一、串行通信協(xié)議
計算機與外設或計算機之間的通信通常有兩種方式：并行通信和串行通信。
并行通信指數據的各位同時(shí)傳送。并行方式傳輸數據速度快，但占用的通信線(xiàn)多，傳輸數據的可靠性隨距離的增加而下降，只適用于近距離的數據傳送。
串行通信是指在單根數據線(xiàn)上將數據一位一位地依次傳送。發(fā)送過(guò)程中，每發(fā)送完一個(gè)數據，再發(fā)送第二個(gè)，依此類(lèi)推。接受數據時(shí)，每次從單根數據線(xiàn)上一位一位地依次接受，再把它們拼成一個(gè)完整的數據。在遠距離數據通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信線(xiàn)少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1、串行通信的基本概念
(1)同步和異步通信方式
串行通信有兩種最基本的通信方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。同步串行通信方式是指在相同的數據傳送速率下，發(fā)送端和接受端的通信頻率保持嚴格同步。由于不需要使用起始位和停止位，可以提高數據的傳輸速率，但發(fā)送器和接受器的成本較高。異步串行通信是指發(fā)送端和接受端在相同的波特率下不需要嚴格地同步，允許有相對的時(shí)間時(shí)延，即收、發(fā)兩端的頻率偏差在10％以?xún)?，就能保證正確實(shí)現通信。
異步通信在不發(fā)送數據時(shí)，數據信號線(xiàn)上總是呈現高電平狀態(tài)，稱(chēng)為空閑狀態(tài)（又稱(chēng)MARK狀態(tài)）。當有數據發(fā)送時(shí)，信號線(xiàn)變成低電平，并持續一位的時(shí)間，用于表示發(fā)送字符的開(kāi)始，該位稱(chēng)為起始位，也稱(chēng)SPACE狀態(tài)。起始位之后，在信號線(xiàn)上依次出現待發(fā)送的每一位字符數據，并且按照先低位后高位的順序逐位發(fā)送。采用不同的字符編碼方案，待發(fā)送的每個(gè)字符的位數不同，在5、6、7或8位之間選擇。數據位的后面可以加上一位奇偶校驗位，也可以不加，由編程指定。最后傳送的是停止位，一般選擇1位、1.5位或2位。
（2）數據傳送方式
①單工方式。單工方式采用一根數據傳輸線(xiàn)，只允許數據按照固定的方向傳送。圖8（a）中A只能作為發(fā)送器，B只能作為接收器，數據只能從A傳送到B，不能從B傳送到A。
②半雙工方式。半雙工方式采用一根數據傳輸線(xiàn)，允許數據分時(shí)地在兩個(gè)方向傳送，但不能同時(shí)雙向傳送。圖8（b）中在某一時(shí)刻，A為發(fā)送器，B為接收器，數據從A傳送到B；而在另一個(gè)時(shí)刻，A可以作為接收器，B作為發(fā)送器，數據從B傳送到A。
③全雙工方式。全雙工方式采用兩根數據傳輸線(xiàn)，允許數據同時(shí)進(jìn)行雙向傳送。圖8（c）中A和B具有獨立的發(fā)送器和接收器，在同一時(shí)刻，既允許A向B發(fā)送數據，又允許B向A發(fā)送數據。
（3）波特率
波特率是指每秒內傳送二進(jìn)制數據的位數，以b/s和bps（位/秒）為單位。它是衡量串行數據傳送速度快慢的重要指標和參數。計算機通信中常用的波特率是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps。
（4）串行通信的檢錯和糾錯
在串行通信過(guò)程中存在不同程度的噪聲干擾，這些干擾有時(shí)會(huì )導致在傳輸過(guò)程中出現差錯。因此在串行通信中對數據進(jìn)行校驗是非常重要的，也是衡量通信系統質(zhì)量的重要指標。檢錯，就是如何發(fā)現數據傳輸過(guò)程中出現的錯誤，而糾錯就是在發(fā)現錯誤后，如何采取措施糾正錯誤。
①誤碼率
誤碼率是指數據經(jīng)傳輸后發(fā)生錯誤的位數與總傳輸位數之比。在計算機通信中，一般要求誤碼率達到10-6數量級。誤碼率與通信過(guò)程中的線(xiàn)路質(zhì)量、干擾、波特率等因素有關(guān)。
②奇偶校驗
奇偶校驗是常用的一種檢錯方式。奇偶校驗就是在發(fā)送數據位最后一位添加一位奇偶校驗位（0或1），以保證數據位和奇偶校驗位中1的總和為奇數或偶數。若采用偶校驗，則應保證1的總數為偶數；若采用奇校驗，則應保證1的總和為奇數。在接受數據時(shí)，CPU應檢測數據位和奇偶校驗位中1的總數是否符合奇偶校驗規則，如果出現誤碼，則應轉去執行相應的錯誤處理服務(wù)程序，進(jìn)行后續糾錯。
③糾錯
在基本通信規程中一般采用奇偶校驗或方陣碼檢錯，以重發(fā)方式進(jìn)行糾錯。在高級通信中一般采用循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯，以自動(dòng)糾錯方式來(lái)糾錯。一般說(shuō)來(lái)，附加的冗余位越多，檢測、糾錯能力就越強，但通信效率也就越低。
2、串行通信接口標準
