通信原理及端口号应用对比 (通信原理及端点设计)

通信原理及端口号应用对比（通信原理及端点设计）

一、引言

随着信息技术的飞速发展，通信原理以及端口号的应用对比成为了网络技术领域的核心议题。
本文将详细介绍通信原理的基础知识，对比不同通信协议的工作原理，并分析端口号在通信过程中的应用及设计考量。

二、通信原理概述

通信原理是研究信息系统、通信网络及其各种应用的基础学科。
通信的基本过程包括信息发送、信道传输和信息接收。
主要原理包括信号处理、调制解调、编码解码等。
在现代通信系统中，这些原理的运用使得信息能够高效、准确地传输。

三、不同通信协议的工作原理

通信协议是通信双方为了实现通信所遵循的约定。
常见的通信协议包括TCP/IP、UDP、HTTP等。
这些协议的工作原理各有特点：

1. TCP/IP协议：TCP（传输控制协议）负责将数据分割成较小的数据包并可靠传输，而IP（互联网协议）则负责数据包的路由。TCP/IP协议广泛应用于互联网通信，具有高度的可靠性和灵活性。
2. UDP协议：用户数据报协议（UDP）是一种无连接的协议，它不需要建立通信通道，因此传输速度较快。UDP适用于实时性要求较高的通信场景，如流媒体服务。
3. HTTP协议：超文本传输协议（HTTP）主要用于网页浏览。HTTP协议采用请求-响应模式，客户端向服务器发送请求，服务器返回响应。HTTP/2等新版协议还引入了多路复用、头部压缩等技术以提高性能。

四、端口号在通信过程中的应用

端口号是计算机与外部设备通信的接口标识。在通信过程中，端口号的作用主要包括：

1. 标识服务：不同的应用程序或服务对应不同的端口号。通过端口号，可以识别出接收数据的程序或服务类型。
2. 实现多路复用：通过端口号，可以在同一台计算机上同时运行多个网络服务，实现多路复用。
3. 提高安全性：端口号可以用于防火墙配置，只允许特定的端口号进行数据通信，从而提高系统的安全性。

五、端口号应用对比及设计考量

在实际应用中，不同通信协议使用的端口号有所不同。
例如，HTTP通信通常使用80端口，而HTTPS通信则使用443端口。
在设计通信系统时，需要考虑以下因素：

1. 端口号分配：系统应合理分配端口号，确保每个服务都有唯一的标识。同时，应遵循公认的端口号规范，以便于系统间的互操作性。
2. 安全性：在设计端口号应用时，应充分考虑系统的安全性。对于关键服务，应使用特定的安全端口号，并配置防火墙等安全设备，以防止未经授权的访问。
3. 性能与扩展性：在设计系统时，还需要考虑端口号的性能与扩展性。对于大型系统或高并发场景，需要合理分配端口资源，确保系统的稳定运行和可扩展性。
4. 兼容性：在设计和实现通信系统时，需要考虑到不同系统和设备的兼容性。因此，应使用广泛支持的端口号和通信协议，以确保系统的互操作性。

六、结论

本文详细阐述了通信原理及端口号的应用对比。
通过对不同通信协议的工作原理进行分析，我们了解到各种协议的特点和优势。
在端口号应用方面，我们认识到端口号在通信过程中的重要作用，并探讨了设计通信系统时需要考虑的因素。
未来，随着技术的不断发展，通信原理和端口号的应用将不断更新和优化，为我们的生活和工作带来更多便利。

光纤通信和微波通信的原理区别

光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段微波通信利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网。常用的微波频段及其代号如表5-1所示。我国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段，K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高，波长又很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发，如图5-3所示。一般说来，由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸。这种通信方式，也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束，送至远方，一般都采用抛物面天线，其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰，我国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作，也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信，可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群，进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路，并经过数字调制器调制于发射机上，在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备，其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列（SDH）完全一致，称为SDH微波。这种新的微波设备在一条电路上八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路（2.4Gbit/s）。微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送，如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送，易受干扰，在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，　不能有高楼阻挡，因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼的阻隔而影响通信。近年来我国开发成功点对多点微波通信系统，其中心站采用全向天线向四周发射，在周围50公里以内，可以有多个点放置用户站，从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。其总体容量有100线、500线和1000线等不同容量的设备，每个用户站可以分配十几或数十个电话用户，在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用，较为经济。微波通信还有“对流层散射通信”、“流星余迹通信”等，是利用高层大气的不均匀性或流星的余迹对电波的散射作用而达到超过视距的通信，这些系统，在我国应用较少。

