導(dǎo)語：如何才能寫好一篇tcp協(xié)議，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：tcp/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層端口應(yīng)用層

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）03-0000-00

因特網(wǎng)是當今世界上最大的信息網(wǎng)絡(luò)，自80年代以來，它的應(yīng)用已從軍事、科研與學(xué)術(shù)領(lǐng)域進入商業(yè)、傳播和娛樂等領(lǐng)域，并于90年代成為發(fā)展最快的傳播媒介。信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)互連是根據(jù)協(xié)議進行的，而因特網(wǎng)使用的就是TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是因特網(wǎng)最基本的協(xié)議，是因特網(wǎng)的基礎(chǔ)。TCP/IP的全稱是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的簡寫，中文譯為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議。

1969年，因特網(wǎng)的前身阿帕網(wǎng)（ARPAnet），誕生之初僅連接了4臺計算機，供科學(xué)家們進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗用。到70年代，ARPAnet已經(jīng)有了好幾十個計算機網(wǎng)絡(luò)，但是每個網(wǎng)絡(luò)只能在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計算機之間互聯(lián)通信，不同計算機網(wǎng)絡(luò)之間仍然不能互通?？ǘ饔?973 年提出開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的思想。所謂開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，指的是任何類型的網(wǎng)絡(luò)都可以通過“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)”與其他網(wǎng)絡(luò)連接，這是因特網(wǎng)的核心技術(shù)思想。為了適應(yīng)開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)境的需要，瑟夫與卡恩共同開發(fā)了TCP/IP協(xié)議，并于1974年正式提出。TCP／IP是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的標準，成功地解決了不同硬件平臺、不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和不同操作系統(tǒng)之間的兼容性問題。

TCP/IP協(xié)議定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉藴?，它是因特網(wǎng)事實上的國際標準。協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，層次由低到高依次為：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。每一層都調(diào)用它的下一層所提供的服務(wù)來完成自己的需求。

1、網(wǎng)絡(luò)接口層

網(wǎng)絡(luò)接口層（通信子網(wǎng)）是數(shù)據(jù)包從一個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)搅硗庖粋€設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層的方法。由于ARPNET的設(shè)計者注重的是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，允許網(wǎng)絡(luò)接口層采用已有的或是將來有的各種協(xié)議，所以這個層次中沒有提供專門的協(xié)議，因此網(wǎng)絡(luò)接口層實際上并不是因特網(wǎng)協(xié)議組中的一部分。實際上，TCP/IP協(xié)議可以通過網(wǎng)絡(luò)接口層連接到任何網(wǎng)絡(luò)上，例如X.25交換網(wǎng)或IEEE802局域網(wǎng)。[1]

2、網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層可以接收由網(wǎng)絡(luò)接口層發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到傳輸層；也可以把從傳輸層接收來的數(shù)據(jù)包傳送到網(wǎng)絡(luò)接口層。網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包是不可靠的，因為網(wǎng)絡(luò)層并沒有做任何事情來確認數(shù)據(jù)包是按順序發(fā)送的或者沒有被破壞。數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機的地址（源IP地址）和接收它的主機的地址（目IP的地址）。

網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、ARP協(xié)議、RARP協(xié)議等，其中IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，完成數(shù)據(jù)從從源網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡(luò)的基本任務(wù)。IP協(xié)議定義了數(shù)據(jù)包在網(wǎng)際傳送時的格式，目前使用最多的是IPv4版本，這一版本中用32位定義IP地址，可供使用的地址數(shù)超過37.2億，但是仍然不能滿足現(xiàn)今全球網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的需求，因此IPv6版本應(yīng)運而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，這樣的IP地址數(shù)是原IP地址數(shù)的296倍，目前來看，IPV6的IP地址是不可能用完的。[2]

3、傳輸層

傳輸層提供應(yīng)用進程間的通信。兩個系統(tǒng)之間的應(yīng)用進程的通信，是用每個信息中的如下四項進行確認的：源IP地址、目的IP地址、源端口號、目的端口號。其中源IP地址和目的IP地址已在網(wǎng)絡(luò)層的介紹中說明。TCP/IP的端口號是一個軟件結(jié)構(gòu)，用來標識本地計算機應(yīng)用層中各個進程在和運輸層交互時的接口。在因特網(wǎng)不同的計算機中，相同的端口號是沒有關(guān)聯(lián)的。一個端口號對應(yīng)一個16比特的數(shù)。服務(wù)進程通常使用一個固定的端口，例如，SMTP使用25、HTTP使用80?？蛻暨M程通常使用系統(tǒng)分配的一個隨機端口號。[2]

傳輸層協(xié)議主要是傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(User Datagram protocol）。TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠的的傳輸機制。通信之前要建立連接，通訊完成時要拆除連接。它提供一種可靠的字節(jié)流保證數(shù)據(jù)完整、無損并且按順序到達，TCP協(xié)議還能盡量連續(xù)不斷地測試網(wǎng)絡(luò)的負載并且控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度以避免網(wǎng)絡(luò)過載，對于一些需要高可靠性的應(yīng)用，可以選擇TCP協(xié)議。UDP是一種面向無連接的，不可靠的傳輸機制。不是它特別不可靠，而是它不檢查數(shù)據(jù)包是否已經(jīng)到達目的地，并且不保證它們按順序到達。UDP的典型應(yīng)用是如音頻和視頻等這樣的流媒體，對它們而言，按時到達比可靠性更重要，或者如DNS查找這樣的簡單查詢／響應(yīng)應(yīng)用，否則建立可靠的連接所需的額外開銷將是不成比例地大。

4、應(yīng)用層

應(yīng)用層是大多數(shù)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的程序為了通過網(wǎng)絡(luò)與其他程序通信所使用的層。數(shù)據(jù)從與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的程序以這種應(yīng)用程序使用的格式編碼成標準協(xié)議的格式并進行傳送。來自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)一旦被編碼成一個標準的應(yīng)用層協(xié)議，它將被傳送到TCP/IP協(xié)議的下一層。

應(yīng)用層一般提供面向用戶的服務(wù)，如HTTP、FTP、SMTP、POP3。HTTP是超文本傳輸協(xié)議，用于瀏覽網(wǎng)頁，F(xiàn)TP是文件傳輸協(xié)議，一般用于下載和上傳文件。SMTP是簡單郵件傳輸協(xié)議，用來控制信件的發(fā)送、中轉(zhuǎn)。POP3是郵局協(xié)議第3版本，用于接收郵件。

TCP/IP有一個非常重要的特點，就是開放性，即TCP/IP的規(guī)范和Internet的技術(shù)都是公開的。目的就是使任何廠家生產(chǎn)的計算機都能相互通信，使Internet成為一個開放的系統(tǒng)。這正是后來Internet得到飛速發(fā)展的重要原因。

參考文獻

[1]萬雅靜,黃巍,梁玉鳳.網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實用教程[C].北京:機械工業(yè)出版社,2011:14-16.

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關(guān)鍵詞：TCP/IP；網(wǎng)絡(luò)擁塞；擁塞控制；算法

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）07-1513-03

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加，制約網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸是網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，對進入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量進行控制是擁塞控制的主要目的，通過控制擁塞保證用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)流對通信網(wǎng)絡(luò)不造成阻塞，并且瓶頸資源能夠被合理的使用?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的不同層次上實施擁塞控制，首先對網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的原因進行分析，分類、歸納擁塞控制，持續(xù)時間越長的擁塞需要越高的控制層次來解決擁塞問題，并且擁塞控制的實現(xiàn)主要在傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。

1 網(wǎng)絡(luò)擁塞概述

網(wǎng)絡(luò)的性能會逐漸下降，當過多的數(shù)據(jù)包存在于網(wǎng)絡(luò)中時，這種現(xiàn)象被稱為網(wǎng)絡(luò)擁塞。吞吐量下降在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞的時候，并且嚴重的時候擁塞崩潰的現(xiàn)象會在發(fā)生。通常而言，增加的網(wǎng)絡(luò)負載導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率降低，在此時容易發(fā)生擁塞崩潰的現(xiàn)象。擁塞現(xiàn)象的描述如圖1 。

圖1 擁塞現(xiàn)象的描述

在較小的網(wǎng)絡(luò)負載時，吞吐量隨著負載的增長也會增長，兩者為線性關(guān)系，相應(yīng)的時間也緩慢增長。當網(wǎng)絡(luò)容量被負載達到的時候，相應(yīng)的時間急劇增加，吞吐量呈現(xiàn)緩慢增長，這一點被成為Knee點。吞吐量在負載超過一定量時開始急劇下降，路由器在負載繼續(xù)增加的情況下開始丟包，這一點是死鎖點。在擁塞控制機制中有擁塞控制和擁塞避免兩種方式，前者的目的是在控制運行在死鎖點附近的網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，后者是避免網(wǎng)絡(luò)運行在Knee點的時候發(fā)證擁塞現(xiàn)象。前者是一種恢復(fù)措施，使網(wǎng)絡(luò)從擁塞中恢復(fù)過來，進入正常運行狀態(tài)；后者是一種預(yù)防措施，使網(wǎng)絡(luò)維持在低延遲、高吞吐量狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象得以避免。