串行通信接口按電氣標準及協(xié)議來(lái)分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。 RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。USB是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型接口標準，主要應用于高速數據傳輸領(lǐng)域。
（1）RS-232串行接口
目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送端驅動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當無(wú)數據傳輸時(shí)，線(xiàn)上為T(mén)TL電平，從開(kāi)始傳送數據到結束，線(xiàn)上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。RS-232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設備）通信而設計的，其驅動(dòng)器負載為3～7kΩ。由于RS-232發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線(xiàn)上的分布電容，其傳送距離最大為約30米，最高速率為20kb/s。所以RS-232適合本地設備之間的通信?？梢酝ㄟ^(guò)測量DTE的Txd（或DCE的Rxd）和Gnd之間的電壓了解串口的狀態(tài)，在空載狀態(tài)下，它們之間應有約-10V左右（-5~-15V）的電壓，否則該串口可能已損壞或驅動(dòng)能力弱。
①管腳定義
RS-232物理接口標準可分成25芯和9芯D型插座兩種，均有針、孔之分。其中TX（發(fā)送數據）、RX（接受數據）和GND（信號地）是三條最基本的引線(xiàn)，就可以實(shí)現簡(jiǎn)單的全雙工通信。DTR（數據終端就緒）、DSR（數據準備好）、RTS（請求發(fā)送）和CTS（清除發(fā)送）是最常用的硬件聯(lián)絡(luò )信號。
表1-8-1 RS232接口中DB9、DB25管腳信號定義
9針 25針 信號名稱(chēng) 信號流向 簡(jiǎn)稱(chēng) 信號功能
3 2 發(fā)送數據 DTE —>DCE TxD DTE發(fā)送串行數據
2 3 接收數據 DTE <—DCE RxD DTE接受串行數據
7 4 請求發(fā)送 DTE —>DCE RTS DTE請求切換到發(fā)送方式
8 5 清除發(fā)送 DTE <—DCE CTS DCE已切換到準備接受
6 6 數據設備就緒 DTE <—DCE DSR DCE準備就緒可以接受
5 7 信號地 GND 公共信號地
1 8 載波檢測 DTE <—DCE DCD DCE已接受到遠程載波
4 20 數據終端就緒 DTE —>DCE DTR DTE準備就緒可以接受
9 22 振鈴指示 DTE <—DCE RI 通知DTE，通訊線(xiàn)路已接通
按照RS232標準，傳輸速率一般不超過(guò)20kbps，傳輸距離一般不超過(guò)15M。實(shí)際使用時(shí)通信速率最高可達115200bps。
②RS232串行接口基本接線(xiàn)原則
設備之間的串行通信接線(xiàn)方法，取決于設備接口的定義。設備間采用RS232串行電纜連接時(shí)有兩類(lèi)連接方式：
直通線(xiàn)：即相同信號（Rxd對Rxd、Txd對Txd）相連，用于DTE（數據終端設備）與DCE（數據通信設備）相連。如計算機與MODEM（或DTU）相連。
交叉線(xiàn)：即不同信號（Rxd對Txd、Txd對Rxd）相連，用于DTE與DTE相連。如計算機與計算機、計算機與采集器之間相連。
以上兩種連接方法可以認為同種設備相連采用交叉線(xiàn)連接，不同種設備相連采用直通線(xiàn)連接。在少數情況下會(huì )出現兩臺具有DCE接口的設備需要串行通信的情況，此時(shí)也用交叉方式連接。當一臺設備本身是DTE，但它的串行接口按DCE接口定義時(shí)，應按DCE接線(xiàn)。如艾默生網(wǎng)絡(luò )能源有限公司生產(chǎn)的一體化采集器IDA采集模塊上的調測接口是按DCE接口定義的，當計算機與IDA采集模塊的調測口連接時(shí)就要采用直通串行電纜。
一般地，RS232接口若為公頭，則該接口按DTE接口定義；若為母頭，則該接口按DCE接口定義。但注意也有反例，不能一概而論。（一些DTE設備上的串行接口按DCE接口定義而采用DB9或DB25母接口的原因主要是因為DTE接口一般都采用公頭，當人用手接觸時(shí)易接觸到針腳；采用母頭時(shí)因不易碰到針腳，可避免人體靜電對設備的影響。）
對于某些設備上的非標準RS232接口，需要根據設備的說(shuō)明書(shū)確定針腳的定義。如果已知Txd、Rxd和Gnd三個(gè)針腳，但不清楚哪一個(gè)針腳是Txd，哪一個(gè)針腳是Rxd，可以通過(guò)用萬(wàn)用表測量它們與Gnd之間的電壓來(lái)判別，如果有一個(gè)電壓為-10V左右，則萬(wàn)用表紅表筆所接的是DTE的Txd或DCE的Rxd。