简述OSI模型(概括网络“七重天”(七层模型)所揭示的网络通信原理及基本作用),并简

ISO/OSI模型国际标准化组织(Internation Standard Organization)的开放系统互连模型(Open System Interconnection Reference Model)是一个七层结构。在这七层模型中，每一层各司其职，下一层都通过两层之间的接口(Interface)为上一层提供服务。在通信中，如果要从本系统向另一个系统传送信息，则应先从本系统的应用层开始，由上往下一层一层地加上控制信息直到物理层，再通过传输媒介传输到另一个系统的物理层。然后在该系统中由下往上，一层一层地去取控制信息，直到应用层，这样就完成了两系统间的通信。第一层：物理层(Physical)对通信的物理参数(如通信介质、传送速率等)作出规定。实际上，它就是在通信站之间提供“1”与“0”的能力(连接硬件—网卡)。第二层：数据链路层(Data Link)负责将数据切割成数据框，并将数据框传送到传输介质上。它具有链路控制、错误控制以及数据流量控制的能力(连接硬件—网桥)。第三层：网络层(Network)负责数据的打包及传输途径的设置。当几个局域网互联时，通过它进行路径的选择。本层还控制站间信息的传送(连接硬件—路由器)。第四层：传输层(Transport)提供两个系统间可靠稳定的数据传输，并负责数据流量控制和差错控制，保证端到端的可靠传输。第五层：会话层(Session)是用户进入网络的接口。负责把面向网络的会话地址变换成相应的工作站的物理地址，此层常置于操作系统中。第六层：表示层(Presentation)提供数据格式的转换及编码。它的功能一般由可由用户调用的一种库程序来提供。第七层：应用层(Application)提供OSI通信协议的用户接口以及分布式数据服务，如对用户录入、电子邮件协议、分布式数据的存取等的处理。