2 分析網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的原因

網(wǎng)絡(luò)的處理能力和資源容量被網(wǎng)絡(luò)的負載超出了是網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的根本原因，也就是網(wǎng)絡(luò)對資源的總需求量大于總的可用資源，下面分析一下網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的原因。

1）不足的存儲空間

一個輸出端口需要對各種報文在接收端口的緩沖區(qū)域中進行排隊，因為它接受的報文是由多個端口轉(zhuǎn)發(fā)而來的，若滿足使用要求的緩沖空間在輸出端，報文就會丟失，尤其是突發(fā)的數(shù)據(jù)流也會丟失。這一矛盾的緩解通過增加存儲空間來實現(xiàn)。但將會出現(xiàn)更加嚴重的擁塞現(xiàn)象在不斷增加存儲容量時。因為緩沖區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的延時增加的時候，報文也會增加，最終端到端的確認時間也增加了，就會產(chǎn)生超時重發(fā)。網(wǎng)絡(luò)負載因此會進一步增加，擁塞現(xiàn)象最終會加重。

2）不足的寬帶容量

在低速鏈路中流通的高速數(shù)據(jù)流經(jīng)常會產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象，在數(shù)據(jù)發(fā)送率小于信道容量的時候，擁塞現(xiàn)象才會避免。不然在節(jié)點的緩沖區(qū)域堆集大量的報文就會產(chǎn)生擁塞。

3）速度緩慢的節(jié)點處理機

報文被放入其CPU隊列中進行緩存當被路由器對其進行接收的時候，路由器來選擇路由并且把報文轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的節(jié)點。此時路由器的處理速度的快慢是能否出網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)擁塞的關(guān)鍵因素。

總而言之，只有考慮到從以上三方面的因素，來解決擁塞現(xiàn)象，優(yōu)化整體性能。只考慮一方面內(nèi)的因素擁塞問題不僅不能夠解決，反而擁塞問題還會更加嚴重。

3 控制擁塞的策略

1）Tahoe和Reno擁塞控制算法

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，TCP擁塞控制有快速恢復(fù)（fast recovery）、快速重傳（fast retransmit）、擁塞避免（congertion avoidance）、慢啟動（slow start）這四種，其中常用的是TCP Tahoe和TCP Reno兩種算法?？焖僦貍?、擁塞避免、慢啟動是Tahoe包括的三個部分，并且改進了往返時間RTT，從而對超時重發(fā)計時器進行更好的重新設(shè)定，具體的算法描述如下：

最多發(fā)一個報文在一個RTT內(nèi)。其中窗口的大小由w來表示，慢啟動門限值由ssthresh來表示，是慢啟動進入擁塞避免的分界值。

這種算法的基本思想是通過線性增加速率源端對網(wǎng)絡(luò)中的空閑容量進行探測，當擁塞被檢測到的時候用指數(shù)遞減它的速率，在源端丟包被檢測到的時候確認擁塞。實現(xiàn)擁塞避免和慢啟動的例子如圖圖2 慢啟動和擁塞避免的實現(xiàn)舉例

由上圖可知，每當一個丟包被檢測到的時候，慢啟動門限值被源端設(shè)置為當前窗口的一半，對丟失的包重傳，窗口被設(shè)置為1，重新進入慢啟動。

2）TCP中擁塞控制的關(guān)鍵

TCP協(xié)議在Internet上被95%的數(shù)據(jù)流使用，對發(fā)送端的發(fā)送速率進行控制是TCP中擁塞控制的關(guān)鍵。可以采用控制算法中的乘法減少加法增加（AIMD）的來解決擁塞問題。每個擁塞窗口由發(fā)送方維持著，如果沒有發(fā)生窗口中的報文丟失，那么目前是良好的網(wǎng)絡(luò)狀況，窗口的大小被發(fā)送者加大，同時報文的發(fā)送速率加大。當窗口內(nèi)的一個報文被發(fā)送方發(fā)現(xiàn)丟失的時候，則認為報文的丟失是由網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的，于是窗口的大小減半，隨之發(fā)送速率也減小，擁塞加重的現(xiàn)象得以避免。

3）慢啟動階段的擁塞控制

一個連接被TCP啟動的時候多個數(shù)據(jù)包被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)時會造成不必要的網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失，而慢啟動可以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，還能避免吞吐量在AIMD算法中增加引起網(wǎng)速過慢的問題。初始化擁塞窗口cwnd為一個數(shù)據(jù)包大小在新的TCP連接建立的時候，按照cwnd大小源端進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，也就是隨著RTT的增長cwnd呈指數(shù)增長。

4）擁塞避免階段

處理丟失數(shù)據(jù)包的方法被稱為擁塞避免算法。當重復(fù)確認被發(fā)送方收到或數(shù)據(jù)包超時被發(fā)送方發(fā)現(xiàn)的時候，網(wǎng)絡(luò)擁塞就會發(fā)生，此時進入擁塞避免階段，置為1的cwnd在數(shù)據(jù)包發(fā)送超時并且重復(fù)確認被發(fā)送方收到時，那么每收到一個ACK，cwnd將增加segsize*segsize/cwnd。其中數(shù)據(jù)包的大小被稱為segsize，cwnd在擁塞避免階段不是呈指數(shù)增長而是呈線性增長的。

5）快速恢復(fù)和快速重傳階段

當3個或3個以上的重復(fù)ACK被源端收到的時候，發(fā)送方認為出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象，對數(shù)據(jù)包進行重新傳輸，而且啟動閾值ssthresh被設(shè)置為一半的當前cwnd，然后對丟失的數(shù)據(jù)包重新傳輸，這個過程被稱為快速傳輸。系統(tǒng)執(zhí)行的不是慢啟動算法而是擁塞避免算法，這被稱為快速恢復(fù)，能夠使TCP連接的吞吐量提高。另外，不必要的重傳超時要想避免可以應(yīng)用一種受限傳輸機制：在接收方中允許如果有廣播窗口，一個或兩個重復(fù)的ACK被發(fā)送方接收到后，發(fā)送方對新的報文段繼續(xù)傳輸，具有較小窗口的TCP在受限的傳輸機制的允許下進行錯誤碼恢復(fù)，不必要的重傳得以避免。

6）IP 擁塞控制策略

對于Internet 的健壯性而言基于窗口的端到端的TCP擁塞控制起著關(guān)鍵性作用，在Internet的迅速發(fā)展的今天網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也越來越大，并且日趨復(fù)雜的結(jié)構(gòu)在不斷出現(xiàn)，端對端的擁塞控制已經(jīng)不能滿足需求，那么對擁塞的控制也需要在網(wǎng)絡(luò)層進行，需要在路由器中采用數(shù)據(jù)丟棄和排隊算法策略。其中丟棄策略進行分配緩存是通過決定哪些包被丟棄來實現(xiàn)的，排隊算法進行分配寬帶是是通過決定哪些包可以被傳輸來實現(xiàn)的。IP 擁塞控制的方法有：先進先出、公平排隊算法、加權(quán)公平排隊算法。

總而言之，無論哪種擁塞控制方法都有它的優(yōu)勢，總體上包括TCP 擁塞控制和IP 擁塞控制兩種，下面表格針對這兩種方式進行了比較：

[TCP 與IP 擁塞控制的比較＼&參數(shù)＼&TCP 擁塞控制＼&IP 擁塞控制＼&實現(xiàn)位置＼&端系統(tǒng)中＼&網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部＼&短期擁塞＼&可以處理＼&較好處理＼&長期擁塞＼&可以處理＼&無法處理＼&不同數(shù)據(jù)流間的公平性＼&難于實現(xiàn)＼&可以實現(xiàn)＼&延遲＼&較大＼&無＼&]

4 結(jié)束語

通過上述網(wǎng)絡(luò)擁塞概述、網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生的原因、控制擁塞的策略，可以得知，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶越來越多，網(wǎng)絡(luò)寬帶等資源也在持續(xù)增加，但是用戶的需求仍然不能得到滿足，逐漸暴漏出網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，擁塞如何更好的預(yù)防和控制，使網(wǎng)絡(luò)具有同時到達資源并且低延時和低丟包率的最大效用。無論TCP擁塞控制還是IP 擁塞控制都有自身的優(yōu)勢，要想在這個基礎(chǔ)上更好的解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，需要結(jié)合各種方法并且靈活的使用。

參考文獻：

[1] The Stream Control Transmission Protocol （SCTP） as a Transport for the Session Initiation Protocol（SIP）.internet Draft，IETF，Jan，2005 Work in Progress.

[2] 黃衛(wèi)平.TCP/IP 協(xié)議中擁塞控制算法探討[J].廣西工學(xué)院學(xué)報，2003，14（2）：71-73.

[3] Gonzalo Camarillo，Raimo Kantola.Evaluation of Transport Protocols for SIP .IEEE Network September/October 2003.

[4] 武航星，慕德俊，潘文平.網(wǎng)絡(luò)擁塞算法綜述[J].計算機科學(xué)，2007，34（2）：51-54.