③RS232的三種接線(xiàn)方式
三線(xiàn)方式：即兩端設備的串口只連接收、發(fā)、地三根線(xiàn)。一般情況下，三線(xiàn)方式即可滿(mǎn)足要求，如監控主機與采集器及大部分智能設備之間相連。
簡(jiǎn)易接口方式：兩端設備的串口除了連接收、發(fā)、地三根線(xiàn)外，另外增加一對握手信號（一般是DSR和DTR）。具體需要哪對握手信號，需查閱設備接口說(shuō)明。
完全口線(xiàn)方式：兩端設備的串口9線(xiàn)全接。
此外，有些設備雖然需要握手信號，當并不需要真正的握手信號，可以采用自握手的方式。
（2）RS-422/485串行接口
①平衡傳輸
RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速度低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbit/s,并允許在一條平衡總線(xiàn)上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規范。
RS-422的數據信號采用差分傳輸方式，也稱(chēng)作平衡傳輸。它使用一對雙絞線(xiàn)，將其中一線(xiàn)定義為A，另一線(xiàn)定義為B，如圖1-8-8。通常情況下，發(fā)送驅動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負電平在-2～-6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號地C，在RS-485中還有一“使能”端， “使能”端是用于控制發(fā)送驅動(dòng)器與傳輸線(xiàn)的切斷與連接。當“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱(chēng)作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相應的規定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線(xiàn)將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線(xiàn)上的電平范圍通常在200mV至6V之間。
②RS-422
RS-422標準全稱(chēng)是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖1-8-9是典型的RS-422四線(xiàn)接口。實(shí)際上還有一根信號地線(xiàn)，共5根線(xiàn)。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅動(dòng)器比RS232更強的驅動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線(xiàn)上連接多個(gè)接收節點(diǎn)，最多可接10個(gè)節點(diǎn)。即一個(gè)主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。RS-422四線(xiàn)接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線(xiàn)）實(shí)現。
RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1200米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線(xiàn)的長(cháng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(cháng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS422接口的定義很復雜，一般只使用四個(gè)端子，其針腳定義分別為T(mén)X+、TX-、RX+、RX-，其中TX+和TX-為一對數據發(fā)送端子，RX+和RX-為一對數據接收端子，參見(jiàn)圖1-8-10。RS422采用了平衡差分電路，差分電路可在受干擾的線(xiàn)路上拾取有效信號，由于差分接收器可以分辨0.2V以上的電位差，因此可大大減弱地線(xiàn)干擾和電磁干擾的影響，有利于抑制共模干擾，傳輸距離可達1200米。
另外和RS232不同的是，在一RS422總線(xiàn)上可以?huà)旖佣嗯_設備組網(wǎng)，總線(xiàn)上連接的設備RS422串行接口同名端相接，與上位機則收發(fā)交叉，可以實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，如圖1-8-11所示。（RS232只能點(diǎn)到點(diǎn)通信，不能組成串行總線(xiàn)。）
