第8章 数据通信协议主要学习内容：8.1数据通信终端设备与数据电路设备8.2通信控制器8.3终端接口8.4其他接口8.5通信适配器1计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备在数据通信系统中，作为信息发送和接收器的硬件设备称为终端，也可以说终端是面向用户的设备。数据通信用户设备按功能可以分为数据终端设备（DTE）和数据电路设备（DCE）。一、数据终端设备（DTE）1、概述数据终端设备（DTE）指的是位于用户网络接口的用户端设备，它能够作为信源、信宿或同时为二者。数据终端设备通过数据通信设备（例如Modem）连接到一个数据网络上，并且通常使用数据通信设备产生的时钟信号。数据终端设备可以是一台大型计算机、微机、哑终端、个人计算机、打印机或某种特殊功能的设备。2计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备数据终端设备的功能有：输入输出信息；线路连接（和接回线的协作，收发同步和电平转换等）；传输控制（串-并转换和并-串转换、字符的组合和分解）；差错校验；缓冲存储；数据变换（包括编码或译码、代码变换）；部分数据处理。3计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备数据终端设备一般由以下三个部分组成：输入输出部分；设备控制部分；传输控制部分（或线路控制部分）。4计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备2.普通终端（1）电传打字机与打印机电传打字机是带有键盘的打印机，用户所打的字和电脑输出的结果都会在键盘前方的打印输出口上打印出来。随着显示器设计的成熟，电传打字机就逐渐退出了电脑的世界，而键盘则从从摆脱出来成为了独立的一种设备。5计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备（2）CRT终端阴极射线管（CRT）终端也被称为视频显示终端（VDT）。CRT终端可以分成三类：哑终端、智能终端和用户可编程终端。哑终端：它是只依赖于主机才能进行处理的终端。智能终端：若终端内不仅有内存和一些附加功能，且这种附加功能是由终端内的永久性程序芯片实现的，称这种终端为智能终端。可编程终端：它具有智能终端的所有功能，且可由操作者编程，这种终端实际上就是具有一定内存和处理能力的计算机。（3）个人计算机（PC）个人计算机或称为微型计算机，是目前家庭与商务领域最受欢迎的计算机。6计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备3、专用终端对硬件进行一些调整或使用特殊的软件，为特殊用途而设计的终端。（1）销售点终端销售点（POS）终端用于零售业记录商品的出售情况。POS终端通过通信网络与主机连接，存货记录随时更新。（2）信用卡确认设备信用卡确认设备通过电话线与信用卡公司或被指定为票据交换所的银行相连，此设备确认信用卡能否购物。（3）自动柜员机（ATM）自动柜员机的使用使顾客不必受银行营业时间的限制办理银行业务。（4）CAD/CAM终端计算机辅助设计/计算机辅助制造（CADCAM）终端设备可绘制工作所需要的图纸。7计算机通信技术8.1 数据通信终端设备与数据电路设备二、数据电路设备（DCE）数据电路设备也称为数据通信设备（DCE），是DTE与传输信道的接口。DCE除提供到网络的一条物理连接、转发业务量外，还提供了一个用于同步DCE设备和DTE设备之间数据传输的时钟信号。当信道为数字信道时，DCE将来自DTE的数据信号进行变换，消除原数据信号内的直流分量，进行信号的再生和定时处理。当信道为模拟信道时，DCE将来自DTE的基带数据信号调制载波，通常称这种DCE为调制解调器（Modem）。时分复用器也是一种DCE。8计算机通信技术8.2 通信控制器通信控制器是指那些把计算机和终端与数据传输系统连接起来，并实现通信功能的设备。