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【關(guān)鍵詞】 嵌入式 TCP/IP協(xié)議 以太網(wǎng)

一、引言

嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信在各個方面都得到了非常廣泛的運用。目前最常見的就是總線和USB數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸速度即使可以達到較快的水平，但是其并不能夠滿足長距離的數(shù)據(jù)傳輸。因此，以太網(wǎng)能夠彌補其在數(shù)據(jù)傳輸方面的缺陷。以太網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)一百米距離點對點的數(shù)據(jù)傳輸，如果要實現(xiàn)更加遠距離的數(shù)據(jù)傳輸，則需要使用路由器或者交換機來完成。此文基于對CP2200嵌入式TCP/IP協(xié)議進行探究，并實現(xiàn)以太網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。

二、嵌入式TCP/IP協(xié)議的探究與實現(xiàn)

TCP/IP協(xié)議棧從上到下分別是由應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層所組成的四層結(jié)構(gòu)，每一層各司其職，都有著不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。依據(jù)軟件實際使用的情況，在嵌入式系統(tǒng)當中為了達到網(wǎng)絡(luò)通信的目的，需要對TCP/IP協(xié)議族進行裁剪。在對軟件進行初始化的時候，也對單片機同時進行了初始化，其中包括對系統(tǒng)時鐘、定時器、端口和串口進行了初始化。當然還有CP2200進行初始化，其中包括對MAC層和物理層進行初始化，并且中斷使能。

在TCP/IP協(xié)議棧當中，運用層包含HTTP協(xié)議，運輸層包含TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層包含ARP協(xié)議、IP協(xié)議和ICMP協(xié)議。以下是嵌入式TCP/IP協(xié)議的每個模塊的實現(xiàn)流程：

1、HTTP協(xié)議模塊。HTTP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)http_send（）即是TCP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)和數(shù)據(jù)信息的結(jié)合，但是http_ send（）函數(shù)主要是實現(xiàn)設(shè)計網(wǎng)頁內(nèi)容，JPEG的圖片和HTML（超文本標記語言）等信息的使用依靠其函數(shù)實現(xiàn)。

2、TCP協(xié)議模塊。TCP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)tcp_send（）是需要發(fā)送一個不包含任何數(shù)據(jù)的TCP報文，其作用是能夠?qū)ψ止?jié)頭和校驗和進行處理。通過對時間功能的設(shè)定，TCP協(xié)議的重傳函數(shù)tcp_retransmit（）能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)最多為兩次重傳的傳輸功能，實現(xiàn)傳輸功能的應(yīng)用程序是依靠傳送頁數(shù)據(jù)而實現(xiàn)的，即是HTTP服務(wù)程序。TCP協(xié)議的?；詈瘮?shù)tcp_ inacivity（）是沒半秒運行一次，當連接正在建立的狀態(tài)下，?；钇跐M了的時候并且沒能被再次使用，就會中斷連接。TCP協(xié)議的接收函數(shù)tcp_rcve（）實現(xiàn)對字節(jié)頭和校驗和的運算，進而對HTTP服務(wù)程序和其連接狀態(tài)等情況進行斷定，最后進行TCP有限的狀態(tài)機判斷數(shù)據(jù)包的程序。

3、UDP協(xié)議模塊。UDP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)udp_send（）能夠?qū)崿F(xiàn)對字節(jié)頭和校驗和進行處理，其接收函數(shù)udp_rcve（）是對所接收的UDP報文進行處理，如果沒有受到UDP報文數(shù)據(jù)，就需要發(fā)送ICMP終點不可到達報文。

4、ARP協(xié)議模塊。ARP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)arp_send（），在發(fā)送請求報文的時候，對于不清楚目的物理地址的，則是廣播報文；在發(fā)送應(yīng)答報文的時候，接收的一方的目的物理地址需要添加物理地址。ARP協(xié)議的重傳函數(shù)arp_retransmit（）能夠?qū)崿F(xiàn)當其發(fā)出ARP請求之后的半秒時間內(nèi)沒有任何響應(yīng)，則進行再一次發(fā)送的功能，但是當兩次發(fā)送沒有得到響應(yīng)就會對報文進行刪除。ARP協(xié)議的緩存更新函數(shù)age_ arp_cache（）能夠每一分鐘更新一次。ARP的解析函數(shù)arp_ resolve（）能夠?qū)λl(fā)送的IP報文目的IP地址進行解析，如果發(fā)送IP地址和目的IP地址都不在相同的一個網(wǎng)絡(luò)當中，那么此IP地址是網(wǎng)關(guān)IP地址，然后在緩存表當中對其進行查找，如果找不到就需要發(fā)送ARP請求報文。ARP協(xié)議的接收函數(shù)arp_rcve（）能夠?qū)崿F(xiàn)對報文進行接收或者應(yīng)答，對緩存表需要進行更新和重新定時，如果所接受的報文是應(yīng)答報文，則需要發(fā)送等候地址解析的IP報文，但是所接收到的報文是請求報文 ，則需要發(fā)送ARP應(yīng)答報文。

5、IP協(xié)議模塊。IP協(xié)議的發(fā)送函數(shù)ip_send9（）能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)送IP報文的20字節(jié)頭和校驗和進行處理，進而使用網(wǎng)絡(luò)接口層進行發(fā)送。IP協(xié)議接收函數(shù)ip_rcve（）能夠根據(jù)版本情況和所接收報文的種類轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的接收函數(shù)來處理。

6、ICMP協(xié)議模塊。ICMP協(xié)議模塊的接收函數(shù)icmp_ rcve（）是實現(xiàn)對ping請求的接收進行處理，并且處理ICMP不同種類的報文。其中Ping命令請求信息函數(shù)ping_send（）是用來檢測發(fā)送接收兩方的接收情況。

三、結(jié)言

綜上所述，此文對TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各層協(xié)議模塊進行探究，基于網(wǎng)絡(luò)控制芯片CP2200的以太網(wǎng)接口和單片機C8051F340，并用編程語言來實現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)通信，同時進一步通過對各個層協(xié)議的裁剪，實現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。根據(jù)現(xiàn)階段來看，嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信基本上都是依靠TCP/IP協(xié)議來實現(xiàn)的，嵌入式設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)兩者相結(jié)合是嵌入式系統(tǒng)今后發(fā)展的主要方向。因此，我們要更加深入地對嵌入式TCP/IP協(xié)議進行探究以及更深層次的功能實現(xiàn)。

參 考 文 獻

篇4

1網(wǎng)絡(luò)隱蔽通道的基本原理

早期對隱蔽通道的定義只局限于操作系統(tǒng)內(nèi)部，研究的重點也是針對操作系統(tǒng)的安全。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，隱蔽通道已經(jīng)被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中。由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在設(shè)計時存在漏洞，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的首部存在冗余字段，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對這些字段的限制比較寬松，由此可以通過精心的構(gòu)造，利用這些字段實現(xiàn)隱蔽通信，就形成了網(wǎng)絡(luò)隱蔽通道［5］。因此，廣義地講，網(wǎng)絡(luò)隱蔽通道是指各種利用非正常的通信手段在網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息的通道。圖1為隱蔽通道模型。

2建立網(wǎng)絡(luò)隱蔽通道的方法

建立隱蔽通道的方法一般就是利用網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議設(shè)計中存在的一些不嚴密的地方來隱藏信息，以躲過網(wǎng)絡(luò)安全防護系統(tǒng)和防火墻系統(tǒng)，達到傳輸非法信息的目的［6］。由于防火墻或入侵檢測系統(tǒng)往往只注重對數(shù)據(jù)部分的檢測，而忽略了對首部息的檢測，因此就可以從以下途徑來建立隱蔽通道：一是利用TCP／IP協(xié)議的首部中的一些很少使用或不使用的域來隱藏信息；二是可以利用數(shù)據(jù)傳輸時數(shù)據(jù)包頭中的一些必須強制填充的域（如IP數(shù)據(jù)包頭中的源地址、目的地址和TCP數(shù)據(jù)包頭中的源端口域、目的端口域、序列號域等）來隱藏信息；此外，還可以利用第三方合法主機中轉(zhuǎn)建立隱蔽通道，利用Ping命令隱藏信息建立隱蔽通道等方法。

3基于TCP協(xié)議首部的隱蔽通道

3．1TCP協(xié)議首部隱蔽通道設(shè)計思想基于TCP協(xié)議模型網(wǎng)絡(luò)隱蔽通道的設(shè)計思想主要是利用該模型中的協(xié)議來進行的，而雙方的通信方式則是“合法的”，通信前雙方約定好用以隱藏或解析隱蔽信息的規(guī)則，然后發(fā)送端依據(jù)該規(guī)則對要發(fā)送的隱蔽信息進行編碼、偽裝、發(fā)送，接收端收到經(jīng)過編碼的信息后，便會依據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生的規(guī)則來解析隱蔽信息。TCP協(xié)議首部就是用于隱蔽信息的首選目標。圖2為TCP協(xié)議首部的結(jié)構(gòu)，主要包括源端口和目標端口字段、確認序列號、首部長度、標志位、窗口、檢驗和及緊急指針等字段。在TCP協(xié)議首部的這些字段中，很多字段在通常情況下根本不用或很少使用，可以用來隱藏信息。本文選擇序列號字段和確認序列號字段作為隱蔽通道的載體，主要有兩方面的原因：一是它們的長度達到32bit，可以隱藏更多信息，同時數(shù)據(jù)位很多，往往難以檢測；二是它們的值在數(shù)據(jù)傳輸過程中的變化具有規(guī)律性，接收端還原數(shù)據(jù)比較容易。假設(shè)要在網(wǎng)絡(luò)中的客戶端A和服務(wù)端B之間構(gòu)建隱蔽通道，還需要借助第三方受信的Web服務(wù)器C。利用TCP序列號來實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱蔽傳輸?shù)姆椒ㄊ牵菏紫瓤蛻舳薃構(gòu)造自己的SYN數(shù)據(jù)包，向受信的Web服務(wù)器C發(fā)出建立連接的請求，而服務(wù)端B也捕獲到該SYN包，就偽造Web服務(wù)器C向客戶端A發(fā)送返回的SYN＋ACK數(shù)據(jù)包，并在TCP序列號字段中攜帶加密的隱秘信息；客戶端A從服務(wù)端B偽造的Web服務(wù)器返回數(shù)據(jù)包中捕獲隱秘信息或指令解析并執(zhí)行，從而實現(xiàn)了將信息從客戶端A到服務(wù)端B之間的隱蔽傳輸。由于在整個數(shù)據(jù)通信過程中并沒有形成任何一個完整的TCP三次握手，并且返回的SYN＋ACK包可看作對每個SYN包的響應(yīng)，因此可以達到規(guī)避防火墻，實現(xiàn)隱藏信息的目的。