通過(guò)RS422總線(xiàn)與計算機某一串口通信時(shí)，要求各設備的的通信協(xié)議相同。為了在總線(xiàn)上區分各設備，各設備需要設置不同的地址。上位機發(fā)送的數據所有的設備都能接收到，但只有地址符合上位機要求的設備響應。
③RS-485
為擴展應用范圍，EIA在RS-422的基礎上制定了RS-485標準，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通常在要求通信距離為幾十米至上千米時(shí)，廣泛采用RS-485收發(fā)器。
RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅動(dòng)器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故數據傳輸可達千米以外。
RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線(xiàn)上接終接電阻等。RS-485可以采用二線(xiàn)與四線(xiàn)方式，二線(xiàn)制可實(shí)現真正的多點(diǎn)雙向通信。而采用四線(xiàn)連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現點(diǎn)對多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線(xiàn)還是二線(xiàn)連接方式總線(xiàn)上可連接多達32個(gè)設備，SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400個(gè)節點(diǎn)。
RS-485與RS-422的共模輸出電壓是不同的。RS-485共模輸出電壓在-7V至+12V之間， RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12KΩ；RS-422是4kΩ；RS-485滿(mǎn)足所有RS-422的規范，所以RS-485的驅動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò )中應用。但RS-422的驅動(dòng)器并不完全適用于RS-485網(wǎng)絡(luò )。
RS-485與RS-422一樣，最大傳輸速率為10Mb/s。當波特率為1200bps時(shí)，最大傳輸距離理論上可達15千米。平衡雙絞線(xiàn)的長(cháng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規定最長(cháng)的電纜長(cháng)度。
RS-485需要2個(gè)終接電阻，接在傳輸總線(xiàn)的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。
RS485是RS422的子集，只需要DATA+（D+）、DATA-（D-）兩根線(xiàn)。RS485與RS422的不同之處在于RS422為全雙工結構，即可以在接收數據的同時(shí)發(fā)送數據，而RS485為半雙工結構，在同一時(shí)刻只能接收或發(fā)送數據。
RS485總線(xiàn)上也可以?huà)旖佣嗯_設備，用于組網(wǎng)，實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)及多點(diǎn)到多點(diǎn)的通信（多點(diǎn)到多點(diǎn)是指總線(xiàn)上所接的所有設備及上位機任意兩臺之間均能通信）。
連接在RS485總線(xiàn)上的設備也要求具有相同的通信協(xié)議，且地址不能相同。在不通信時(shí)，所有的設備處于接收狀態(tài)，當需要發(fā)送數據時(shí)，串口才翻轉為發(fā)送狀態(tài)，以避免沖突。
為了抑制干擾，RS485總線(xiàn)常在最后一臺設備之后接入一個(gè)120歐的電阻。
很多設備同時(shí)有RS485接口方式和RS422接口方式，常共用一個(gè)物理接口，見(jiàn)圖1-8-14。圖中，RS485的D+和D-與RS422的T+和T-共用。
(3)RS232/422/485串行通信接口性能比較
上述三種通信接口的比較見(jiàn)下表1-8-2。
接口性能 RS-232 RS422 RS485
操作方式 電平 差分 差分
最大傳輸速率 20kb/s(15m) 10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)100kb/s(1200m) 10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)100kb/s(1200m)
驅動(dòng)器輸出電壓 無(wú)負載時(shí) ±5V～±15V ±5V ±5V
有負載時(shí) ±2V ±1.5V
驅動(dòng)器負載阻抗 3kΩ～7kΩ 100Ω(min) 54Ω(min)
接收輸入阻抗 3kΩ～7kΩ 4kΩ 12kΩ
接收器靈敏度 ±3V ±200mV ±200mV
