Algunos problemas encontrados por la interfaz del protocolo RS232 en mi trabajo real

Los métodos de interfaz se utilizan ampliamente en la recopilación y transmisión de datos en el sitio. El sistema de monitoreo implica más interfaces de comunicación en serie e interfaces de red.

1. Protocolo de comunicación serie

Suele haber dos formas de comunicación entre ordenadores y periféricos u ordenadores: comunicación paralela y comunicación serie.

La comunicación paralela se refiere a la transmisión simultánea de datos. La transmisión paralela de datos es rápida, pero ocupa muchas líneas de comunicación. La confiabilidad de los datos transmitidos disminuye con el aumento de la distancia, por lo que solo es adecuada para la transmisión de datos a corta distancia.

La comunicación serie se refiere a la transmisión de datos bit a bit en una única línea de datos. Durante el proceso de envío, después de enviar cada dato, se envía el segundo, y así sucesivamente. Al recibir datos, los recibe uno por uno de una sola línea de datos cada vez y luego los junta en datos completos. En la comunicación de datos a larga distancia, generalmente se utiliza la comunicación en serie, que tiene la ventaja de ocupar menos líneas de comunicación y ser de bajo costo.

1. Conceptos básicos de la comunicación en serie

(1) Métodos de comunicación síncronos y asíncronos

La comunicación en serie tiene dos métodos de comunicación más básicos: el modo de comunicación en serie síncrono y Modo de comunicación serie asíncrona. La comunicación en serie síncrona significa que a la misma velocidad de transferencia de datos, las frecuencias de comunicación del extremo emisor y del extremo receptor permanecen estrictamente sincronizadas. Dado que no es necesario utilizar bits de inicio y bits de parada, se puede aumentar la velocidad de transmisión de datos, pero el costo del transmisor y del receptor es mayor. La comunicación en serie asíncrona significa que el extremo emisor y el extremo receptor no necesitan estar estrictamente sincronizados a la misma velocidad en baudios y se permite un retraso de tiempo relativo, es decir, la desviación de frecuencia entre los extremos receptor y transmisor está dentro del 10%. que puede garantizar una correcta implementación.

Cuando la comunicación asíncrona no envía datos, la línea de señal de datos siempre presenta un estado de alto nivel, que se denomina estado inactivo (también conocido como estado MARCA). Cuando se envían datos, la línea de señal pasa a un nivel bajo y dura un bit, que se utiliza para indicar el comienzo del envío de caracteres. Este bit se denomina bit de inicio, también llamado estado ESPACIO. Después del bit de inicio, cada bit de datos de caracteres que se enviará aparece en la línea de señal en secuencia y se envía bit a bit en el orden del bit bajo primero y luego del bit alto. Utilizando diferentes esquemas de codificación de caracteres, cada carácter a enviar tiene diferente número de dígitos, elige entre 5, 6, 7 u 8 bits. Se puede agregar un bit de paridad después del bit de datos, o no, según lo especifique la programación. El último bit transmitido es el bit de parada, generalmente se seleccionan 1, 1,5 o 2 bits.

(2) Modo de transmisión de datos

①Modo simplex. El modo simplex utiliza una línea de transmisión de datos y solo permite que los datos se transmitan en una dirección fija. En la Figura 8 (a), A solo se puede usar como transmisor y B solo se puede usar como receptor. Los datos solo se pueden transmitir de A a B, pero no de B a A.

②Modo semidúplex. El modo semidúplex utiliza una línea de transmisión de datos para permitir que los datos se transmitan en ambas direcciones en tiempo compartido, pero no se pueden transmitir en ambas direcciones al mismo tiempo. En la Figura 8 (b), en un momento determinado, A es el transmisor, B es el receptor y los datos se transmiten de A a B y en otro momento, A puede ser el receptor, B es el transmisor y los datos; transmitido de B a A.

③Modo full-duplex. El modo full-duplex utiliza dos líneas de transmisión de datos, lo que permite que los datos se transmitan en ambas direcciones al mismo tiempo. En la Figura 8 (c), A y B tienen transmisores y receptores independientes. Al mismo tiempo, A puede enviar datos a B y B puede enviar datos a A.

(3) Velocidad en baudios

La velocidad en baudios se refiere al número de bits de datos binarios transmitidos por segundo, medido en b/s y bps (bits/segundo). Es un indicador y parámetro importante para medir la velocidad de transmisión de datos en serie. Las velocidades en baudios comúnmente utilizadas en las comunicaciones por computadora son: 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bps.

(4) Detección y corrección de errores de comunicación en serie

Existen diversos grados de interferencia de ruido durante el proceso de comunicación en serie. Estas interferencias a veces provocan errores durante el proceso de transmisión. Por lo tanto, es muy importante verificar los datos en la comunicación en serie y también es un indicador importante para medir la calidad del sistema de comunicación.