3．2隱蔽通道的構(gòu)建利用TCP協(xié)議首部構(gòu)建隱蔽傳輸通道，主要就是要在發(fā)送端生成包數(shù)據(jù)包時將隱秘信息嵌入，然后在接收端捕獲含有隱秘信息的數(shù)據(jù)，并將其解碼出來。由于在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用了第三方受信的Web服務(wù)器，隱秘信息是隱藏在向Web服務(wù)器發(fā)送請求的數(shù)據(jù)包中，又通過接收方偽造Web服務(wù)器向發(fā)送方返回應(yīng)答數(shù)據(jù)包，同時也將隱秘信息隱藏在返回的應(yīng)答數(shù)據(jù)包中。在隱秘信息傳輸過程中沒有形成完整的三次握手，因此不會給正常通信造成影響，也不會引起防火墻的反應(yīng)。而將隱秘信息嵌入TCP數(shù)據(jù)包首部的序列號字段和確認序列號字段，這兩個字段長度均為32bit，因而可以隱藏更多信息，同時數(shù)據(jù)位多，更加難以檢測。

3．2．1數(shù)據(jù)包的生成和發(fā)送生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的方法有基于原始套接字的方法、基于WinPcap的方法和基于Libnet的方法等［7］。本文采用基于WinPcap的方法，具體包括兩個部分：（1）在客戶端生成獲取網(wǎng)關(guān)MAC地址的ARP請求數(shù)據(jù)包，目的是為了獲取本機、服務(wù)端以及網(wǎng)關(guān)的MAC地址。由于局域網(wǎng)中ARP數(shù)據(jù)包大量存在，且機器中的動態(tài)ARP表需要不斷更新，正常的ARP數(shù)據(jù)包不會引起防火墻等設(shè)備的懷疑，因此只需要生成正常的ARP請求數(shù)據(jù)包即可。使用Winsock庫提供的SendARP（）函數(shù)能十分方便地生成ARP請求數(shù)據(jù)包，獲取與IP地址對應(yīng)的物理地址。（2）生成手工制作的TCP數(shù)據(jù)包，各字段符合TCP協(xié)議的定義，發(fā)起對受信的Web服務(wù)器的建立連接請求，在服務(wù)端則偽造Web服務(wù)器，返回嵌入了隱秘信息的SYN＋ACK數(shù)據(jù)包到客戶端。

3．2．2數(shù)據(jù)包的捕獲客戶端捕獲數(shù)據(jù)包后，需要對其進行分解，對每層協(xié)議進行解析，然后讀取所傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，最后再對數(shù)據(jù)進行解碼和處理。捕獲數(shù)據(jù)包的方法也有多種，對應(yīng)發(fā)送端，也采用了基于WinPcap的方法。其步驟為：首先使用pcap＿findalldevs（）獲得主機的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備列表，然后使用pcap＿open＿live（）打開網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使用函數(shù)pcap＿compile（）編譯過濾規(guī)則和使用函數(shù)pcap＿setfilter（）設(shè)置過濾規(guī)則。之后使用pcap＿loop（）和pcap＿next＿ex（）捕獲數(shù)據(jù)包。捕獲到數(shù)據(jù)包后就可以對其進行分解和解析，將TCP首部中含有隱秘信息的序列號或確認序列號的內(nèi)容取出，經(jīng)解密后就得到隱秘信息。

4基于TCP首部的隱蔽通道系統(tǒng)的實現(xiàn)

實現(xiàn)基于TCP首部的隱蔽通道就是采用第3節(jié)中所述的思想和方法，在發(fā)送端偽造TCP協(xié)議發(fā)送包含有隱秘信息數(shù)據(jù)包，在接收端對接收的數(shù)據(jù)包中的隱蔽信息進行相應(yīng)處理。

4．1系統(tǒng)的總體構(gòu)架系統(tǒng)的功能原理如圖3所示。通過數(shù)據(jù)包生成技術(shù)，客戶端將隱藏信息加密后嵌入TCP協(xié)議首部的序列號字段或確認號字段，對可信的第三方Web服務(wù)器發(fā)起連接請求。服務(wù)端則偽造Web服務(wù)器向客戶端返回SYN＋ACK數(shù)據(jù)包。通過數(shù)據(jù)包捕獲技術(shù)，服務(wù)端從客戶端發(fā)往Web服務(wù)器的請求數(shù)據(jù)包中捕獲隱秘信息并還原?？蛻舳藙t從服務(wù)端偽造Web服務(wù)器的返回數(shù)據(jù)包中捕獲隱秘信息或指令解析并執(zhí)行。

4．2系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)包生成模塊、數(shù)據(jù)包捕獲模塊、管理與控制模塊和指令解析模塊，如圖4所示。其中，數(shù)據(jù)包的生成和捕獲模塊利用多線程技術(shù)實現(xiàn)，執(zhí)行時不會造成MFC界面假死。管理與控制模塊負責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的獲取與控制。指令解析模塊對傳遞的信息進行顯示和執(zhí)行指令。秘密信息經(jīng)加密后嵌入數(shù)據(jù)包發(fā)往公開信道，接收端在公開信道捕獲數(shù)據(jù)包并對其進行解密。

5實驗結(jié)果及分析

經(jīng)過實驗，通信功能方面，雙方互發(fā)的消息都能正確接收?？刂乒δ芊矫?，能夠通過在客戶端發(fā)送命令來實現(xiàn)對服務(wù)端的控制。經(jīng)測試，該系統(tǒng)在WindowsXPSP2和Windows7操作系統(tǒng)中運行良好。實驗結(jié)果見表1和表2。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)信息傳輸和遠程控制的功能，而且能夠成功躲避各種安全防護系統(tǒng)的防范。

6結(jié)束語

篇5

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；TCP/IP協(xié)議；應(yīng)用研究

1. 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)商品化的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)信息共享表現(xiàn)出越來越大誘惑力。在不用PC機基礎(chǔ)上，通過ISP采取8位的微控制器接到互聯(lián)網(wǎng)上并取代傳統(tǒng)以PC機為核心應(yīng)用模式，已成為現(xiàn)在乃至未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要趨勢。為把單片機體系有效接到互聯(lián)網(wǎng)上務(wù)必要做好兩手準備，在硬件上要根據(jù)系統(tǒng)的主控器加上網(wǎng)絡(luò)接口，在軟件商要為之提供相對應(yīng)通信協(xié)議。因單片機具有較小存儲單元且數(shù)據(jù)處理較慢，因此采用PC機TCP/IP協(xié)議已無法嵌到單片機里，所以簡化TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)單片機和互聯(lián)網(wǎng)間電子郵件的運輸對達到單片機和互聯(lián)網(wǎng)間信息傳輸目的具有重要推動作用，下面主要研究嵌入式系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用研究。

2. 嵌入式系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議在硬件中的應(yīng)用

2.1 單片機嵌入互聯(lián)網(wǎng)模式選擇

2.1.1 EmWarea其EMIT技術(shù)

這種技術(shù)采取的是標準互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議并對16位和8位嵌入式的設(shè)備管理，該類嵌入模式是使用TCP/IP協(xié)議棧和網(wǎng)關(guān)在Internet里橋接。選取EMIT技術(shù)雖可使用在各類型單片機上，但卻要求系統(tǒng)工程師熟悉相關(guān)接口和掌握emNeT協(xié)議，有著較大工作量。

2.1.2 PC網(wǎng)卡加上專用網(wǎng)

該類單片機嵌入互聯(lián)網(wǎng)模式是采用CANBus、RS485、RS232等專用網(wǎng)絡(luò)將小批量單片機均連接起來后，再把專業(yè)網(wǎng)絡(luò)均連接在同一臺的PC機上面，因其依靠PC機為協(xié)議實現(xiàn)機制轉(zhuǎn)換，所以當多個單片機體系較為分散時，該類專用網(wǎng)絡(luò)的布置就顯得很不方便，在PC機里裝上專門協(xié)議軟件來轉(zhuǎn)換機制，又將發(fā)開成本增加了。

