如下图。

    三次握手和四次挥手演示

    HTTP协议

    HTTP协议简介:

    HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写,是用于从万维网(WWW:World Wide Web )服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据(HTML 文件, 图片文件, 查询结果等)。
    HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议,由于其简捷、快速的方式,适用于分布式超媒体信息系统

    主要特点

    1.HTTP是无连接:无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求,并收到客户的应答后,即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

    2.HTTP是媒体独立的:这意味着,只要客户端和服务器知道如何处理的数据内容,任何类型的数据都可以通过HTTP发送。客户端以及服务器指定使用适合的MIME-type内容类型。

    3.HTTP是无状态:HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息,则它必须重传,这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面,在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

    以下图表展示了HTTP协议通信流程
    http协议通信流程

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  • 1 什么是Modbus通讯协议 Modbus一种串行通信协议,Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto...

    1 什么是Modbus通讯协议

    Modbus是一种串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准(De facto),并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

    Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。大多数Modbus设备通信通过串口EIA-485物理层进行。

    2 Modbus通讯方式

    2.1 串行连接 RTU

    对于串行连接,存在两个变种,它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同。Modbus RTU是一种紧凑的,采用二进制表示数据的方式。RTU格式后续的命令/数据带有循环冗余校验的校验和。(CRC)

    2.2 串行连接 ASCII

    Modbus ASCII是一种人类可读的,冗长的表示方式。ASCII格式采用纵向冗余校验的校验和。(LRC)

    2.3 TCP/IP以太网连接

    对于通过TCP/IP(例如以太网)的连接,存在多个Modbus/TCP变种,这种方式不需要校验和计算。

    对于所有的这三种通信协议在数据模型和功能调用上都是相同的,只有封装方式是不同的。Modbus允许多个 (247个) 设备连接在同一个网络上进行通信,

    2.4 常用术语

    名称 实义 名称 实义
    Master 主设备 ADU 应用数据单元
    Slave 从设备 PDU 协议数据单元
    Client 客户端 MSB 最高有效位
    Server 服务器 LSB 最低有效位
    MBAP Modbus应用协议

    2.5 主从设备里连接基本要素

    Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点,其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上,任何一个设备都能发送一个Modbus命令,但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。
    一个ModBus命令包含了打算执行的设备的Modbus地址。所有设备都会收到命令,但只有指定位置的设备会执行及回应指令(地址0例外,指定地址0的指令是广播指令,所有收到指令的设备都会运行,不过不回应指令)。所有的Modbus命令包含了检查码,以确定到达的命令没有被破坏。基本的ModBus命令能指令一个RTU改变它的寄存器的某个值,控制或者读取一个I/O端口,以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。

    总线上只能有一个主设备,但可以有一个或者多个(最多247个)从设备。
    Modbus通信总是由主设备发起,当从设备没有收到来自主设备的请求时,不会主动发送数据。从设备之间不能相互通信,主设备同时只能启动一个Modbus访问事务

    2.6 Modbus基本帧格式

    在这里插入图片描述

    2.7 差错控制

    如果出现与请求Modbus功能有关的差错,那么响应报文的功能码域将包括一个异常码,主机设备(或客户端)能够根据异常码确定下一个执行的操作。

    对于异常响应,从机设备(或服务器端)将返回一个与原始功能码等同的码值,但设置该原始功能码的最高有效位为逻辑1,用于通知主机设备(或客户端)。P8

    3 Modbus串行数据帧简述

    3.1 地址域

    所谓地址域,指的是Modbus通信帧中的地址字段,其内容为从设备地址。Modbus消息帧的地址域包含2个字符(ASCII模式)或者1个字节(RTU模式)。
    消息帧中可能的从设备地址是0 -247(十进制),单个设备的实际地址范围是1~247。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时,它把自己的地址放人回应的地址域中,以便主设备知道是哪一个设备做出回应。
    地址0用作广播地址,广播方式可能不被允许或以其他方式代替。

    3.2 功能码

    功能码域由1个字节构成,因此其取值范围为1~255(十进制)。例如,常用的功能码有01、02、03、04、06、15、16等,其中:

    功能码 作用 寄存器PLC地址 位/字操作 操作数
    0x01 读线圈状态 00001-0999 位操作 单个或多个
    0x03 读保持寄存器 40001-49999 字操作 单个或多个
    0x0F 写多个线圈 00001-09999 位操作 多个
    0x10 写多个保持寄存器 40001-49999 字操作 多个

    3.3 数据域

    数据域与功能码紧密相关,存放功能码需要操作的具体数据。数据域以字节为单位,长度是可变的,对于有些功能码,数据域可以为空。

    3.4 差错校验码

    在Modbus串行通信中,根据传输模式(ASCII或RTU)的不同,差错校验域采用了不同的校验方法。

    3.4.1 ASCII模式

    在ASCII模式中,报文包含一个错误校验字段。该字段由两个字符组成,其值基于对全部报文内容执行的纵向冗余校验(LRC)计算的结果而来,计算对象不包括起始的冒号(:)和回车换行符号(CRLF)。