La detección de errores es cómo detectar errores durante la transmisión de datos y la corrección de errores es cómo tomar medidas para corregir los errores una vez que se descubren.

①Tasa de error de bits

La tasa de error de bits se refiere a la relación entre el número de bits de error después de la transmisión de datos y el número total de bits transmitidos. En las comunicaciones por computadora, generalmente se requiere que la tasa de error de bits sea del orden de 10-6. La tasa de error de bits está relacionada con factores como la calidad de la línea, la interferencia y la velocidad en baudios durante el proceso de comunicación.

②Comprobación de paridad

La verificación de paridad es un método de detección de errores comúnmente utilizado. La verificación de paridad consiste en agregar un bit de paridad (0 o 1) al último bit del bit de datos transmitido para garantizar que la suma de 1 en los bits de datos y los bits de paridad sea un número par o impar. Si se utiliza paridad par, se debe garantizar que el número total de unos sea un número par; si se utiliza paridad impar, se debe garantizar que el número total de unos sea un número impar. Al recibir datos, la CPU debe detectar si el número total de unos en los bits de datos y los bits de paridad se ajustan a las reglas de verificación de paridad. Si se produce un error de bit, debe ejecutar el programa de servicio de manejo de errores correspondiente para su posterior corrección.

③Corrección de errores

En los procedimientos de comunicación básicos, generalmente se utiliza la verificación de paridad o la detección de errores de código de matriz cuadrada, y la corrección de errores se realiza mediante retransmisión. En las comunicaciones avanzadas, la detección de errores del código de redundancia cíclica (CRC) se utiliza generalmente para corregir errores de forma automática. En términos generales, cuantos más bits redundantes se agreguen, mayores serán las capacidades de detección y corrección de errores, pero menor será la eficiencia de la comunicación.

2. Estándares de interfaz de comunicación serie

Las interfaces de comunicación serie se clasifican según estándares y protocolos eléctricos, incluidos RS-232, RS-422, RS485, USB, etc. Los estándares RS-232, RS-422 y RS-485 solo especifican las características eléctricas de la interfaz y no involucran conectores, cables o protocolos. USB es un nuevo estándar de interfaz desarrollado en los últimos años y se utiliza principalmente en el campo de la transmisión de datos de alta velocidad.

(1) Interfaz serie RS-232

En la actualidad, RS-232 es la interfaz serie más utilizada en la industria de las comunicaciones y las PC. RS-232 se define como un estándar de un solo extremo para aumentar la distancia de comunicación en comunicaciones serie de baja velocidad. RS-232 adopta un método de transmisión no balanceado, que es la llamada comunicación de un solo extremo. Una señal RS-232 típica oscila entre niveles positivos y negativos. Al enviar datos, el controlador del extremo emisor genera un nivel positivo entre 5 y 15 V, y un nivel negativo entre -5 y -15 V. Cuando no hay transmisión de datos, la línea está en el nivel TTL Desde el principio hasta el final de la transmisión de datos, el nivel de la línea cambia del nivel TTL al nivel RS-232 y luego regresa al nivel TTL. Los niveles de funcionamiento típicos del receptor son 3~12V y -3~-12V. RS-232 está diseñado para comunicación punto a punto (es decir, solo un par de dispositivos receptores y transmisores) y su carga de controlador es de 3~7kΩ. Dado que la diferencia entre el nivel de transmisión y el nivel de recepción de RS-232 es solo de 2 V a 3 V, su capacidad de supresión de modo es deficiente, junto con la capacitancia distribuida en la línea de par trenzado, la distancia máxima de transmisión es de aproximadamente 30 metros. La velocidad máxima es de 20 kb/s. Por tanto, RS-232 es adecuado para la comunicación entre dispositivos locales. Puede comprender el estado del puerto serie midiendo el voltaje entre Txd del DTE (o Rxd del DCE) y Gnd. En el estado sin carga, debe haber un voltaje de aproximadamente -10 V (-5 ~ -15 V) entre ellos. De lo contrario, el puerto serie puede dañarse o la capacidad del controlador es débil.

①Definición de pines

El estándar de interfaz física RS-232 se puede dividir en dos tipos: enchufes tipo D de 25 núcleos y 9 núcleos, ambos con pines y orificios. Entre ellos, TX (transmisión de datos), RX (recepción de datos) y GND (señal de tierra) son los tres cables más básicos, que pueden lograr una comunicación simple full-duplex. DTR (terminal de datos listo), DSR (datos listos), RTS (solicitud de envío) y CTS (listo para enviar) son las señales de contacto de hardware más utilizadas.