2.1.3 MCU加上網(wǎng)卡芯片

這類單片機嵌入互聯(lián)網(wǎng)模式是用單片機對TCP/IP協(xié)議進行加載并據(jù)此對以太網(wǎng)網(wǎng)卡進行控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，是采用TCP/IP協(xié)議嵌入互聯(lián)網(wǎng)。該飯飯么有使用網(wǎng)關(guān)或PC機平臺，因此，開發(fā)成本降低，只需相關(guān)人員深層次了解單片機、網(wǎng)卡的驅(qū)動程序和TCP/IP協(xié)議。

分析完以上三種單片機嵌入互聯(lián)網(wǎng)方案，可知MCU加上網(wǎng)卡芯片為最佳方案，最為經(jīng)濟模式。

2.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)單片機應(yīng)該采取89C51，而網(wǎng)卡芯片應(yīng)該采取RTL8019AS。此外，讀取鍵盤其輸入數(shù)據(jù)與指令應(yīng)該串行E2PROM采取24C256.89C51在處理操作時，要通過網(wǎng)絡(luò)接口的電路和網(wǎng)卡芯片來實現(xiàn)單片機和互聯(lián)網(wǎng)接入任務(wù)，從而進一步達成電子郵件接收發(fā)送功能。

3. 嵌入式系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議在軟件中的應(yīng)用

3.1 TCP/IP協(xié)議特點

高級系統(tǒng)里雖可支持完整TCP/IP協(xié)議，但針對單片機系統(tǒng)卻很難將其做到。根據(jù)以上特點，第一，要按照各類系統(tǒng)特點及功能對TCP/IP協(xié)議進行特定設(shè)計，僅僅需要達到相關(guān)協(xié)議需求；第二，針對具體實際運用，為避免單片機其內(nèi)部資源出現(xiàn)不足，在保證所需協(xié)議實現(xiàn)基礎(chǔ)功能前提下做好精簡工作。單片機中程序結(jié)構(gòu)通常為硬件中斷和順序執(zhí)行相結(jié)合模式，因此，對于處理TCP/IP協(xié)議工作應(yīng)該將其在主程序順序循環(huán)里，使用查詢式來控制網(wǎng)卡芯片，其它中斷任務(wù)實行間隙中間隙TCP/IP協(xié)議處理，使用時間成本換取系統(tǒng)可靠性。

單片機讀取數(shù)據(jù)是靠RTL8019AS在網(wǎng)絡(luò)上面接受，并從網(wǎng)絡(luò)接口的控制程序處將其讀到緩沖區(qū)即E2PROM里來檢測協(xié)議字段類型，從而去夜店那種協(xié)議可用來處理該分組。當格式出現(xiàn)錯誤時就將該分組丟棄。

3.2 TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn)

實現(xiàn)軟件采取51系列的單片機C語言開發(fā)的平臺偉福6000，同時用COMP51編譯器，下面具體就協(xié)議實現(xiàn)進行分析：

3.2.1 APR協(xié)議

APR協(xié)議其首要目的是完成IP地址和以太網(wǎng)地址間映射。在APR包里操作碼相應(yīng)字段突出APR應(yīng)答、APR請求、RARP應(yīng)答、RARP請求四種操作形式。該單片機體系僅僅對APR請求與APR應(yīng)答響應(yīng)，為有效提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率與速度，防止每次數(shù)據(jù)傳輸前都要對APR地址給予解析才可活動響應(yīng)目的地址，可構(gòu)建一個儲存常用目的地地址APR的高速緩存。其實現(xiàn)需要兩個進程：（1）進程處理，處理APR響應(yīng)與APR請求，與此同時也將APR的高速緩存更新；（2）進程尋址，在APR的高速緩存里為相應(yīng)IP地址尋址與之對應(yīng)以太網(wǎng)的地址。

3.2.2 IP協(xié)議

為實現(xiàn)單片機里對IP協(xié)議進行加載，同時又不對多個IP地址支持，主要通過以上進程來完成：（1）進程發(fā)送，首先把待發(fā)數(shù)據(jù)密閉封裝到IP包里，然后再查看本機和目的主機在同一子網(wǎng)里與否，當處在同一子網(wǎng)里就將IP數(shù)據(jù)直接發(fā)送給目的主機，若不在同一子網(wǎng)就將數(shù)據(jù)包經(jīng)默認路發(fā)送到路由器里；（2）進程接收，在得到了IP包過后，要對TP目的地址、頭部版本等進行校驗，正確以后，再將協(xié)議字段類型給予解析，并交由高層協(xié)議去處理。

3.2.3 ICMP協(xié)議

IP協(xié)議因無法提供鏈接服務(wù)，所以錯誤信息和報文無法傳送給最初主體，針對此情況，對系統(tǒng)里接收ICMP包校驗且無誤后，且CODE域和TYPE來替代echo請求后，還需發(fā)送echo來應(yīng)答，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)其診斷功能。

3.2.4 TCP協(xié)議

TCP協(xié)議面向端對端、連接可靠的通信協(xié)議，該部分主要通過以下進程達成：（1）構(gòu)建連接。首先在客戶機發(fā)送對端接入要求時，要可隨時選送初始的序號；其次，服務(wù)器同樣要選送屬于自身初始的序號，客戶機傳送來的序號對答號要及時返送到客戶機上；最后，客戶機要再次發(fā)送應(yīng)答段給服務(wù)器來當作服務(wù)器發(fā)送請求接入響應(yīng)，包括數(shù)據(jù)每個TCP段均要取得相應(yīng)對端返回應(yīng)答段來當作握手信號以確保數(shù)據(jù)的可靠接收。作為應(yīng)答段其自身則不需應(yīng)答來預(yù)防應(yīng)答陷入永無止境嵌套；（2）進程驗證，該進程要使用相應(yīng)措施對傳輸中錯誤給予消除來確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性，例如：可用持續(xù)跟蹤法對已發(fā)出的數(shù)據(jù)段進行跟蹤來判斷其返回與否以及數(shù)據(jù)丟失與否；也可用序列號對通信時失序、重復(fù)問題給予解決；對于數(shù)據(jù)誤碼的問題可用校驗來解決等；（3）進程流量控制，首先設(shè)計滑動窗口用循環(huán)緩沖區(qū)域來做，對于窗口與ACK的配合要指明處于正確接收最后數(shù)據(jù)包后，同時要處在可接受序列號的范圍內(nèi)，并以此來控制流量；（4）連接關(guān)閉，首先客戶 機對服務(wù)器發(fā)送關(guān)閉段，該時刻客戶機只可對數(shù)據(jù)進行接收，不可再次發(fā)送數(shù)據(jù)；其次，服務(wù)器對客戶機發(fā)送關(guān)閉即應(yīng)答段，該時段，服務(wù)器仍舊可為客戶機傳輸數(shù)據(jù)，也就是接入處在半關(guān)閉的狀態(tài)；再次，服務(wù)器對客戶機發(fā)送關(guān)閉段，此時可服務(wù)器不可再次發(fā)送出去數(shù)據(jù)；最后，客戶機務(wù)必要對服務(wù)器關(guān)閉做出響應(yīng)，對服務(wù)器發(fā)送關(guān)閉即應(yīng)答段。

3.2.5 SMIP協(xié)議

SMIP協(xié)議只需依賴一個可靠規(guī)則數(shù)據(jù)的流通道，而不需依賴特定傳輸子系統(tǒng)。SMIP主要為面向基于命令、文字的協(xié)議，設(shè)計系統(tǒng)時該部分協(xié)議主要靠兩進程構(gòu)成：（1）處理底層郵件，提取信頭其各字段的信息，并按照數(shù)據(jù)編碼性質(zhì)來處理數(shù)據(jù)，讓其以用戶能夠接受刑事傳輸為圖形用戶的界面；（2）發(fā)送郵件，通過DATA、TO、RCPT、MAILFROM、HELO一系列接受方會話和指令，由25號能夠采取電子郵件的傳輸TCP其保留端口來進行郵件的傳輸工作。

綜上所述，嵌入式系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議在硬件和軟件上的應(yīng)用可有效實現(xiàn)在單片機里采取電子郵件傳輸任務(wù)，探究嵌入式系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用不僅能夠提高單片機和互聯(lián)網(wǎng)間信息共享度，還可減少硬件的使用、降低成本和為使用帶來便利。此外，采取51系列的單片機，雖然利于軟件移植及二次開發(fā)，但卻有著較慢數(shù)據(jù)傳輸速度，還需我們進一步探究。

參考文獻：

.自動化與儀器儀表,2011(05).