工作方式 全雙工 全雙工 半雙工
連接方式 點(diǎn)到點(diǎn) 點(diǎn)到多點(diǎn) 多點(diǎn)到多點(diǎn)
表1-8-2 RS232、RS422、RS-485接口性能比較
（4）USB接口
USB,全稱(chēng)是Universal Serial Bus（通用串行總線(xiàn)），它是在1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合制訂的，但是直到1999年，USB才真正被廣泛應用。自從1994年11月11日發(fā)表了USB V0.7以后，USB接口經(jīng)歷了六年的發(fā)展，現在USB已經(jīng)發(fā)展到了2.0版本。USB接口的特點(diǎn)是：
①數據傳輸速率高。USB標準接口傳輸速率為12Mbps，最新的USB2.0支持最高速率達480Mbps。同串行端口比，USB大約快1000倍；同并行端口比，USB端口大約快50%。
②數據傳輸可靠。USB總線(xiàn)控制協(xié)議要求在數據發(fā)送時(shí)含有3個(gè)描敘數據類(lèi)型、發(fā)送方向和終止標志、USB設備地址的數據包。USB設備在發(fā)送數據時(shí)支持數據偵錯和糾錯功能，增強了數據傳輸的可靠性。
③同時(shí)掛接多個(gè)USB設備。USB可通過(guò)菊花鏈的形式同時(shí)掛接多個(gè)USB設備，理論上可達127個(gè)。
④USB接口能為設備供電。USB線(xiàn)纜中包含有兩根電源線(xiàn)及兩根數據線(xiàn)。耗電比較少的設備可以通過(guò)USB口直接取電?？赏ㄟ^(guò)USB口取電的設備又分低電量模式和高電量模式，前者最大可提供100毫安的電流，而后者則是500毫安。
⑤支持熱插拔。在開(kāi)機情況下，可以安全地連接或斷開(kāi)設備，達到真正的即插即用。
USB還具有一些新的特性，如：實(shí)時(shí)性（可以實(shí)現和一個(gè)設備之間有效的實(shí)時(shí)通信）、動(dòng)態(tài)性（可以實(shí)現接口間的動(dòng)態(tài)切換）、聯(lián)合性（不同的而又有相近的特性的接口可以聯(lián)合起來(lái)）、多能性（各個(gè)不同的接口可以使用不同的供電模式）。
二、計算機網(wǎng)絡(luò )和TCP/IP協(xié)議
（一）OSI模型
OSI（OSI-Open System Interconnection）開(kāi)放系統互聯(lián)參考模型是為不同開(kāi)放系統的應用進(jìn)程之間進(jìn)行通信所定義的標準。OSI包含兩部分： ISO/OSI/RM (ISO7498)、服務(wù)與協(xié)議。 OSI參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分為七層。
（1）物理層是OSI參考模型的最低層，與傳輸媒體直接相連，主要作用是建立、保持和斷開(kāi)物理連接，以確保二進(jìn)制比特流的正確傳輸。物理層協(xié)議規定了數據終端設備（DTE）與數據通訊設備（DCE）之間的接口標準。規定了接口的4個(gè)特性：機械特性、電器特性、功能特性和規程特性。這里的DTE（Data Terminal Equipment）數據終端設備是具有一定數據處理能力和數據轉發(fā)能力的設備，DCE（Data Circuit-Terminal Equipment）數據鏈路端接設備（通信設備）的作用是在DTE和傳輸線(xiàn)路之間提供信號變換和編碼的功能。物理層協(xié)議包括RS-232、RS-449、V.24、V.35、X.21等。
（2）數據鏈路層是OSI參考模型的第二層，主要負責數據鏈路的建立、維持和拆除，確保在一段物理鏈路上數據幀的正確傳輸。
（3）網(wǎng)絡(luò )層是OSI模型的第三層，又叫通信子網(wǎng)層，主要用于控制通信子網(wǎng)的運行。網(wǎng)絡(luò )層主要作用是將從高層傳送下來(lái)的數據分組打包，再進(jìn)行必要的路由選擇、流量控制、差錯控制、順序檢測等處理，使數據正確無(wú)誤地傳送到目的端。網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議包括IP、RARP、ARP（TCP/IP）、IPX、DECNET、AppleTalk、X.25等。
（4）傳輸層（Transport Layer）位于資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)之間，是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的橋梁。傳輸層的主要作用是為利用通信子網(wǎng)進(jìn)行通信的兩個(gè)主機，提供端到端的可靠的、透明的通信服務(wù)。它與應用進(jìn)程相關(guān)。TCP、UDP是傳輸層協(xié)議。