Tabla 1-8-1 Definiciones de señales de pines DB9 y DB25 en la interfaz RS232

Nombre de señal de 9 pines 25 pines dirección de flujo de señal abreviatura función de señal

3 2 Enviar datos DTE ―gt; DCE TxD DTE enviar datos serie

2 3 Recibir datos DTE lt;―DCE RxD DTE aceptar datos serie

7 4 Solicitud de envío DTE ― gt; DCE RTS Solicitud DTE para cambiar al modo de envío

8 5 Borrar para enviar DTE lt; DCE CTS DCE ha cambiado a listo para aceptar

6 6 Dispositivo de datos listo DTE lt; ; ―DCE DSR DCE Listo y aceptable

5 7 Tierra de señal GND Tierra de señal pública***

1 8 Detección de portadora DTE lt - DCE DCD DCE ha recibido la portadora remota<; /p>

4 20 Terminal de datos listo DTE ―gt; DCE DTR DTE listo para aceptar

9 22 Instrucción de timbre DTE lt;―DCE RI Notifica al DTE que la línea de comunicación está conectada

Según el estándar RS232, la velocidad de transmisión generalmente no excede los 20 kbps y la distancia de transmisión generalmente no excede los 15 M. En uso real, la velocidad de comunicación puede alcanzar hasta 115200 bps.

②Principios básicos de cableado para la interfaz serie RS232

El método de cableado de comunicación serie entre dispositivos depende de la definición de la interfaz del dispositivo. Hay dos tipos de métodos de conexión al conectar dispositivos usando cables seriales RS232:

Cable directo: es decir, se conecta la misma señal (Rxd a Rxd, Txd a Txd), utilizada para DTE (datos equipo terminal) y DCE (equipo de comunicación de datos) conectados. Por ejemplo, la computadora está conectada al MODEM (o DTU).

Línea cruzada: es decir, que conecta diferentes señales (Rxd a Txd, Txd a Rxd), utilizada para conectar DTE a DTE. Como la conexión entre ordenadores y ordenadores, ordenadores y coleccionistas.

Se puede considerar que los dos métodos de conexión anteriores se conectan el mismo tipo de equipo mediante un cable cruzado y diferentes tipos de equipos se conectan mediante un cable directo. En algunos casos, dos dispositivos con interfaces DCE necesitan comunicarse en serie. En este caso, también se utiliza la conexión cruzada. Cuando un dispositivo en sí es DTE, pero su interfaz serie está definida como interfaz DCE, debe conectarse como DCE. Por ejemplo, la interfaz de depuración en el módulo de adquisición IDA del colector integrado producido por Emerson Network Power Co., Ltd. se define de acuerdo con la interfaz DCE. Cuando la computadora está conectada al puerto de depuración del módulo de adquisición IDA, es directo. Se debe utilizar un cable serie pasante.

Generalmente, si la interfaz RS232 es un conector macho, la interfaz se define como una interfaz DTE; si es un conector hembra, la interfaz se define como una interfaz DCE. Pero tenga en cuenta que también hay contraejemplos y no se pueden generalizar. (La razón por la cual las interfaces seriales en algunos dispositivos DTE usan interfaces hembra DB9 o DB25 según la definición de interfaz DCE es principalmente porque las interfaces DTE generalmente usan conectores macho y los pines son fácilmente accesibles cuando las personas los tocan con las manos; cuando se usan conectores hembra , es difícil tocar los pines para evitar el impacto de la electricidad estática del cuerpo humano en el dispositivo)

Para interfaces RS232 no estándar en algunos dispositivos, las definiciones de los pines deben determinarse de acuerdo con el instrucciones del dispositivo. Si conoce los tres pines Txd, Rxd y Gnd, pero no sabe cuál es Txd y cuál es Rxd, puede usar un multímetro para medir el voltaje entre ellos y Gnd si uno de los voltajes es aproximadamente -. 10V, entonces el cable de prueba rojo del multímetro se conecta al Txd del DTE o al Rxd del DCE.

③Tres métodos de cableado de RS232

Método de tres cables: Es decir, los puertos serie de los dispositivos en ambos extremos solo están conectados a tres cables: recepción, transmisión y conexión a tierra. En circunstancias normales, el método de tres cables puede cumplir con los requisitos, como la conexión entre el host de monitoreo y el colector y la mayoría de los dispositivos inteligentes.

Método de interfaz simple: además de conectar las tres líneas de recepción, transmisión y conexión a tierra, los puertos serie de los dispositivos en ambos extremos también agregan un par de señales de protocolo de enlace (generalmente DSR y DTR). Para conocer el par específico de señales de intercambio requeridas, consulte la descripción de la interfaz del dispositivo.

Modo de línea de puerto completo: Todos los puertos serie de 9 cables de los dispositivos en ambos extremos están conectados.

Además, aunque algunos dispositivos requieren una señal de protocolo de enlace, cuando no se requiere una señal de protocolo de enlace real, se puede utilizar un método de protocolo de enlace automático.