作者簡介：

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【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；TCP/IP協(xié)議；TELNET協(xié)議；工作腳本

一、背景

隨著各電信運營商全業(yè)務(wù)市場運營的開展，電信企業(yè)內(nèi)部的競爭日趨激烈，在電信企業(yè)如火如荼的競爭過程中，企業(yè)內(nèi)部的人力、成本等資源都集中到了市場營銷、客戶服務(wù)與維系等窗口中，作為后臺網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備維護人員，如何使用有限的人力資源和維護成本，來保障設(shè)備更穩(wěn)定、更高效的運行成了各電信企業(yè)運維管理、系統(tǒng)支撐部門必須考慮的問題。

二、問題分析

電信企業(yè)內(nèi)部接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備主要由應(yīng)用服務(wù)器、生產(chǎn)終端設(shè)備和內(nèi)部局域網(wǎng)的組建、管理、支撐設(shè)備組成。在日常的維護過程中，我們發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備存在以下特性：

1）設(shè)備的多樣性。上述設(shè)備中有網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器、小型機、工控機等，涉及操作系統(tǒng)有HP UNIX、SCO UNIX、LINUX、SUN SOLARIS等多種。

2）設(shè)備數(shù)量較多。隨著電信企業(yè)內(nèi)部的信息化水平不斷提高，各類設(shè)備數(shù)量也不斷增加，僅以路由器、交換機為例，德州的數(shù)量就數(shù)以百計。

3）地理位置的分散性。由于上述設(shè)備主要為各級分公司的系統(tǒng)提供服務(wù)，由于各級分公司、營業(yè)部位置的相對分散，就決定了此類設(shè)備在地理位置上的分散性。

設(shè)備多樣、數(shù)量龐大、位置分散的特性就造成了此類設(shè)備管理的復(fù)雜性，那么，如何對上述設(shè)備進行有效的維護和管理呢？本文結(jié)合德州的實踐經(jīng)驗，基于TCP/IP協(xié)議族，提出了電信企業(yè)內(nèi)部設(shè)備智能化管理系統(tǒng)設(shè)計方法。

三、技術(shù)介紹

傳輸控制協(xié)議（TCP）、Telnet協(xié)議都是TCP/IP協(xié)議族中的一員。這兩種協(xié)議為用戶提供了在本地計算機上完成連接、控制遠程服務(wù)器的能力。在終端使用者的電腦上使用TCP或telnet協(xié)議，連接到遠程服務(wù)器，并可以通過程序，在本地終端上輸入命令，送到服務(wù)器上運行，就像直接在服務(wù)器的控制臺上輸入一樣。

TCP協(xié)議、TELNET協(xié)議是各類設(shè)備或其操作系統(tǒng)上普遍支持的兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，基于上述兩種協(xié)議，通過編程可以實現(xiàn)對各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動控制、數(shù)據(jù)采集，來為我們的維護工作提供便利。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)器通過C語言編寫程序通過TCP協(xié)議、TELNET協(xié)議與各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立連接通道，通過兩種方式與設(shè)備之間進行交互。一種方式是定時解析通過既定的數(shù)據(jù)采集腳本向各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，由結(jié)果分析程序?qū)⒚罘祷氐慕Y(jié)果進行分析，寫入數(shù)據(jù)庫。第二種方式，終端用戶通過主動向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)起查詢、操作命令請求，由應(yīng)用服務(wù)器將操作命令對一臺或多臺設(shè)備進行命令處理，并將處理結(jié)果返回。

在整個處理過程中，應(yīng)用服務(wù)器扮演了兩種角色，一方面與各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立雙向命令處理通道，一方面通過網(wǎng)頁來接受終端用戶的查詢、操作命令請求。

五、系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)難點分析

在智能化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，我針對系統(tǒng)實現(xiàn)過程的兩個重點、難點問題，來介紹系統(tǒng)的設(shè)計方案。

1、TCP、TELNET協(xié)議接口設(shè)計

在使用TCP、TELNET協(xié)議與各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接過程中，在兩個過程中下可能會出較長的時間延遲。

（1）在使用SOCKET、CONNECT函數(shù)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立連接的過程中，如果遠程設(shè)備掉電，或出現(xiàn)局部的網(wǎng)絡(luò)中斷，這部分設(shè)備在整個局域網(wǎng)中將變?yōu)椴豢梢姞顟B(tài)。而無論是TCP協(xié)議還是TELNENT協(xié)議，在面向連接的協(xié)議，如果CONNET函數(shù)在建立連接的過程中阻塞，會進行多次重試，直到重試次數(shù)超過操作系統(tǒng)設(shè)置最大超時次數(shù)位置，這個過程一般會持續(xù)3分鐘左右的時間。（2）在CONNECT連接建立后，與SOCKET套接字進行命令發(fā)送的過程中，如果服務(wù)器對命令返回的結(jié)果未正確識別出有效的命令結(jié)束符號，或由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身硬件故障的原因造成命令處理過程放緩、或不執(zhí)行，從而無法獲得正確的返回結(jié)果，造成長時間存在一個無效連接，這實際也是一種阻塞狀態(tài)。

上述兩種狀態(tài)如果在程序編寫的過程中，如果不增加超時處理，將大大放緩命令的執(zhí)行效率，造成終端用戶對系統(tǒng)的認同度下降。因此，在上述兩種過程中，我們首先需要兩種基本數(shù)據(jù)局域網(wǎng)內(nèi)部的正常時間延遲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的回顯延時。

（1）局域網(wǎng)內(nèi)部的正常通信延時的計算過程中，可要選取各IP網(wǎng)段的最大網(wǎng)絡(luò)延時作為參考。（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的回顯延時，由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號、硬件配置、軟件配置、發(fā)送命令的不同，回顯時間延時也會不同，這種情況下，對于同廠家、同型號設(shè)備，選取一個日常維護操作處理時間最長的操作時間作為參考。

通過上述兩種時間的界定，使用SELECT函數(shù)來設(shè)置超時時間，在超時時間到達前如果沒有收到正確的命令返回結(jié)果描述符，則產(chǎn)生一個中斷信號，來打破阻塞狀態(tài)。

2、各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采集命令管理問題

由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型眾多、變更較為頻繁，如果將所有的操作、數(shù)據(jù)采集命令都固化到程序中，雖然會對程序代碼的執(zhí)行效率有一定的提升作用，但是同時會面臨程序拓展性差、維護困難的問題。會讓我們工作陷入不斷進行代碼更新，同時由于設(shè)備更替，代碼中又會產(chǎn)生部分冗余代碼僵局。為解決此問題，首先，我們編寫了一個工作腳本分析進程，固化部分關(guān)鍵字，如TELNET_IP（使用TELNET協(xié)議連接IP地址）、 AUTO_TCP_IP（使用TCP協(xié)議連接IP地址）、FIND（搜索返回結(jié)果串）、ENTER（輸入命令）、TO（將結(jié)果輸出到文件）等。然后，根據(jù)上述關(guān)鍵字規(guī)范，結(jié)合日常使用較為頻繁的操作命令。下面我通過SCO UNIX工控機和CISCO路由器的兩個工作腳本，來給大家介紹下此系統(tǒng)德州聯(lián)通內(nèi)部的實際應(yīng)用。

六、技術(shù)總結(jié)

在電信企業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能化管理實現(xiàn)過程中，通過TCP/IP協(xié)議族協(xié)議的靈活使用，成功地解決了對多種數(shù)量龐大、位置離散的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理難題，實現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、入庫、顯示，以及管理人員與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的雙向交互。通過在德州聯(lián)通內(nèi)部的建設(shè)和使用，實踐表明此系統(tǒng)可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護、監(jiān)控、操作方面，有效地縮短人工處理時間，此系統(tǒng)的實現(xiàn)方案對于各電信企業(yè)具有較強的借鑒意義。

參考文獻

[1]尚穆蓋姆.TCP/IP詳解（第2版）.電子工業(yè)出版社，2003

篇7

關(guān)鍵詞：檔案庫系統(tǒng)；Modbus/TCP；自動識別；COM

中圖分類號：TP31

隨著信息化建設(shè)的不斷深入，各單位已經(jīng)全面的使用電子檔案系統(tǒng)，電子檔案具有傳遞便捷、資源共享、查閱方便等多種好處，不過由于紙質(zhì)檔案的形成必須要經(jīng)過人工操作，對原文件的任何篡改都會留下痕跡，所以紙質(zhì)檔案在法律上的可信度很高，能夠起到原始憑證的作用。因此在實際工作中電子檔案并不能完全替代紙質(zhì)檔案，很多情況下還是需要用到紙質(zhì)檔案。如何將電子檔案利用與紙質(zhì)檔案管理結(jié)合起來，大幅度降低檔案維護成本，提搞檔案管理效率，成為目前迫切需要解決的問題。

本文針對以上問題，提出了自動檔案庫系統(tǒng)的解決方案。自動檔案庫由多層檔案柜、通信模塊和計算機控制系統(tǒng)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)檔案的自動借閱和歸還，是綜合了信息自動化、存儲和自動識別技術(shù)于一身的立體集成化系統(tǒng)。設(shè)計該系統(tǒng)的目標是為了減少檔案管理人員的工作量，對檔案管理的業(yè)務(wù)流程進行調(diào)整和優(yōu)化，進而規(guī)范檔案業(yè)務(wù)操作，提升檔案管理的自動化水平，大大提高工作效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)分為三層：應(yīng)用管理層、檔案柜管理層和檔案柜控制層。應(yīng)用管理層與檔案柜管理層通過TCP協(xié)議進行通信，檔案柜管理層與檔案柜控制層通過Modbus/TCP進行通信，如圖1所示。

應(yīng)用管理層為檔案管理系統(tǒng)，它構(gòu)件了完整的檔案資源信息共享服務(wù)平臺，支持檔案管理全過程的信息化處理，主要包括以下功能：檔案接收、檔案移交、檔案查詢、檔案統(tǒng)計、檔案借閱、檔案歸還、檔案數(shù)據(jù)維護、檔案借閱記錄管理、檔案發(fā)送記錄管理、報表打印輸出、數(shù)據(jù)庫管理等。