（5）第五、六、七層是面向信息處理的高層協(xié)議。會(huì )話(huà)層的主要作用是組織并協(xié)商兩個(gè)應用進(jìn)程之間的會(huì )話(huà)，并管理它們之間的數據交換。表示層解決用戶(hù)信息的語(yǔ)法表示問(wèn)題，主要目的是使數據保持原來(lái)的含義。應用層是OSI模型的最高層，是唯一直接向應用程序提供服務(wù)的一層，它直接面向用戶(hù)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。
（二）TCP/IP協(xié)議
自從TCP/IP在20世紀70年代早期被引入之后，該協(xié)議已經(jīng)被廣泛使用在全世界的網(wǎng)絡(luò )上。在PC、UNIX工作站、小型機、Macintosh計算機、大型機以及用于連接客戶(hù)機和主機的網(wǎng)絡(luò )設備上都可以使用TCP/IP。通過(guò)TCP/IP，成千上萬(wàn)個(gè)公共網(wǎng)絡(luò )和商業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接到了Internet上，使得大量用戶(hù)可以對之進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
（1）TCP/IP協(xié)議族
TCP/IP是一個(gè)協(xié)議族，它的核心協(xié)議主要有傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶(hù)數據報協(xié)議（UDP）和網(wǎng)際協(xié)議（IP）。在TCP/IP中，與OSI模型的網(wǎng)絡(luò )層等價(jià)的部分為IP。另外一個(gè)兼容的協(xié)議層為傳輸層，TCP和UDP都運行在這一層。OSI模型的高層與TCP/IP的應用層協(xié)議是對應的。
對主要協(xié)議起補充作用的協(xié)議有五個(gè)，它們是通過(guò)TCP/IP提供的五個(gè)應用服務(wù)：文件傳輸協(xié)議（FTP）、遠程登錄協(xié)議（TELNET）、 簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、域名服務(wù)（DNS）、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議（SNMP）和遠程網(wǎng)絡(luò )監測（RMON）等。另外超文本傳輸協(xié)議（HTTP）用于在Internet上為使用WWW瀏覽器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的用戶(hù)傳輸超文本標記語(yǔ)言文檔，包括音頻、圖像、視頻和圖形文件?？梢允褂肞ing應用程序對同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上或者不同網(wǎng)絡(luò )上的結點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，確定對方是否連接并且可以進(jìn)行響應。作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理員，可以使用Ping另外一個(gè)結點(diǎn)來(lái)快速驗證LAN或WAN連接是否正常工作。Traceroute（Tracert）應用程序使用戶(hù)可以跟蹤網(wǎng)絡(luò )兩點(diǎn)間的跳數。
（2）網(wǎng)絡(luò )中的兩種尋址方法
地址是網(wǎng)絡(luò )設備和主機的標識，網(wǎng)絡(luò )中存在兩種尋址方法：MAC地址和IP地址，兩種尋址方法既有聯(lián)系又有區別。MAC地址是設備的物理地址，位于OSI參考模型的第2層，全網(wǎng)唯一標識，無(wú)級地址結構（一維地址空間），固化在硬件中，尋址能力僅限在一個(gè)物理子網(wǎng)中。IP地址是設備的邏輯地址，位于OSI參考模型的第3層，全網(wǎng)唯一標識，分級地址結構（多維地址空間），由軟件設定，具有很大的靈活性，可在全網(wǎng)范圍內尋址。IP地址長(cháng)度為32bits（4個(gè)字節），由網(wǎng)絡(luò )ID和主機ID組成。網(wǎng)絡(luò )ID（Network ID）標識主機所在的網(wǎng)絡(luò )，主機ID（Host ID）標識在該網(wǎng)絡(luò )上的主機。IP地址由4段組成，每段以十進(jìn)制數表示，4個(gè)十進(jìn)制數之間用小數點(diǎn)區分，如202.102.1.3。
編址的另一有特殊目的的形式是子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼的目的有兩個(gè)：一是顯示使用的編址類(lèi)別，二是將網(wǎng)絡(luò )分成子網(wǎng)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò )流量。在第一種情況下，子網(wǎng)掩碼可使得應用程序能夠確定地址的哪一部分是網(wǎng)絡(luò )ID，哪一部分是主機ID。