一、通信控制器的功能完成计算机终端与数据传输线路的连接与控制，实现数据交换；实现信号电子的转换，串并转换及速率转换；错误检测与恢复；根据传输控制规程完成传输控制任务；实现编码转换和信息编辑等功能。9计算机通信技术8.2 通信控制器通信控制器的组成通信控制器一般由线路接口、中央控制、计算机接口和控制存储器等四部分组成。10计算机通信技术8.2 通信控制器线路控制接口部分负责通信控制设备与外线连接。中央控制部分是通信控制器的核心，它主要负责检测控制字符，实行差错控制、时间的监视及实现传输控制规程等操作。计算机接口的功能是实现和计算机（或终端）的匹配，与计算机间交换数据、传送命令和状态等。控制存储器的功能是存放线路控制字，即存放每条线路状态、控制信息的内容等，所存放的内容与组成控制器的其他部分紧密相关。这四个部分的内容，在各类控制器中繁简程度是不同的。11计算机通信技术8.2 通信控制器三、通信控制器的分类与应用1简单的通信控制器这种通信控制器通常用在终端设备中，一般用插件板作为线路控制或多路控制用，把它称为线路控制器（LCU），或终端控制器（TCU）。12计算机通信技术8.2 通信控制器2功能强的通信控制器（CCU）功能较强的通信控制器按其用途分大致有以下几种。按连接线路的数量分，可以分为单路通信控制器和多路通信控制器。按缓冲能力的大小，可以分为无缓冲通信控制器、字符缓冲控制器和报文缓冲通信控制器。按设计方案可分为：组合逻辑方案，即完全采用硬件组成；存储逻辑方案，以存储器为主体，在存储器中给每条线路分配固定的单元，存放与该线路有关的各种控制信息以及缓冲各条线路的数据；程序控制方案，即用控制存储器控制，并通过修改微程序来改变控制功能。按网络要求的实时性和准确性可分为：实时性很强的通信控制器（不采用差错控制）和准确性要求很强的通信控制器。13计算机通信技术8.2 通信控制器3计算机化的通信控制器这种通信控制器通常称为通信控制处理机（CCP），也称为前端处理机（FEP），它是一种被大量使用的通信控制器。通信控制处理机有两种类型：一种是利用一般的通用计算机稍加改造，作为通信控制机用；另一种是专门为通信控制设计的处理机，它将计算机中对通信控制无用部分取消，而增加了一些适应通信控制用的部分。设置前端处理机的主要目的是减轻主机处理数据的负担。由通信线路进入前端处理机的数据可能有错误，前端处理机在将数据传送给主机之前就要解决上述问题。14计算机通信技术8.2 通信控制器15计算机通信技术8.3 终端接口一、终端接口概念在数据通信中，接口部件可以看成是终端与计算机设备联系的桥粱，它是DTE与DCE之间的界面或连接条件，称为终端接口或DTEDCE接口。1.终端接口物理条件：物理条件规定了接口的接线器以及插座形状、尺寸和插脚排列。电气条件：电气条件规定了接D电路的阻抗和信号电平等。逻辑条件：逻辑条件规定了接回电路的功能定义和规程特性（各接口电路相互之间的操作要求和相互关系）。16计算机通信技术8.3 终端接口2接口标准为了使不同厂家的产品能够互换或互连，DTE与DCE在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范，这一套标准规范就是DTEDCE的接口标准。接口的标准不仅仅局限于物理层接口，对于通信网的其他层次都有相应的国际标准。17计算机通信技术8.3 终端接口3终端接口的种类一般通信接口有国际或工业标准之分，实际上就是按规程分类。常用接口有RS232V.24，V.35，X.21和G.703等。其中，RS232V24接口为低速接口，通常情况下其速率上限为20kbt/s；而V.35，X.21及G703等接口为高速接口。18计算机通信技术8.3 终端接口二、串行接口串行接口位于DTE与DCE之间，协调DTE与DCE之间的数据、控制信号和定时信息的传送。1962年，电子工业协会（EIA）致力于标准化数据终端设备和数据电路设备之间的接口设备，于是制定了一套RS232的规范。RS232技术规范明确了DTE和DCE之间接口的机械、电气、功能及规程描述。主要用于速率20kbit/s、距离大约15m的串行数据传输。