檔案柜管理層對檔案柜控制層的集中管理，包括兩個方面的內(nèi)容：把應(yīng)用管理層發(fā)來的指令轉(zhuǎn)化為對檔案柜控制層的指令，定時讀取檔案柜控制層的消息，并轉(zhuǎn)為系統(tǒng)事件通知應(yīng)用管理層進行相應(yīng)。

檔案柜控制層根據(jù)檔案柜管理的指令，控制檔案柜的走層、檔案的存取、檔案盤庫等操作，實時根據(jù)傳感器改變狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2 基于Modbus/TCP的傳輸控制協(xié)議

Modbus是一種應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，用于實現(xiàn)不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備之間的客戶機服務(wù)器之間的通信。Modbus/TCP協(xié)議一種的開放的通信協(xié)議，用戶可以根據(jù)需要靈活進行擴展。[1]它支持C/S模式，將應(yīng)用層的Modbus消息封裝成IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。[2]

Modbus/TCP是采用C/S模式來進行報文傳輸，此模式基于4種類型報文，即請求（Modbus Request）、指示（Modbus Confirmation）、響應(yīng)（Modbus Indication）和證實（Modbus Response），如圖2所示。請求是客戶端發(fā)送給服務(wù)器用來啟動報文，指示是服務(wù)端接收的請求報文對客戶端的反饋，響應(yīng)是服務(wù)器針對客戶端的請求發(fā)送的具體響應(yīng)，證實是在客戶端接收的響應(yīng)信息時給服務(wù)器的反饋。[3]

圖2 Modbus/TCP報文傳輸

協(xié)議檔案柜管理層由運行在PC機上檔案柜管理程序構(gòu)成，檔案柜控制層由觸摸屏（TPC）和控制電機和傳感器的可編程邏輯器件（PLC）構(gòu)成。協(xié)議檔案柜管理層通過網(wǎng)絡(luò)的Modbus/TCP協(xié)議，對各個觸摸屏（TPC）和可編程邏輯器件PLC的位變量、整型變量等的讀寫實現(xiàn)對檔案柜的遠程測控，如圖3所示。

圖3 協(xié)議檔案柜管理層構(gòu)成圖

3 檔案自動識別

目前成熟的檔案識別方法有條碼識別法[4]、RF識別法[5]。條碼識別法是在把打印好的條形碼粘貼到檔案盒上，把條形碼作為識別檔案的唯一標示；RF識別法則是通過粘貼在檔案盒上的電子標簽來識別檔案的。兩種識別方法特點不一，接下來對這兩種方法進行具體討論。

使用條碼管理檔案，做法是為每個檔案盒編配唯一的條碼，條碼中包含特定規(guī)則的位置信息，然后將條碼貼到檔案盒外面的背脊上。一旦檔案盒中有檔案存入時，條碼、檔案盒和檔案就建立起了唯一的映射關(guān)系。將這種對應(yīng)關(guān)系信息錄入到計算機上的檔案管理系統(tǒng)中，為每一份檔案建立一條記錄，保存這份檔案對應(yīng)的條碼、在檔案柜中的位置、是否在柜等信息，這樣就打好了檔案識別的基礎(chǔ)。檔案首次入庫時，條碼與檔案的映射關(guān)系建立，數(shù)據(jù)庫中產(chǎn)生相關(guān)記錄。當需要借閱或者歸還檔案時，檔案識別系統(tǒng)就可以通過條碼定位檔案盒，找到了檔案盒就相當于找到了目標檔案。

射頻識別系統(tǒng)由電子標簽和閱讀器兩部分組成。在檔案識別系統(tǒng)中通常的做法是把閱讀器安裝在檔案柜中，把電子標簽粘貼到檔案盒上。電子標簽中保存的數(shù)據(jù)通過特定的編碼存儲在電子標簽中，閱讀器可以非接觸的讀取電子數(shù)據(jù)。系統(tǒng)工作過程分為能力供給和信號識別兩個部分。其中能力供給指的是電子標簽對電子標簽閱讀器發(fā)出的微波查詢信號進行轉(zhuǎn)換，把微波信號轉(zhuǎn)換為電流；信號識別指的是微波查詢信號經(jīng)過電子標簽內(nèi)部的電路處理之后，攜帶了電子標簽內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)信息，利用電子標簽自帶的微型天線返回到閱讀器中。經(jīng)過能力供給和信號識別兩個過程，閱讀器就可以拿到電子標簽存儲的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)檔案識別。以下針對條碼識別法、RF識別法分別比較兩者優(yōu)缺點，如表1所示。

表1 條碼識別法、RF識別法優(yōu)缺點比較

條碼識別法 RF識別法

掃描速度 掃描槍一次只能掃描一個條碼 RFID閱讀器可同時辨識讀取多個RFID標簽

抗污染能力和耐久性 條形碼采用紙張打印，抗污染能力和耐久性差 RFID一般采用塑料材質(zhì)封裝，具有很強的耐污性和耐久性

穿透性和無屏障閱讀 在沒有阻擋和近距離的情況下，條碼才能被識別 RFID通信具有一定的穿透性，除金屬材質(zhì)外一般材質(zhì)都能穿透

成本 條碼和條碼掃描槍成本很低 RFID標簽和RFID閱讀器成本較高

針對條碼識別法、RF識別法的特點，各單位可以根據(jù)需求選用不同的方案。條碼識別法和RF識別法在系統(tǒng)中識別和傳輸過程中，由于條碼被污染和斜放等情況，RF識別法信道中有噪聲干擾和標示有重疊的情況，引起數(shù)字信號波形的失真導(dǎo)致錯誤，針對錯碼的問題，通過兩種策略來處理。一種方法是在檔案標識上設(shè)置冗余的信息位，在一定錯誤率的情況下可以通過算法推算出錯誤的信息，常用算法有循環(huán)冗余CRC校驗；另外一種是設(shè)置校驗位，通過校驗位來驗證發(fā)送的信息，驗證不通過的情況下讓接收方請求重傳，常用算法有奇偶校驗、漢明校驗。因為檔案柜在掃描槍掃描過程中一般都是一次掃描，所以我們一般采用糾錯碼的策略來解決誤碼的問題。

5 檔案自動盤庫

為了解決人工歸還和借閱檔案時放錯位置的問題，設(shè)計檔案自動盤庫功能，通過該功能可以對整個檔案柜的檔案進行批量整理并與檔案信息系統(tǒng)中存放的檔案存放信息進行核對修改。

自動盤庫操作流程如下所示：（1）執(zhí)行檔案柜走層操作，準確走到確定層；（2）啟動盤庫掃描槍從左到右運動掃描整個層中的檔案，一層掃描完成后，盤庫掃描槍從右到左運動回到起始點再執(zhí)行走層動作，直到掃描完畢，經(jīng)過掃描得到的柜號、層號、檔案標識通過Modbus/TCP協(xié)議傳給檔案柜控制層，檔案柜控制層通知應(yīng)用層程序，對掃描的數(shù)據(jù)進行處理；（3）檔案柜向上走一層，繼續(xù)流程2，直到完成所有層的掃描，自動盤庫完成。

在進行盤庫操作時，檔案柜控制層把盤庫掃描槍掃描到一個檔案標識就會將柜號、層號、檔案標識發(fā)送給檔案柜管理層，檔案柜管理層觸發(fā)應(yīng)用層程序的事件，應(yīng)用程序處理相應(yīng)事件顯示差異信息，用戶根據(jù)差異信息選擇進行更新檔案存取信息和借閱情況。

5 檔案管理層接口規(guī)范

不同廠商采用的硬件類型一般是不同的，同一廠商的不同型號的設(shè)備通常也有所區(qū)別，傳統(tǒng)的檔案管理軟件基本都是針對某一款特定的檔案柜設(shè)計的，所以不具有通用性。硬件上一些小改動或升級就會導(dǎo)致整個應(yīng)用程序的大范圍改動甚至重寫。傳統(tǒng)的檔案管理程序與設(shè)備是一一對應(yīng)的，每一種設(shè)備都需要開發(fā)專用的管理程序和相應(yīng)驅(qū)動。傳統(tǒng)檔案管理層的開發(fā)示意圖如圖4所示。

圖4 傳統(tǒng)檔案管理層的開發(fā)示意圖

在實際的大型檔案管理系統(tǒng)中，檔案柜類型往往不止一種，同種類型的檔案柜每隔一段時間也會進行硬件升級，在這種情況下，檔案管理層的接口如果仍然按照傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，必然會帶來很多問題，在很大程度上增加系統(tǒng)開發(fā)和維護的成本。在本文的檔案柜系統(tǒng)設(shè)計中，檔案柜管理層為了實現(xiàn)與底層硬件設(shè)備的無關(guān)性，需要硬件設(shè)備已經(jīng)統(tǒng)一的基于COM組件，不同硬件設(shè)備指需要按照統(tǒng)一COM編寫自己組件，就可以實現(xiàn)協(xié)議檔案柜管理層對檔案柜控制層的操作，如圖5所示。