(2) Interfaz serie RS-422/485

①Transmisión equilibrada

RS-422 se desarrolla a partir de RS-232. Para mejorar las deficiencias de la corta distancia de comunicación y la baja velocidad de RS-232, RS-422 define una interfaz de comunicación balanceada, que aumenta la velocidad de transmisión a 10 Mbit/s y permite conectar hasta 10 receptores en un bus balanceado. RS-422 es una especificación de transmisión unidireccional equilibrada para transmisión en una sola máquina y recepción en varias máquinas.

Las señales de datos RS-422 adoptan transmisión diferencial, también llamada transmisión balanceada. Utiliza un par de pares trenzados, uno de los cuales se define como A y el otro como B, como se muestra en la Figura 1-8-8. Normalmente, el nivel positivo entre los controladores de transmisión A y B está entre 2 y 6 V, que es un estado lógico, y el nivel negativo está entre -2 y -6 V, que es otro estado lógico. Hay otra señal de tierra C y hay un terminal de "habilitación" en RS-485. El terminal de "habilitación" se utiliza para controlar el corte y la conexión del controlador de envío y la línea de transmisión. Cuando el terminal "habilitar" está activo, el controlador de transmisión está en un estado de alta impedancia, que se denomina "tercer estado", es decir, es el tercer estado que es diferente del "1" y "0" lógicos.

El receptor también toma las disposiciones correspondientes para el extremo emisor. El extremo receptor y el extremo transmisor conectan AA y BB correspondientemente a través de un par trenzado equilibrado. Cuando hay un nivel superior a 200 mV entre el extremo receptor AB, Se emite lógica positiva. Cuando el nivel es inferior a -200 mV, se emite un nivel lógico negativo. El nivel en la línea balanceada del receptor suele oscilar entre 200 mV y 6 V.

②RS-422

El nombre completo del estándar RS-422 es "Características eléctricas de circuitos de interfaz digital de voltaje balanceado", que define las características del circuito de interfaz. La Figura 1-8-9 es una interfaz típica de cuatro cables RS-422. En realidad, hay un cable a tierra de señal, hasta 5 cables. Dado que el receptor utiliza una alta impedancia de entrada y el controlador de transmisión tiene una mayor capacidad de conducción que RS232, permite conectar múltiples nodos receptores en la misma línea de transmisión, hasta 10 nodos. Es decir, hay un dispositivo maestro (Master) y el resto son dispositivos esclavos (Salve). Los dispositivos esclavos no pueden comunicarse entre sí, por lo que RS-422 admite comunicación bidireccional punto a muchos. Dado que la interfaz RS-422 de cuatro cables utiliza canales de envío y recepción separados, no es necesario controlar la dirección de los datos. Cualquier intercambio de señal necesario entre dispositivos se puede realizar mediante software (apretón de enlace XON/XOFF) o hardware (un par de dispositivos separados). pares de cables trenzados).

La distancia máxima de transmisión de RS-422 es de 4000 pies (aproximadamente 1200 metros) y la velocidad de transmisión máxima es de 10 Mb/s. La longitud de su par trenzado equilibrado es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión. La distancia máxima de transmisión sólo se puede alcanzar por debajo de una velocidad de 100 kb/s. Las tasas de transmisión más altas sólo se alcanzan en distancias muy cortas. Generalmente, la velocidad de transmisión máxima que se puede obtener en un par trenzado de 100 metros de largo es de sólo 1 Mb/s.

La definición de la interfaz RS422 es muy complicada. Generalmente, solo se utilizan cuatro terminales. Las definiciones de pines son TX, TX-, RX y RX-. Entre ellos, TX y TX- son un par. Los terminales de envío de datos, RX y RX- son un par de terminales de recepción de datos, consulte la Figura 1-8-10. RS422 utiliza un circuito diferencial balanceado. El circuito diferencial puede captar señales efectivas en las líneas interferidas. Dado que el receptor diferencial puede distinguir diferencias de potencial superiores a 0,2 V, puede reducir en gran medida los efectos de la interferencia del suelo y la interferencia electromagnética, lo que es beneficioso para la supresión. * **Modo de interferencia, distancia de transmisión de hasta 1200 metros.

Además, a diferencia de RS232, se pueden conectar varios dispositivos al mismo bus RS422 para formar una red. Las interfaces serie RS422 de los dispositivos conectados al bus están conectadas al mismo extremo y están conectadas. Se cruza con la computadora host para enviar y recibir. Realice una comunicación punto a multipunto, como se muestra en la Figura 1-8-11. (RS232 solo puede comunicarse punto a punto y no puede formar un bus serie).

Al comunicarse con un determinado puerto serie de la computadora a través del bus RS422, se requieren los protocolos de comunicación de cada dispositivo. lo mismo. Para distinguir cada dispositivo en el bus, cada dispositivo debe configurarse con una dirección diferente. Todos los dispositivos pueden recibir los datos enviados por la computadora host, pero solo responderán los dispositivos cuyas direcciones cumplan con los requisitos de la computadora host.