RS232的确切名称应为：在数据终端设备和数据电路设备之间进行串行二进制数据交换的接口。目前，RS232最流行的版本是修订版C，称为RS232C。 19计算机通信技术8.3 终端接口20计算机通信技术8.3 终端接口1.机械特性EIA的RS-232标准的机械特性规定：其接口是一端有DB-25针孔连接头，另一端也是DB25针孔连接头的25线电缆，电缆长度不能超过15m。有些制造商使用的是称为DB-9的连接器，它定义了9针的连接器，这种连接器主要用于笔记本电脑或膝上计算机以及许多将串行和并行端口组合在同一块适配卡上的桌面计算机端口上的接口。21计算机通信技术8.3 终端接口2.电气特性主要规定了发送端驱动器和接收器的电平关系、负载要求、信号速率及连接距离等。适用范围：规定电气特性一般适用于低于20kbit/s的数据速率接口电路。负载要求：负载阻抗范围为RL30007000欧姆。负载开路电压为EL2V驱动器：驱动器开路电压为25V。电平特性：当接口点电压高于十3V时，信号处于“0”状态，即“ON”信号（空号）；当接口点电压低于-3V时，信号处于“l”状态，即“OFF信号（传号）。22计算机通信技术8.3 终端接口23计算机通信技术8.3 终端接口3.功能特性24计算机通信技术8.3 终端接口4.RS-232连接过程实例RS-232接口的典型应用有：计算机与Modem的接口；计算机与显示器终端的接口；计算机与串行打印机的接口。25计算机通信技术8.3 终端接口26计算机通信技术8.3 终端接口5.零调制解调器（NullModem）大多是两个设备间距离较近，无需通过Modem等通信设备互连。此情况可以通过EIA提供的方案得到解决，这种方案称为零调制解调器（NullModem）。在两台DTE设备之间，为什么不能直接使用标准的RS-232接口及电缆连接呢？27计算机通信技术8.3 终端接口（a）所示为通过电话网络两台DTE设备的连接，两台DTE设备通过DCE设备交换信息。通过2脚的数据流量总是由DTE设备向外发送的，而通过3脚的数据流量总是DTE设备接收的，DCE设备识别信号的方向并将它转发到正确的线路上。（b）所示为直接将两个DTE设备相连的情况。两个DTE设备就都要在2脚上发送数据，而在3脚上等待数据。这样接收线3是空闲的，发送线2由于冲突和噪声以及不会被任何一台DTE接收信号。因此，这种情况下的数据传输是不可能的。28计算机通信技术8.3 终端接口为解决图8.9（b）情况的数据传输，必须使用交叉电缆进行连接。29计算机通信技术8.4 其他接口一、并行接口并行接口在两个设备之间一次传送8位或更多位的数据，即一次发送（或接收）一个数据字。大多数计算机终端和外围设备在内部以并行方式处理数据。并行接口通常在位置接近的两台或多台设备之间传送数据，例如，计算机和打印机之间的数据传送。30计算机通信技术8.4 其他接口二、通用串行接口（USB）1.什么是通用串行接口？USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。1998年后，随PC机主板中内置了对USB接日的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。31计算机通信技术8.4 其他接口2USB接口特性USB使用一个4针插头作为标准插头。USB标准中将USB分为五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，而且也安装USB接口插槽。Windows98及以上版本的操作系统都内置了对USB接口的支持（但WindowsNT尚不支持USB）。32计算机通信技术8.4 其他接口3USB2.0标准USB2.0将设备之间的数据传输速度增加到了480MbitS，比USB1.1标准快40倍左右。而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB2.0的线路上。USB2.0可以使用原来USB定义中同样规格的线缆，接头的规格也完全相同，在高速的前提下一样保持了USB11的优秀特色，也保证了向下兼容。