横河输入模块AAR145-S50

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通信协议

通信协议的概念

人们打电话时要按照一定的规则进行。比如，先拿起话机监听，若线路空闲，可听到允许拨号的声音，拨号成功时会听到对方电话机铃响。对方拿起话机后，双方互通姓名，互致问候，然后对话。对话完毕时，说声“再见 !”结束通话。数据通信也必须遵守一定的规则。 

网络通信功能包括数据传输和通信控制两大部分。为了可靠、准确且快速地传输数据信息，通信过程从开始发送信息到结束发送可分为若干个阶段，相应的通信控制功能也分成一组组操作。将通信的全过程称为通信体系结构，一组组通信控制功能应当遵守通信双方共同约定的规则，并受这些规则的约束。在计算机通信网络中，对数据传输过程进行管理的规则称为协议。

通信协议不仅规定了通信过程，还规定了报文的格式及所使用的命令的含义等。通信协议有如下关键要素。

(1)语法　语法( Syntax )包括数据格式、信号电平等规定。例如，简单通信协议定义数据前 8 位是发送方地址，***组 8 位是接收方地址，后面是消息本身等。

(2)语义　语义( Semantics )是比特流每部分的含义，一个特定比特模式如何理解，基于这种理解采取何种动作等，包括用于调整和差错处理的控制信息。例如，一个地址指经过的路由器还是目的地址等。

(3)时序　时序( Timing )规定了速度匹配和***。包括数据何时发送，以什么速率发送，使发送与接收方能够无差错地完成数据通信等。

完善的通信协议是复杂的，为了使其设计简单，易于调试和正确实现，通常将整个协议划分为若干个层次。不同的局部网络，其通信网络系统结构不同，描述其通信控制功能的协议也不同。为了使各种网络能够互连，***化组织 (International Standards Organization，***) 提出了一个开放系统互连(OpenSystems Interconnection，OSI) 参考模型，简称***/OSI 模型。它是通信系统之间相互交换信息所共同使用的一组标准化规则，凡按照该模型建立的网络就可以互连。开放系统互连是彼此开放的系统通过共同使用适当的标准实现信息的交换。

2.开放系统互连参考模型

开放系统互连参考模型(OSI) 是信息处理领域内最重要的标准之一。它为协调研制系统互连的各种标准提供了共同的基础，为保持所有相关标准的相容性提供共同的参考，为研究、设计、实现和改造信息系统提供了功能上和概念上的框架。该标准将开放系统的通信功能分为七层，描述了分层的意义及各层的命名和功能。

***化组织选择的结构化技术是分层 ( Layering )。在分层结构中，每一层执行部分通信功能，它依靠相邻的低一层完成较原始的功能，并和该层的具体细节分离，同样，它为相邻的高一层提供服务。分层结构使各层的实现对其他层次来说是透明的，使各层的设计和测试相对独立。因此，新技术的引入或新业务的开发只需在相应的分层进行。

两个相互通信的系统都有共同的层次结构，一个系统的 N 层与另一个系统的 N 层之间的相互通信遵循一套“协议”。

两个系统相互通信时应具有相同的层次结构。同等层之间应建立同等层的通信关系，例如，应用层之间使用应用层通信协议，该协议要求下一层 ( 表示层 ) 为其提供服务。依次类推，直到物理层。在物理层，通过通信介质上实际传输的比特流实现信息的传输。在此，“层”的含义既是考虑问题的层次，又是逻辑的套叠关系，它对应有不同的软件。这种关系有点像信件中采用多层信封把信息包装起来，发信时要由里到外逐层包装，收信后要由外到里逐层拆开，***才是所传送的信息。每一层都有双方约定的规则，即协议，相当于每一层的信封上都有相互理解的标记，否则信息就传不到预定地点。

如果把要传送的信息称为“报文”，它也可以是数据，每一层上的标记则称为“报头”。例如，从一个站S1把数据传送到另一个站S2，在图 2.14 中，首先把数据送到应用层口，把一个报头H7加到数据前面，相当于包装一个信封。然后传到表示层，又加一个报头H6，相当于***层信封。如此类推，传到第 2 层，即链路层口之后，除了加报头H2之外还要加报尾T2，然后送到物理层。 

物理层是通信设备的硬件，它不再进行上述包装，而是把封装后的信息由物理层放到通信线路上传输。由此可见，从第 7 层到第 2 层根本没有进行站 Sl 到站S2的传送，只不过是为传送作准备，这种准备都是软件方面的处理，直到层才靠硬件(传输介质)真正进行传送。

到达接收站之后，按照相反的顺序逐层向上，每经过一层就去掉一个报头，到应用层之后，所有的报头报尾都去掉了，因为这些附加的标记已经完成了识别的任务，***只剩数据或报文本身。至此，站 S1 到站S2的通信结束。反之，从站 S2 到站 Sl 的通信过程也是这样进行的，只不过方向相反而已。

***/OSI 模型由七层组成，从下至上分别为物理层、链路层、网络层、传送层、会话层、表示层及应用层。可以认为低层实际上是高层的接口，每一层都详细地规定了通信协议和任务，一旦这一层的任务完成，它上面或下面层的任务就开始执行。

***/OSI 模型各层的功能如下。

(1)物理层  物理层用来提供通信设备的机械特性、电气特性、功能特性和过程特性，并在物理线路上传输数据位流。

(2)链路层  链路层负责将被传送的数据按帧结构格式化，从一个站无差错地传送到下一个站。 

(3)网络层  网络层负责将数据通过多种网络从源地址发送到目的地址，并负责多路径下的路径选择和拥挤控制。

(4)传送层  传送层负责源端到目的端完整数据的传送，在这一点上与网络层是有区别的，网络层只负责数据包的传送，它并不关心数据包之间的关系。

(5)会话层  会话层为网络的会话控制器，负责通信设备间交互作用的建立、维护与同步，同时还负责每一会话的正常关闭，即不会造成会话的突然中断。

(6)表示层  表示层使数据格式不同的设备之间可以进行通信，如设备分别采用不同的编码，表示层具有代码翻译功能，使设备间能够互相理解。

(7)应用层  应用层为用户提供访问网络的手段，包括提供界面及各种服务，如电子邮件、文件存取、数据库管理等。

总之，下面三层主要解决网络通信的细节，并为上层用户服务。上面四层解决端对端的通信，并不涉及实现传输的具体细节。