③RS-485

Para ampliar el alcance de la aplicación, EIA formuló el estándar RS-485 basado en RS-422, agregando capacidades de comunicación multipunto y bidireccional. generalmente cuando se requiere comunicación Cuando la distancia es de decenas de metros a miles de metros, los transceptores RS-485 se utilizan ampliamente.

El transceptor RS-485 utiliza transmisión balanceada y recepción diferencial, es decir, en el extremo transmisor, el controlador convierte la señal de nivel TTL en una salida de señal diferencial, en el extremo receptor, el receptor convierte la señal diferencial; señal a un nivel TTL, por lo que tiene la capacidad de suprimir la interferencia del modo ***, y el receptor tiene alta sensibilidad y puede detectar voltajes tan bajos como 200 mV, por lo que la transmisión de datos puede llegar a kilómetros de distancia.

Muchos requisitos eléctricos de RS-485 son similares a los de RS-422. Si todos usan transmisión balanceada, todos necesitan conectar resistencias terminales en las líneas de transmisión. RS-485 puede utilizar métodos de dos y cuatro hilos, y el sistema de dos hilos puede lograr una verdadera comunicación bidireccional multipunto. Cuando se utiliza una conexión de cuatro cables, como RS-422, solo se puede lograr comunicación punto a muchos, es decir, solo puede haber un dispositivo maestro y el resto son dispositivos esclavos. Sin embargo, es una mejora con respecto a RS-. 422, independientemente de los cuatro cables o Se pueden conectar hasta 32 dispositivos al bus de conexión de dos cables, y el SP485R recientemente lanzado de SIPEX puede admitir hasta 400 nodos.

Los voltajes de salida analógica *** de RS-485 y RS-422 son diferentes. El voltaje de salida del modo RS-485 *** está entre -7 V y 12 V, RS-422 está entre -7 V y 7 V, la impedancia de entrada mínima del receptor RS-485 es 12 KΩ RS-422 es 4 kΩ; Especificación RS-422, por lo que el controlador RS-485 se puede utilizar en aplicaciones de red RS-422. Pero los controladores RS-422 no son totalmente adecuados para redes RS-485.

RS-485 es igual que RS-422, con una velocidad de transmisión máxima de 10Mb/s. Cuando la velocidad en baudios es de 1200 bps, la distancia máxima de transmisión puede alcanzar teóricamente los 15 kilómetros. La longitud del par trenzado balanceado es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión. Sólo cuando la velocidad es inferior a 100 kb/s se puede utilizar la longitud de cable más larga especificada.

RS-485 requiere dos resistencias terminales, que están conectadas en ambos extremos del bus de transmisión. Su resistencia debe ser igual a la impedancia característica del cable de transmisión. La resistencia terminal no es necesaria cuando se transmite a una distancia corta, es decir, generalmente no se requiere resistencia terminal por debajo de 300 metros.

RS485 es un subconjunto de RS422 y solo requiere dos cables: DATA (D) y DATA- (D-). La diferencia entre RS485 y RS422 es que RS422 tiene una estructura full-duplex, lo que significa que puede enviar datos mientras recibe datos, mientras que RS485 tiene una estructura half-duplex y solo puede recibir o enviar datos al mismo tiempo.

También se pueden conectar varios dispositivos al bus RS485 para establecer redes y lograr comunicaciones punto a multipunto y multipunto a multipunto (multipunto a multipunto se refiere a todos los dispositivos conectados al bus). La comunicación puede lograrse entre dos dispositivos cualesquiera y la computadora host).

Los dispositivos conectados al bus RS485 también deben tener el mismo protocolo de comunicación, no pudiendo ser las mismas direcciones. Cuando no se comunican, todos los dispositivos están en estado de recepción. Cuando es necesario enviar datos, el puerto serie cambia al estado de envío para evitar conflictos.

Para suprimir las interferencias, el bus RS485 suele conectarse a una resistencia de 120 ohmios después del último dispositivo.

Muchos dispositivos tienen tanto el modo de interfaz RS485 como el modo de interfaz RS422. A menudo se utiliza una interfaz física, como se muestra en la Figura 1-8-14. En la figura, D y D- de RS485 se utilizan con T y T- de RS422.

(3) Comparación del rendimiento de la interfaz de comunicación serie RS232/422/485

La comparación de las tres interfaces de comunicación anteriores se muestra en la siguiente tabla 1-8-2.