    3.4.2 RTU模式

    在RTU模式中,报文同样包含一个错误校验字段。与ASCII模式不同的是,该字段由16个比特位共两个字节组成。其值基于对全部报文内容执行的循环冗余校验(CRC-16)计算的结果而来,计算对象包括校验域之前的所有字节。
    若接收数据端发现CRC校验码不正确,则弃置该报文。
    CRC校验:
    (1)预置一个值为ОxFFFF的16位寄存器,此寄存器为CRC寄存器。
    (2)把第1个8位二进制数据(即通信消息帧的第1个字节)与16位的CRC寄存器的相异或,异或的结果仍存放于该CRC寄存器中。
    (3)把CRC寄存器的内容右移一位,用0填补最高位,并检测移出位是О还是1。
    (4)如果移出位为零,则重复步骤(3)(再次右移一位);如果移出位为1,则CRC寄存器与0xA001进行异或。
    (5)重复步骤(3)和(4),直到右移8次,这样整个8位数据全部进行了处理。
    (6)重复步骤(2)~(5),进行通信消息帧下一个字节的处理。
    (7)将该通信消息帧所有字节按上述步骤计算完成后,得到的16位CRC寄存器的高﹑低字节进行交换。即发送时首先添加低位字节,然后添加高位字节。
    (8)最后得到的CRC寄存器内容即为CRC校验码。

    4 大小端存储(LSB<-MSB,MSB<-LSB)

    概念不再赘述 P52

    Int/ (Long)Float(32Bits) Double(64Bits)
    AB CD AB CD EF GH
    CD AB GH EF CD AB
    BA DC BA DC FE HG
    DC BA HG FE DC BA

    5 Modbus TCP/IP数据帧

    5.1 Modbus 中的TCP/IP

    在Modbus TCP/IP协议中,串行链路中的主/从设备分别演变为客户端/服务器端设备。即客户端相当于主站设备,服务器端相当于从站设备。
    基于TCP/IP网络的传输特性,串行链路上一主多从的构造也演变为多客户端/多服务器端的构造模型。Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口。

    在TCP/IP网络上的Modbus协议需要引入一个称为MBAP(Modbus Application Header)报文头的字段。
    Modbus TCP/IP协议最大帧数据长度为260字节,其中字节0~6构成MBAP报头.

    5.2 Modbus TCP/IP数据帧与报头说明

    在这里插入图片描述

    对单纯的Modbus TCP/IP设备来说,利用IP地址即可寻址Modbus服务器端设备,此时Modbus单元标识符是无用的,必须使用值0xFF填充。
    当对直接连接到TCP/IP网络上的Modbus服务器寻址时,建议不要在“单元标识符”域使用有效的Modbus从站地址。

    Modbus协议规定,起始地址由2个字节构成,取值范围为0x0000~0xFFFF;
    线圈数量由2个字节构成,取值范围为0x0001~0x07D0(即十进制1~ 2000)。 P61 查询报文

    6 RTU数据帧

    在这里插入图片描述

    传输设备(主/从设备)将Modbus报文放置在带有已知起始和结束点的消息帧中,这就要求接收消息帧的设备在报文的起始处开始接收﹐并且要知道报文传输何时结束。另外还必须能够检测到不完整的报文,且能够清晰地设置错误标志。
    在RTU模式中,消息的发送和接收以至少3.5个字符时间的停顿间隔为标志。实际使用中,网络设备不断侦测网络总线,计算字符间的停顿间隔时间,判断消息帧的起始点。当接收到第一个域(地址域)时,每个设备都进行解码以判断是否停顿标定了消息的结束,而一个新的消息可在此停顿后开始。另外,在一帧报文中,必须以连续的字符流发送整个报文帧。必须以连续的字符流发送整个报文帧。如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5个字符时间,那么认为报文帧不完整,该报文将被丢弃。

    ModbusRTU数据帧要求一帧结束后,与下一帧时间间隔至少有大 于等于3.5个字符的时间间隔那么在波特率为9600bps的情况下,只要大于4.0104167ms即可! P37(延时?)

    6.1 地址域(RTU)

    RTU模式消息帧的地址域1个字节。

    消息帧中可能的从设备地址是0~247(十进制)。(248-255保留)主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的地址域来选通从设备。当从设备发送回应消息时,它把自己的地址放入回应的地址域中,以便主设备知道是哪一个设备做出回应。

    6.2 功能码(RTU)

    见3.2
    从设备根据功能码执行对应的功能,执行完成后,正常情况下则在返回的响应消息帧中设置同样的功能码;如果出现异常,则在返回的消息帧中将功能码最高位(MSB)设置为1。据此,主设备可获知对应从设备的执行情况。
    另外,对于主设备发送的功能码,则从设备根据具体配置来决定是否支持此功能码。如果不支持,则返回异常响应。

    6.3 数据域(RTU)

    见3.3

    6.4 差错控制(RTU)

    见3.4.2

    7 异常码

    对于查询报文﹐存在以下4种处理反馈:

    7.1 正常

    正常接收﹐正常处理,返回正常响应报文﹔

    7.2 通信错误

    从站设备没有接收到查询报文,主站设备将按超时处理;

    7.3 从站设备接收到的查询报文存在通信错误

    (例如LRC,CRC错误等),此时从站设备将丢弃报文不响应﹐主站设备将按超时处理;

    7.4 从站设备接收到正确的报文,但是超过处理范围

    (例如,不存在的功能码或者寄存器等),此时从站设备将返回包含异常码(Exception Code)的响应报文。
    异常响应报文由从站地址、功能码以及异常码构成。其中,功能码与正常响应报文不同,在异常响应报文中,功能码最高位(即MSB)被设置为1。因为Modbus协议中功能码占用一个字节,故用表达式描述为:异常功能码=正常功能码+0x80。

    7.5 异常码表

    异常码 作用 寄存器PLC地址
    0x01 非法功能码 从站设备不支持此功能码
    0x03 非法数据地址 指定的数据地址在从站设备中不存在
    0x0F 非法数据值 指定的数据超过范围或不存在
    0x10 从站设备故障 从站设备处理响应的过程中,出现未知错误等
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