单片机多机通讯系统的设计

200米以上用485接口嘛问题的提出在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。图1RS485通信接口原理图2硬件电路设计中需注意的问题2.1电路基本原理某节点的硬件电路设计如图1所示，在该电路中，使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用单一电源Vcc，电压在＋3～＋5.5 V范围内都能正常工作。与普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8 kV的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压保护管，可承受高达400 V的瞬态脉冲电压。因此，它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故可以在总线上连接64个收发器。芯片内部设计了限斜率驱动，使输出信号边沿不会过陡，使传输线上不会产生过多的高频分量，从而有效扼制电磁干扰。在图1中，四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系，提高了工作的可靠性。基本原理为：当单片机P1.6=0时，光电耦合器的发光二极管发光，光敏三极管导通，输出高电压（＋5 V），选中RS485接口芯片的DE端，允许发送。当单片机P1.6=1时，光电耦合器的发光二极管不发光，光敏三极管不导通，输出低电压（0 V），选中RS485接口芯片的RE端，允许接收。 SN75LBC184的R端（接收端）和D端（发送端）的原理与上述类似。 2.2RS-485的DE控制端设计在RS-485总线构筑的半双工通信系统中，在整个网络中任一时刻只能有一个节点处于发送状态并向总线发送数据，其他所有节点都必须处于接收状态。如果有2个节点或2个以上节点同时向总线发送数据，将会导致所有发送方的数据发送失败。因此，在系统各个节点的硬件设计中，应首先力求避免因异常情况而引起本节点向总线发送数据而导致总线数据冲突。以MCS51系列的单片机为例，因其在系统复位时，I/O口都输出高电平，如果把I/O口直接与RS-485接口芯片的驱动器使能端DE相连，会在CPU复位期间使DE为高，从而使本节点处于发送状态。如果此时总线上有其他节点正在发送数据，则此次数据传输将被打断而告失败，甚至引起整个总线因某一节点的故障而通信阻塞，继而影响整个系统的正常运行。考虑到通信的稳定性和可靠性，在每个节点的设计中应将控制RS485总线接口芯片的发送引脚设计成DE端的反逻辑，即控制引脚为逻辑“1”时，DE端为“0”；控制引脚为逻辑“0”时，DE端为“1”。在图1中,将CPU的引脚P1.6通过光电耦合器驱动DE端，这样就可以使控制引脚为高或者异常复位时使SN75LBC184始终处于接收状态，从而从硬件上有效避免节点因异常情况而对整个系统造成的影响。这就为整个系统的通信可靠奠定了基础。此外，电路中还有1片看门狗MAX813L，能在节点发生死循环或其他故障时，自动复位程序，交出RS-485总线控制权。这样就能保证整个系统不会因某一节点发生故障而独占总线，导致整个系统瘫痪。 2.3避免总线冲突的设计当一个节点需要使用总线时，为了实现总线通信可靠，在有数据需要发送的情况下先侦听总线。在硬件接口上，首先将RS-485接口芯片的数据接收引脚反相后接至CPU的中断引脚INT0。在图1中，INT0是连至光电耦合器的输出端。当总线上有数据正在传输时，SN75LBC184的数据接收端（R端）表现为变化的高低电平，利用其产生的CPU下降沿中断（也可采用查询方式），能得知此时总线是否正“忙”，即总线上是否有节点正在通信。如果“空闲”，则可以得到对总线的使用权限，这样就较好地解决了总线冲突的问题。在此基础上，还可以定义各种消息的优先级，使高优先级的消息得以优先发送，从而进一步提高系统的实时性。采用这种工作方式后，系统中已经没有主、从节点之分，各个节点对总线的使用权限是平等的，从而有效避免了个别节点通信负担较重的情况。总线的利用率和系统的通信效率都得以大大提高，从而也使系统响应的实时性得到改善，而且即使系统中个别节点发生故障，也不会影响其他节点的正常通信和正常工作。这样使得系统的“危险”分散了，从某种程度上来说增强了系统的工作可靠性和稳定性。 2.4RS-485输出电路部分的设计在图1中，VD1～VD4为信号限幅二极管,其稳压值应保证符合RS-485标准，VD1和VD3取12 V,VD2 和VD4取7 V,以保证将信号幅度限定在-7～+12 V之间，进一步提高抗过压的能力。考虑到线路的特殊情况（如某一节点的RS-485芯片被击穿短路），为防止总线中其他分机的通信受到影响，在SN75LBC184的信号输出端串联了2个20 Ω的电阻R1和R2，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120 Ω左右，所以线路设计时，在RS485网络传输线的始端和末端应各接1个120 Ω的匹配电阻（如图1中的R3），以减少线路上传输信号的反射。 2.5系统的电源选择对于由单片机结合RS-485组建的测控网络，应优先采用各节点独立供电的方案，同时电源线不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。 RS-485信号线宜选用截面积0.75 mm2以上的双绞线而不是平直线,并且选用线性电源TL750L05比选用开关电源更合适。 TL750L05必须有输出电容，若没有输出电容，则其输出端的电压为锯齿波形状，锯齿波的上升沿随输入电压变化而变化，加输出电容后，可以抑制该现象。 3软件的编程SN75LBC184在接收方式时，A、B为输入，R为输出；在发送方式时，D为输入，A、B为输出。当传送方向改变一次后，如果输入未变化，则此时输出为随机状态，直至输入状态变化一次，输出状态才确定。显然，在由发送方式转入接收方式后，如果A、B状态变化前，R为低电平，在第一个数据起始位时，R仍为低电平，CPU认为此时无起始位，直到出现第一个下降沿，CPU才开始接收第一个数据，这将导致接收错误。由接收方式转入发送方式后，D变化前，若A与B之间为低电压，发送第一个数据起始位时，A与B之间仍为低电压，A、B引脚无起始位，同样会导致发送错误。克服这种后果的方案是：主机连续发送两个同步字，同步字要包含多次边沿变化(如55H ，0AAH)，并发送两次(第一次可能接收错误而忽略) ，接收端收到同步字后，就可以传送数据了，从而保证正确通信。为了更可靠地工作，在RS485总线状态切换时需要适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置“1”，延时0.5 ms左右的时间，再发送有效的数据，数据发送结束后，再延时0.5 ms，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。数据通信程序基本流程图如图2所示。图2数据通信程序基本流程图单片机通信节点的程序基本上可以分为6个主要部分，分别为预定义部分、初始化部分、主程序部分、设备状态检测部分、帧接收部分和帧发送部分。预定义部分主要定义了通信中使用的握手信号，用于保存设备信息的缓冲区和保存本节点设备号的变量。设备状态检测部分应能在程序初始化后，当硬件发生故障时，作出相应的反应。主程序部分应能接收命令帧，并根据命令的内容作出相应的回应。为缩短篇幅，这里仅给出主程序部分的代码。如下所示：/* 主程序流程 */while(1) { //主循环if(recv_cmd(&type)==0) //发生帧错误或帧地址与本机//地址不符，丢弃当前帧后返回continue;switch(type) {case __ACTIVE_://主机询问从机是否存在send_data(__OK_, 0,dbuf);//发送应答信息break;case __GETDATA_:len = strlen(dbuf);send_data(__STATUS_, len,dbuf);//发送状态信息break;default:break;//命令类型错误，丢弃当前帧后返回}} 4结论RS-485由于使用了差分电平传输信号，传输距离比RS-232更长，最多可以达到3000 m，因此很适合工业环境下的应用。但与CAN总线等更为先进的现场工业总线相比，其处理错误的能力还稍显逊色，所以在软件部分还需要进行特别的设计，以避免数据错误等情况发生。另外，系统的数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。虽然RS-485总线存在一些缺点，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便，只要处理好细节，在某些工程应用中仍然能发挥良好的作用。总之，解决可靠性的关键在于工程开始施工前就要全盘考虑可采取的措施，这样才能从根本上解决问题，而不要等到工程后期再去亡羊补牢。