Rendimiento de la interfaz RS-232 RS422 RS485

Diferencial de nivel de modo de operación diferencial

Velocidad de transmisión máxima 20kb/s (15m) 10Mb/s (12m) 1Mb/ s(120m)100kb/s(1200m) 10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)100kb/s(1200m)

El voltaje de salida del controlador es ±5V～±15V ±5V ± cuando hay sin carga 5V

±2V ±1.5V con carga

Impedancia de carga del controlador 3kΩ～7kΩ 100Ω(min) 54Ω(min)

Impedancia de entrada de recepción 3kΩ ～7kΩ 4kΩ 12kΩ

Sensibilidad del receptor ±3V ±200mV ±200mV

Modo de trabajo full duplex full duplex half duplex

Modo de conexión punto a punto a múltiple Punto multipunto a multipunto

Tabla 1-8-2 Comparación del rendimiento de las interfaces RS232, RS422 y RS-485

(4) Interfaz USB

USB, el nombre completo es Universal Serial Bus (Universal Serial Bus) fue desarrollado conjuntamente por Compaq, IBM, Microsoft y otras empresas a finales de 1994. Sin embargo, no fue hasta 1999 que el USB se utilizó realmente de forma generalizada. Desde que se lanzó USB V0.7 el 11 de noviembre de 1994, la interfaz USB ha experimentado seis años de desarrollo y ahora USB se ha desarrollado hasta la versión 2.0. Las características de la interfaz USB son:

①Alta velocidad de transferencia de datos. La velocidad de transmisión de la interfaz USB estándar es de 12 Mbps y el último USB 2.0 admite una velocidad máxima de 480 Mbps. En comparación con el puerto serie, el puerto USB es aproximadamente 1000 veces más rápido; en comparación con el puerto paralelo, el puerto USB es aproximadamente 50 veces más rápido.

②La transmisión de datos es confiable. El protocolo de control del bus USB requiere que cuando se envían datos, contenga tres paquetes de datos que describan el tipo de datos, la dirección de envío y el indicador de terminación, y la dirección del dispositivo USB. Los dispositivos USB admiten funciones de depuración de datos y corrección de errores al enviar datos, lo que mejora la confiabilidad de la transmisión de datos.

③Conecta varios dispositivos USB al mismo tiempo. USB puede conectar varios dispositivos USB al mismo tiempo a través de una cadena tipo margarita, teóricamente hasta 127.

④La interfaz USB puede alimentar el dispositivo. El cable USB contiene dos cables de alimentación y dos cables de datos. Los dispositivos que consumen menos energía pueden obtener energía directamente a través del puerto USB. Los dispositivos que pueden consumir energía a través del puerto USB se dividen en modo de baja potencia y modo de alta potencia. El primero puede proporcionar una corriente máxima de 100 mA, mientras que el segundo puede proporcionar una corriente máxima de 500 mA.

⑤ Admite intercambio en caliente. Mientras están encendidos, los dispositivos se pueden conectar o desconectar de forma segura para un verdadero plug-and-play.

USB también tiene algunas características nuevas, como: tiempo real (puede lograr una comunicación efectiva en tiempo real con un dispositivo), dinámico (puede lograr un cambio dinámico entre interfaces), conjunto (diferentes interfaces con características similares se puede combinar) y versatilidad (diferentes interfaces pueden utilizar diferentes modos de suministro de energía).

2. Red de computadoras y protocolo TCP/IP

(1) Modelo OSI

El modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos OSI (OSI-Open System Interconnection) es A. Estándar definido para la comunicación entre procesos de aplicación en diferentes sistemas abiertos.

OSI consta de dos partes: ISO/OSI/RM (ISO7498), servicios y protocolos. El modelo de referencia OSI divide toda la red en siete capas.

(1) La capa física es la capa más baja del modelo de referencia OSI y está conectada directamente al medio de transmisión. Su función principal es establecer, mantener y desconectar conexiones físicas para asegurar la correcta transmisión del binario. flujos de bits. El protocolo de capa física especifica el estándar de interfaz entre el equipo terminal de datos (DTE) y el equipo de comunicación de datos (DCE). Se especifican cuatro características de la interfaz: características mecánicas, características eléctricas, características funcionales y características de procedimiento. El equipo terminal de datos DTE (Equipo terminal de datos) aquí es un dispositivo con ciertas capacidades de procesamiento de datos y capacidades de reenvío de datos. La función del equipo de terminación de enlace de datos (equipo de comunicación) DCE (Equipo terminal de circuito de datos) es entre el DTE y el. Línea de transmisión. Proporciona funciones de conversión y codificación de señal. Los protocolos de capa física incluyen RS-232, RS-449, V.24, V.35, X.21, etc.

(2) La capa de enlace de datos es la segunda capa del modelo de referencia OSI y es la principal responsable del establecimiento, mantenimiento y desmontaje de los enlaces de datos para garantizar la correcta transmisión de las tramas de datos en un enlace físico. .