33计算机通信技术8.4 其他接口三、1394总线接口lIEEE1394接口IEEE1394高性能串行总线标准（又称为FireWire），是一种高速的总线接口技术，目标是为了取代现在计算机上所使用的串行和并行传输接口 （RS232C，Parallel，SCSI）。USB和IEEE1394相比，二者是相互支持而不相互兼容的。USB是设计用于支持低速和中速外设的，而IEEE1394则是连接高速设备。例如，磁盘驱动器和磁带设备的理想接口。34计算机通信技术8.4 其他接口2IEEE1394电缆IEEE1394使用一种相对简单但较硬的电缆。电缆由三组双绞线组成，其中两组用于数据，一组用于电源和地线。这种电缆易于连接和紧密锁紧，并且坚固耐用。实际的电缆长度取决于导线的粗细。35计算机通信技术8.4 其他接口3IEEEI394接口的应用针对PC市场推出一系列产品和附件，包括WD1394外置硬盘驱动器，用于台式PC的WD1394PCI适配器，以及用于笔记本电脑的WD1394CardBusPC卡。1394外部接口有比USB接口大30倍以上的带宽，可以为一些外部高速设备提供更完美的技术实现。36计算机通信技术8.5 通信适配器一、概述在数据终端设备的组成中，传输控制部分要完成数据的并一串转换和串一并转换。线路控制单元还完成纠错功能。另外，数据链路控制字符在线路控制单元中被插入和删除。在线路控制单元中，有一块集成电路完成以上几项功能。使用异步传输时，这个电路称为UART；使用同步传输时，称为USRT。37计算机通信技术8.5 通信适配器38计算机通信技术8.5 通信适配器二、通信适配器类型为了与Modem或其他串行设备通信，必须用硬件将计算机内的并行位流转换与这些设备兼容的串行位流，这些用于并串转换的硬件称为适配器。PC机用于通信的适配器种类很多。但按通信规程来划分分成两种：异步通信适配器和同步通信适配器。39计算机通信技术8.5 通信适配器1异步通信适配器异步通信适配器也叫做串口，其功能如下： 完成数据的串并行转换；控制与Modem的通信连接；允许对通信参数进行软件控制；调整数据传输和接收速率到预定的固定的速率；在要传输的字符串前面加上起始位；从接收到的字符位串中去掉起始位；UART实际上就是一个微计算机，它有独立的时钟和存储器，是可编的硬件。40计算机通信技术8.5 通信适配器2同步通信适配器同步通信适配器与异步通信适配器一样完成二进制数据的串并转换。它与异步通信适配器的最大差别是在两个异步通信适配器之间的数据流是连续的且总是同步的；而两个异步通信适配器之间的数据流是不连续的，且是一个字符一个字符地进行同步的。此外，同步通信适配器还具有一定的同步协议，并常以该协议命名。最常用的协议有SDLC和BSC。41计算机通信技术小结1.数据通信用户设备按功能可以分为数据终端设备（DTE）和数据电路设备（DCE）。数据终端设备（DTE）指的是位于用户网络接口的用户端设备，它能够作为信源、信宿或同时为二者。数据电路设备也称为数据通信设备（DCE），是DTE与传输信道的接口，该设备和其与通信网络的连接构成了网络终端的用户网络接口。2.通信控制器是指那些把计算机和终端信息处理系统与数据传输系统连接起来，并实现通信功能的设备。它由一般由线路接口、中央控制、计算机接口和控制存储器等四部分组成。可分为简单的通信控制器、功能强的通信控制器（CCU）、计算机化的通信控制器。42计算机通信技术小结3.终端接口是DTE与DCE之间的界面或连接条件.它有三种标准规定：即物理条件、电气条件和逻辑条件（或规程条件）。常用接口有RS232V.24，V.35，X.21和G.703等。4.串行接口位于DTE与DCE之间，协调DTE与DCE之间的数据、控制信号和定时信息的传送。RS232技术规范明确了DTE和DCE之间接口的机械、电气、功能及规程描述。5.其它接口有：并行接口、USB接口、1394总线接口。6.通信适配器主要是并串转换和串并转换。它可分为异步通信适配器和同步通信适配器。43计算机通信技术