上面介紹的編址稱(chēng)為IPv4，IPv4已經(jīng)消耗盡了所有的地址。由于IPv4不能提供網(wǎng)絡(luò )安全，也不能實(shí)施復雜的路由選項，如在QoS的水平上創(chuàng )建子網(wǎng)等，所以應用也受到了限制。同時(shí)，IPv4除了提供廣播和多點(diǎn)傳送編址外，并不具備多個(gè)選項來(lái)處理多種不同的多媒體應用程序，如流式視頻或視頻會(huì )議等。為適應I P的爆炸式應用，Internet工程任務(wù)組（IETF）開(kāi)始了IPng(IP next generation)的初步開(kāi)發(fā)。1996年，IPng的研究誕生了一種稱(chēng)為IPv6的新標準，IPv6具有128位編址能力。
（三）主要的網(wǎng)絡(luò )設備
（1）網(wǎng)絡(luò )接口卡（NIC）
NIC可以使網(wǎng)絡(luò )設備如計算機或其他網(wǎng)絡(luò )設備等連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò )上。
（2）集線(xiàn)器
集線(xiàn)器是以星形拓撲結構連接網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)如工作站、服務(wù)器等的一種中樞網(wǎng)絡(luò )設備。集線(xiàn)器也可以指集中器，具有同時(shí)活動(dòng)的多個(gè)輸入和輸出端口。集線(xiàn)器的功能有：
①提供一個(gè)中央單元，從中可以向網(wǎng)絡(luò )連接多個(gè)結點(diǎn)。
②允許大量的計算機可以連接在一個(gè)或多個(gè)LAN上。
③通過(guò)集中式網(wǎng)絡(luò )設計來(lái)降低網(wǎng)絡(luò )阻塞。
④提供多協(xié)議服務(wù)，如Ethernet-to-FDDI連接。
⑤加強網(wǎng)絡(luò )主干。
⑥使得可以進(jìn)行高速通信。
⑦為幾種不同類(lèi)型的介質(zhì)(如同軸電纜、雙絞線(xiàn)和光纖)提供連接。
⑧使得可以進(jìn)行集中式網(wǎng)絡(luò )管理。
（3）路由器
路由器具有內置的智能來(lái)指導包流向特定的網(wǎng)絡(luò )，可以研究網(wǎng)絡(luò )流量并快速適應在網(wǎng)絡(luò )中檢測到的變化。路由器可以用來(lái)：
①有效地指導包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳輸到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，減少過(guò)度的流量。
②連接相臨或遠距離的網(wǎng)絡(luò )。
③連接截然不同的網(wǎng)絡(luò )。
④通過(guò)隔離網(wǎng)絡(luò )的一部分來(lái)防止網(wǎng)絡(luò )的瓶頸。
⑤保護網(wǎng)絡(luò )免受入侵。
（4）網(wǎng)關(guān)
在許多環(huán)境下都用到了“網(wǎng)關(guān)”一詞，但通常它是指一種使得兩個(gè)不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )系統或軟件可以進(jìn)行通信的軟件或硬件接口。例如可以用網(wǎng)關(guān)來(lái)：
①將常用的協(xié)議（如TCP/IP）轉換為專(zhuān)用的協(xié)議（如SNA）。
②將一種消息格式轉換為另一種格式。
③轉化不同的編址方案。
④將主機鏈接到LAN上。
⑤為到主機的連接提供終端仿真。
⑥指導電自由件發(fā)送到正確的網(wǎng)絡(luò )目標上。
⑦用不同的結構連接網(wǎng)絡(luò )。
（5）Modem
Modem通常配合串行口實(shí)現數字信號與模擬信號之間的相互轉換，從而可以利用電話(huà)線(xiàn)或電力線(xiàn)進(jìn)行遠程通信。
（四）RJ-45接頭
RJ-45接頭有T568A和T568B兩種標準。
RJ45線(xiàn)的對接方法如下(T568B)：
A端 <——> B端
1 pin 白橙 白綠
2 pin 橙 綠
3 pin 白綠 白橙
4 pin 藍 藍
5 pin 白藍 白藍
6 pin 綠 橙
7 pin 白棕 白棕
8 pin棕 棕
普通跳線(xiàn)：用于電腦網(wǎng)卡與模塊的連接、配線(xiàn)架與配線(xiàn)間的連接、配線(xiàn)架與HUB或交換機的連接。它的兩端的RJ45接頭接線(xiàn)方式是相同的。如下圖1-8-19，其中TD代表傳送，各有兩條線(xiàn)（TD+及TD-）；而RD代表接收，也有兩條線(xiàn)（RD+及RD-）。
交叉連接線(xiàn)：用于HUB與交換機等設備間的連接。它們兩端的RJ45接線(xiàn)方式是不相同的，要求其中的一個(gè)接線(xiàn)對調1/2、3/6線(xiàn)對。而其余線(xiàn)對則可依舊按照一一對應的方式安裝。