(3) La capa de red es la tercera capa del modelo OSI, también llamada capa de subred de comunicación, que se utiliza principalmente para controlar el funcionamiento de la subred de comunicación. La función principal de la capa de red es empaquetar los paquetes de datos transmitidos desde la capa superior y luego realizar el enrutamiento, control de flujo, control de errores, detección de secuencia y otros procesamientos necesarios para garantizar que los datos se transmitan al destino correctamente. Los protocolos de capa de red incluyen IP, RARP, ARP (TCP/IP), IPX, DECNET, AppleTalk, X.25, etc.

(4) La capa de transporte (capa de transporte) se encuentra entre la subred de recursos y la subred de comunicación, y es el puente entre la subred de comunicación y la subred de recursos. La función principal de la capa de transporte es proporcionar servicios de comunicación transparentes y confiables de un extremo a otro para dos hosts que se comunican mediante la subred de comunicación. Está relacionado con el proceso de solicitud. TCP y UDP son protocolos de capa de transporte.

(5) La quinta, sexta y séptima capa son protocolos de alto nivel orientados al procesamiento de la información. La función principal de la capa de sesión es organizar y negociar sesiones entre dos procesos de aplicación y gestionar el intercambio de datos entre ellos. La capa de presentación resuelve el problema de representación gramatical de la información del usuario y su objetivo principal es mantener el significado original de los datos. La capa de aplicación es la capa más alta del modelo OSI y es la única capa que proporciona servicios directamente a las aplicaciones. Se enfrenta directamente a los usuarios para satisfacer las diferentes necesidades de los usuarios.

(2) Protocolo TCP/IP

Desde que se introdujo TCP/IP a principios de la década de 1970, el protocolo se ha utilizado ampliamente en redes de todo el mundo. TCP/IP se puede utilizar en PC, estaciones de trabajo UNIX, minicomputadoras, computadoras Macintosh, mainframes y dispositivos de red utilizados para conectar clientes y hosts. A través de TCP/IP, miles de redes públicas y comerciales se conectan a Internet, haciéndola accesible a una gran cantidad de usuarios.

(1) Conjunto de protocolos TCP/IP

TCP/IP es un conjunto de protocolos. Sus protocolos principales incluyen el Protocolo de control de transmisión (TCP) y el Protocolo de datagramas de usuario (UDP). Protocolo de Internet (IP). En TCP/IP, la parte equivalente a la capa de red del modelo OSI es IP. Otra capa de protocolo compatible es la capa de transporte, donde se ejecutan tanto TCP como UDP. Las capas superiores del modelo OSI corresponden a los protocolos de capa de aplicación de TCP/IP.

Hay cinco protocolos que complementan el protocolo principal. Son cinco servicios de aplicación proporcionados a través de TCP/IP: Protocolo de transferencia de archivos (FTP), Protocolo de inicio de sesión remoto (TELNET), Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP). Servicio de nombres de dominio (DNS), Protocolo simple de administración de red (SNMP) y Monitoreo remoto de red (RMON), etc.

Además, el Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) se utiliza para transmitir documentos en lenguaje de marcado de hipertexto, incluidos archivos de audio, imágenes, video y gráficos, en Internet para los usuarios que utilizan navegadores WWW para acceder. Puede utilizar la aplicación Ping para contactar nodos en la misma red o en redes diferentes para determinar si la otra parte está conectada y puede responder. Como administrador de red, puede utilizar Hacer ping a otro nodo para verificar rápidamente que su conexión LAN o WAN esté funcionando correctamente. La aplicación Traceroute (Tracert) permite a los usuarios rastrear el número de saltos entre dos puntos de la red.

(2) Dos métodos de direccionamiento en la red

La dirección es la identificación del dispositivo de red y el host. Hay dos métodos de direccionamiento en la red: dirección MAC y dirección IP. Los dos métodos de direccionamiento están relacionados y son diferentes. La dirección MAC es la dirección física del dispositivo. Está ubicada en la capa 2 del modelo de referencia OSI. Es un identificador único para toda la red. Tiene una estructura de direcciones sin niveles (espacio de direcciones unidimensional). el hardware. La capacidad de direccionamiento está limitada a una subred física. La dirección IP es la dirección lógica del dispositivo. Está ubicada en la capa 3 del modelo de referencia OSI. Es un identificador único para toda la red. Tiene una estructura de direcciones jerárquica (espacio de direcciones multidimensional). por software y tiene una gran flexibilidad. Se puede buscar en todo el sitio de la red. La longitud de la dirección IP es de 32 bits (4 bytes) y consta del ID de la red y el ID del host. La ID de red (ID de red) identifica la red donde se encuentra el host y la ID de host (ID de host) identifica el host en la red. La dirección IP consta de 4 segmentos, cada segmento está representado por un número decimal y los cuatro números decimales se distinguen por un punto decimal, como 202.102.1.3.

