简述

通信协议是软件的重要组成部分，是系统中软件交互信息的桥梁和标准。
我接触过的通信协议主要用于三种场合，对应三种形式的数据形式：
1）上位机和下位机各模块之间
这种场合下通常是通过串口或网口传输状态、控制、数据信息，通信协议复杂而紧密。
通常一个字节甚至一个bit位就表征了一个完整信息，需要报头、报尾、CRC、时间戳等组成。
这类通信协议通常通过整型约定系数的方式表征浮点数，编写结构体时需要严格区分unsigned和signed类型，还要注意字节对齐问题。
Modbus-Profibus、Can总线等行业标准也采用的这种形式。
2）互联网Web传输
通常采用HTTP短报文的方式传输数据。
数据通常采用Json格式，格式非常清楚而明了。
3）局域网内或自环通信
通常采用TCP/UDP的方式进行传输，协议定义可以采用信息头+分割符的方式，非常灵活而多变。

模板

1）上位机和下位机通信协议模板

2）互联网短报文通信协议模板

http/https请求方式：POST
http://工程路径/app/xx.do
请求body示例：
{
	"type":"xx",
	"number":"xx",
	"xx":"xx",
	"time":"2019-04-11 12:00:01"
}

3）局域网或自环通信模板

目录

前言：通信协议介绍

1. 通讯硬件层协议（解决逻辑传输的方式）

2. 通讯软件层协议（解决逻辑传输的目的）

2.1主从通信模式

前言：通信协议介绍

众所周知通信协议就是一种数据传输的协议规范，从软硬件层面可以分为硬件层通信协议和软件层通信协议。为了更加形象的理解软硬件层面的通信协议，我们将通信比作交通，通信的硬件层协议比作各国的公路标准，各国的公路标准类似于不同的硬件层协议标准；通信的软件层协议比作各国的交通规则，各国的交通规则类似于不同的软件层协议标准。图1生动的对上述描述进行了解释。

1. 通讯硬件层协议（解决逻辑传输的方式）

利用设备1向设备2传输0xA3(1010 0011)这样一组数据，从硬件层面将1010 0011这组数据定义为1为高电平，0为低电平，我们就可以通过改变传输线电平的高低实现这组数据的顺利传输。为了对这种硬件层面的数据传输形式进行规范定义便有了硬件通信接口协议，入RS-232、RS-485、CAN总线等，详细介绍见链接：RS-232、RS-485、RS-422通信接口标准介绍

下节讲解的MODBUS通信协议是基于RS-485信号传输方式，以MCU作为信号发送设备，MCU的GPIO引脚输出的是TTL电平（设逻辑0：0V；逻辑1：5V），RS-485硬件协议则是将其TTL电平转换成差分信号，通过通讯转换器将一个GPIO引脚的TTL电平转变成两根根线上的信号A/B，也称之为差分信号。当TTL电平为0时，使得VB>VA，当TTL电平为1时，使得VB<VA。

RS-485通信为半双工通信，意思是MCU1和MCU2可以互相发送和接受数据，但有一点应注意，由于RS-485只有一对差分信号线A/B故对于MCU1来说发送和接受数据不能同时进行。故在MCU1要顺利实现发送和接受数据则需要在软件层面上指定通信协议。

2. 通讯软件层协议（解决逻辑传输的目的）

2.1主从通信模式

(1) 为实现半双工通信需要引入主从通信模式这个概念，即指定通信双方一方为主机，其余为从机；

(2) 规定系统中所有从机不可主动把数据发送到主机；

(3) 系统中主机和所有从机上电后都处于接收状态；

(4) 任何一次的数据交换都由主机发起。

对于主机向从机发送数据控制从机或主机查询从机返回的数据都应由主机发起。当主机向从机发送数据控制从机时，主机应当处于发送状态；当主机查询从机返回的数据，首先应按照预先约定的格式发送一组寻址数据帧。总结来说主机找从机第一个目的是向从机发送数据，第二个目的是主机找到从及后将从机的数据发送到主机。即在硬件通信层确保数据能够传输和接收的前提下，再利用软件层来约束传输的数据形式和传输规则。

最简单的一种主机控制从机可以见图4，但这种随意的约定格式通用适配性差，因此需要一款统用的软件层通信协议来对所需功能进行规定。

往期博客：

一文看懂Modbus通信协议（上）

一文看懂Modbus通信协议（下）

RS-232、RS-485、RS-422通信接口标准介绍

常见网络通信协议

应用层

TCP

常见使用TCP协议的应用层服务

• HTTP: 超文本传输协议(版本1)
• SMTP: 简单邮件传输协议
• XMPP: 可扩展和通讯表示协议
• HTTP2: 超文本传输协议(版本2)
• FTP: 文件传输协议
• POP3: 邮局协议(第三版)
• NNTP: 网络新闻传输协议
• Finger: 用户信息协议
• TELNET: TCP/IP远程终端协议
• IMAP4: 因特网信息访问协议(第四版)