Otra forma de direccionamiento de propósito especial es la máscara de subred. El propósito de una máscara de subred es doble: mostrar la clase de direccionamiento utilizada y controlar el tráfico de la red dividiéndola en subredes. En el primer caso, la máscara de subred permite a la aplicación determinar qué parte de la dirección es la ID de la red y qué parte es la ID del host.

El direccionamiento presentado anteriormente se llama IPv4 e IPv4 ha agotado todas las direcciones. Dado que IPv4 no puede proporcionar seguridad de red y no puede implementar opciones de enrutamiento complejas, como la creación de subredes a nivel de QoS, su aplicación también es limitada. Al mismo tiempo, además de proporcionar direccionamiento de transmisión y multidifusión, IPv4 no tiene muchas opciones para manejar una variedad de aplicaciones multimedia diferentes, como transmisión de video o videoconferencias. Para adaptarse a la explosiva aplicación de IP, el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) comenzó el desarrollo preliminar de IPng (IP de próxima generación). En 1996, la investigación sobre IPng dio como resultado un nuevo estándar llamado IPv6, que tiene capacidades de direccionamiento de 128 bits.

(3) Dispositivos de red principales

(1) Tarjeta de interfaz de red (NIC)

La NIC puede conectar dispositivos de red como computadoras u otros dispositivos de red a una red.

(2) Hub

Un hub es un dispositivo de red central que conecta nodos de red, como estaciones de trabajo y servidores, en una topología en estrella. Un concentrador también puede referirse a un concentrador que tiene múltiples puertos de entrada y salida activos simultáneamente. Las funciones de un hub son:

① Proporcionar una unidad central desde la que se pueden conectar múltiples nodos a la red.

② Permite conectar un gran número de ordenadores a una o más LAN.

③ Reduzca la congestión de la red mediante un diseño de red centralizado.

④ Proporciona servicios multiprotocolo, como conexión Ethernet a FDDI.

⑤ Fortalecer la columna vertebral de la red.

⑥Permite la comunicación de alta velocidad.

⑦ Proporciona conexiones para varios tipos diferentes de medios (como cable coaxial, par trenzado y fibra óptica).

⑧ Permite la gestión centralizada de la red.

(3) Enrutadores

Los enrutadores tienen inteligencia incorporada para dirigir flujos de paquetes a redes específicas y pueden estudiar el tráfico de la red y adaptarse rápidamente a los cambios detectados en la red.

Los enrutadores se pueden utilizar para:

① Dirigir eficazmente la transmisión de paquetes de una red a otra y reducir el tráfico excesivo.

②Conéctate a redes cercanas o distantes.

③Conecta redes completamente diferentes.

④Evite cuellos de botella en la red aislando parte de la red.

⑤ Protege la red de intrusiones.

(4) Puerta de enlace

El término "puerta de enlace" se utiliza en muchos contextos, pero generalmente se refiere a un tipo de sistema de red o software que permite que dos tipos diferentes de redes se comuniquen. Interfaz de software o hardware para comunicación. Por ejemplo, puede utilizar una puerta de enlace para:

① Convertir protocolos de uso común (como TCP/IP) en protocolos dedicados (como SNA).

②Convierte un formato de mensaje a otro.

③Convierte diferentes esquemas de direccionamiento.

④ Conecte el host a la LAN.

⑤ Proporciona emulación de terminal para conexiones al host.

⑥ Dirige el software gratuito electrónico para que se envíe al destino de red correcto.

⑦ Utiliza diferentes estructuras para conectar la red.

(5) Módem

El módem generalmente coopera con el puerto serie para realizar la conversión mutua entre señales digitales y señales analógicas, de modo que la comunicación remota se pueda realizar mediante líneas telefónicas o energía. pauta.

(4) Conector RJ-45

El conector RJ-45 tiene dos estándares: T568A y T568B.

El método de acoplamiento del cable RJ45 es el siguiente (T568B):

Terminal A;--terminal B

1 pin blanco naranja blanco verde

2 pines naranja y verde

3 pines blanco, verde, blanco y naranja

4 pines azul

5 pines blanco, azul , blanco y azul

6 pines verde y naranja

7 pines blanco marrón blanco marrón

8 pines marrón

Jersey normal: usado para conectar la tarjeta de red de la computadora y el módulo. La conexión entre el panel de conexión y la sala de cableado, la conexión entre el panel de conexión y el HUB o interruptor. Los métodos de cableado del conector RJ45 en ambos extremos son los mismos. Como se muestra en la Figura 1-8-19 a continuación, TD representa la transmisión, cada una con dos líneas (TD y TD-) y RD representa la recepción, con dos líneas (RD y RD-).

Cable de conexión cruzada: se utiliza para la conexión entre HUB y conmutadores y otros equipos. Los métodos de cableado RJ45 en ambos extremos son diferentes y requieren que uno de los cables intercambie 1/2 y 3/6 pares. Los pares de cables restantes aún se pueden instalar en una correspondencia uno a uno