Unix网络服务

• LPR: Unix远程打印协议
• Rwho: Unix远程Who协议
• Rsync: 远程数据同步
• Rlogin: Unix远程登录协议
• RSH: Unix远程Shell协议
• Rexec: Unix远程执行协议

数据库协议

• TDS: 表格数据流协议
• MySQL: 关系型数据库协议
• MongoDB: 非关系型数据库协议
• TNS: 透明网络基板协议
• DRDA: 分布式关系数据库架构协议
• PostgreSQL: 关系型数据库协议

HP网络服务

• RPC: 远程过程调用协议
• RDA HP: 远程数据库访问协议
• RFA HP: 远程文件访问协议
• VT: 虚拟终端仿真协议
• NTF HP: 网络文件传输协议

直播流媒体类协议

• RTMP: 实时消息协议
• HSL: 基于HTTP的流媒体网络传输协议
• FLV: Flash Video 流媒体

区块链

• Bitcoin: 比特币加密协议

通讯类协议

• LWS: 钉钉端到端加密通信私有协议
• KaKaoTalk: KaKaoTalk软件即时通讯私有协议

其他

• X-Window: X窗口系统协议
• DIAMETER: 计算机网络认证协议
• MPBGP: 多协议扩展边界网关协议
• HTTPS: 安全超文本传输协议
• CMOT: 基于TCP/IP的CMIP协议

TCP/UDP

同时使用TCP和UDP协议的应用层服务

• SOCKS: 安全套接字协议
• FANP: 流属性通知协议
• STUN: NAT的会话工具协议
• DNS: 域名解析协议
• SLP: 服务定位协议
• IPFIX: IP数据流信息导出协议
• RADIUS: 远程用户拨号认证服务协议
• eDonKey: 文件共享网络协议

通讯类协议

• MSN: MSN消息服务协议
• WickrMe: WickrMe软件即时通讯私有协议
• Line: Line软件即时通讯私有协议
• QQ: 通讯QQ软件即时通讯私有协议
• WeChat: 腾讯微信软件即时通讯私有协议
• Skype: 微软Skype软件即时通讯私有协议
• Twitter: Twitter软件即时通讯私有协议
• Signal: Signal软件即时通讯私有协议

游戏类协议

• WOW: 暴雪娱乐魔兽世界游戏私有协议
• Xbox: Xbox家用电视游戏私有协议
• LOL: 腾讯英雄联盟游戏私有协议

远程控制类协议

• TeanViewer: GmbH TeamViewer软件远程连接控制私有协议
• PcAnywhere: Symantec PcAnywhere软件远程连接控制私有协议

其他私有协议

• Thunder: 迅雷下载私有协议
• Spotofy: 音频软件私有协议
• Dropbox: Dropbox办公软件私有协议
• TikTok: 抖音短视频软件私有协议

区块链

• BitTorrent: 内容分发协议

SUN

• NFS: 网络文件系统协议
• R-STAT: SUN远程状态协议
• PMAP: SUN端口映射协议
• Mount: NFS初始句柄加载协议
• NSM: SUN网络状态监测协议
• NIS: SUN网络信息系统协议

UDP

网络流量分析协议

• NetFlow: 网络流量分析协议
• sFlow: 网络监测分析协议

常见使用UDP协议的应用层服务

• BOOTP: 引导协议
• NTP: 网络时间协议
• DHCP: 动态主机配置协议
• TFTP: 简单文件传输协议

音频会议类协议

• Zoom: Zoom音视频通讯协议
• WeLink: 华为云WeLink音视频通信协议
• TRTC: 腾讯低延时实时音视频协议
• G-Net: G-Net全时云音视频通讯协议
• Zego: Zego即构实时音视频协议通信协议

其他

• MPEG_TS: 音效数据通讯协议
• DHCPv6: IPv6动态配置协议
• CAPWAP: 无线接入点的控制和配置协议
  • DTLS: 传输层安全协议
  • IEEE802.11协议簇
• SNMP: 简单网络管理协议
• HTTP3: 超文本传输协议(版本3)

5G协议

SCTP

• NGAP: NG接口应用协议
• XnAP: Xn接口应用协议
• F1AP: F1接口应用协议
• E1AP: E1接口应用协议