圖5 基于COM組件的檔案層接口規(guī)范

6 結(jié)束語

通過對自動檔案庫系統(tǒng)合理設(shè)計，將系統(tǒng)分為應(yīng)用管理層、檔案柜管理層和檔案柜控制層。應(yīng)用管理層與檔案柜管理層通過TCP/IP協(xié)議進行通信，檔案柜管理層與檔案柜控制層通過Modbus/TCP協(xié)議進行通信，針對人工歸還和借閱檔案時放錯位置的問題，專門設(shè)計檔案自動盤庫功能，同時為了實現(xiàn)檔案柜管理層與底層硬件設(shè)備的無關(guān)性，制定了檔案管理層接口規(guī)范。實際使用表明：基于Modbus/TCP協(xié)議自動檔案庫系統(tǒng)可以方便快捷的實現(xiàn)電子檔案系統(tǒng)與紙載檔案管理的無縫結(jié)合，在大幅度提高檔案的管理效率和檔案管理自動化水平的同時，降低了檔案管理費用和檔案管理人員的工作量，充分提高工作效率。

參考文獻：

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篇8

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；遠程監(jiān)控；SCADA；Modbus/TCP；PLC

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

對風(fēng)力發(fā)電機組進行遠程監(jiān)視控制十分必要，而風(fēng)電廠遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件則是重中之重，它直接決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

Modbus/TCP協(xié)議目前應(yīng)用廣泛，絕大多數(shù)廠商的PLC都支持Modbus/TCP協(xié)議，其具有良好的通用性，因此基于Modbus/TCP協(xié)議開發(fā)客戶端程序已成為風(fēng)電遠程監(jiān)控系統(tǒng)一種行之有效的方法。

一、Modbus/TCP協(xié)議

Modbus/TCP協(xié)議以一種非常簡單的方式將Modbus幀嵌入到TCP幀中，使其成為工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議，Modbus協(xié)議層在TCP之上，其主要完成的任務(wù)為：在服務(wù)器端，負責(zé)解譯來自客戶端的Modbus幀，執(zhí)行相應(yīng)的請求[1]。

Modbus TCP協(xié)議的幀格式如表1所示。應(yīng)用協(xié)議報頭分為4個部分，數(shù)據(jù)標識符用來標識Modbus幀的次序，每多發(fā)送一個Modbus幀，該值加1；協(xié)議標識符用來確認是不是Modbus協(xié)議，如果是Modbus協(xié)議用1表示，其他協(xié)議用0表示；接下來2個字節(jié)用來表示后續(xù)字節(jié)數(shù)，即從單元標識符開始一直到數(shù)據(jù)域結(jié)束的字節(jié)數(shù)，單元標識符用來標識Modbus串行線上的某個設(shè)備單元，由于風(fēng)機都是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以這一字節(jié)并沒有實際意義，填0x0或0xFF即可。功能碼的含義如表2所示。數(shù)據(jù)域則添加要發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果是向PLC發(fā)送讀請求的話，數(shù)據(jù)域為要讀取的寄存器起始地址和要讀取的寄存器個數(shù)，如果是向PLC發(fā)送寫請求，則數(shù)據(jù)域為要寫入的寄存器起始地址和要寫入的寄存器個數(shù)、需要寫入的字節(jié)數(shù)以及需要寫入的數(shù)據(jù)。

一、運用C#編程實現(xiàn)通訊

C#是微軟公司設(shè)計的一種編程語言，是從C和C++派生來的一種簡單、現(xiàn)代、面向?qū)ο蠛皖愋桶踩木幊陶Z言，并且能夠與.NET框架完美結(jié)合[2]。

為了簡化網(wǎng)絡(luò)編程復(fù)雜度，.NET對套接字又進行了封裝，封裝后的類就是.Sockets命名空間下的TcpListener類和TcpClient類。但是要注意，TcpListener和TcpClient只支持標準協(xié)議編程。如果希望編寫非標準協(xié)議的程序，只能使用套接字來實現(xiàn)[3]。

核心代碼

值得一提的是，由于PLC與計算機的數(shù)據(jù)存儲方式可能不同，因此需要進行大小端判斷及轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換可以采用Reverse（）方法。軟件界面的設(shè)計如圖2所示，通過該界面可以實現(xiàn)對風(fēng)機進行啟?？刂?，功率調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集，繪制圖表，查看故障等功能，可滿足風(fēng)電場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的絕大部分需求。

三、結(jié)束語

實踐表明，該軟件通過Modbus TCP協(xié)議與風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互，可通過上位機對機組進行啟動、停機、復(fù)位、限定功率等控制，查看機組各傳感器反饋數(shù)據(jù)，查看故障代碼，運行穩(wěn)定，操作簡單，具有實際價值。

參考文獻：

[1]郝曉弘，祖守圓，徐維濤.基于VC的Modbus/TCP協(xié)議模型通信測試軟件的實現(xiàn)[J].微計算機信息，2006.

篇9

關(guān)鍵詞：會話初始化協(xié)議SIP；TCPN；建模；模型

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0035-02

1 引言

第三代合作伙伴3GPP選擇SIP協(xié)議作為第三代移動通信系統(tǒng)的IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）心靈協(xié)議，是因其具有靈活、無縫和可擴展性，它將逐漸成為下一代網(wǎng)絡(luò)NGN中關(guān)鍵控制協(xié)議之一。它可以滿足多媒體通信與網(wǎng)絡(luò)電話的要求，所以很多的通訊公司均先后研發(fā)出了支持SIP的服務(wù)產(chǎn)品與終端產(chǎn)品。為充分適應(yīng)這些技術(shù)的發(fā)展，SIP協(xié)議需要進行進一步的完善與擴充，但是如果協(xié)議在設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)任何問題都會給系統(tǒng)帶來難以預(yù)料的影響，所以為保證協(xié)議的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)在早期開發(fā)時盡可能挖掘其隱蔽的問題并找出解決方案。

目前研究SIP協(xié)議主要涉及以下幾方面：基于SIP的應(yīng)用于服務(wù)[3]；SIP測試工具和方法；其他協(xié)議與SIP協(xié)同工作。因時間著色Petri網(wǎng)TCPN[2]在描述帶有較復(fù)雜的交互動作和時間約束的系統(tǒng)過程中具有明顯的優(yōu)勢，故本文以TCPN為模型分析工具進行SIP協(xié)議分層TCPN模型的構(gòu)造，并在不同狀態(tài)下實現(xiàn)分層建模。

2 SIP協(xié)議事務(wù)處理

SIP協(xié)議通過事務(wù)進行會話控制，其主要事務(wù)有INVITE、non_INVITE事務(wù)。INVITE事務(wù)完成會話的創(chuàng)建，non_INVITE事務(wù)則完成會話的保持與關(guān)閉。SIP端系統(tǒng)（User Agent，UA）是連接服務(wù)器從而發(fā)送服務(wù)請求的一種應(yīng)用程序。因UA向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請求并接收來自服務(wù)器的響應(yīng)，故一個UA有UAS（用戶服務(wù)器）和UAC（用戶客戶端）兩部分，這兩部分就是SIP協(xié)議中的兩個最關(guān)鍵的參與者，UAC創(chuàng)建呼叫請求，UAS接受呼叫給出響應(yīng)。

在SIP的請求消息中，最常用的有INVITE、REGISTER、CANCEL和BYE。其響應(yīng)消息有1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx6種。SIP的呼叫方式有3種：從UAC到UAS的直接呼叫、從UAC發(fā)出的重定向呼叫、服務(wù)器發(fā)起呼叫。本文主要針對應(yīng)用最廣的直接呼叫進行分層建模。

3 SIP協(xié)議TCPN分層建模

本文應(yīng)用CPN Tools[4]進行INVITE事務(wù)的分層建模，并在不同的抽象層次上描述協(xié)議行為細化模型。這種方法在一個層次中描述協(xié)議細節(jié)，有利于優(yōu)化或局部完善協(xié)議模型，也能有效把握模型規(guī)模，便于確認模型與分析協(xié)議性質(zhì)。

SIP協(xié)議的TCPN分層模型中的10個模型頁分別處于不同的層次，每頁所描述的是對應(yīng)抽象級別上的協(xié)議功能，低級別頁作為高級別頁的替代變遷子頁。各層次模型頁功能描述如下表1。各層內(nèi)部模塊細化是依據(jù)UAS與UAC在INVITE事務(wù)執(zhí)行過程中具備的不同狀態(tài)進行的，因在terminated狀態(tài)下協(xié)議無行為，而僅表示終止事務(wù)，故沒有單獨描述此狀態(tài)。

3.1 總體流程建模

SIP協(xié)議分層TCPN模型的top page（頂級頁）如下圖1所示，它總體描述了協(xié)議運行的網(wǎng)絡(luò)拓撲，其中使用了2個替代變遷對NET、UAS和UAC在協(xié)議運行過程中的交互行為進行描述。UAC通過NET向UAS發(fā)送REQUEST型數(shù)據(jù)，UAS將RESPONSES型數(shù)據(jù)通過NET回傳給UAC。

Client頁用以描述UAC的行為，下圖2所示為其頁模型。圖中的3個替代變遷對應(yīng)的子頁能夠更加細致地描述處于不同狀態(tài)的UAC端行為。庫所Scene用以描述UAC的行為，變遷TransErr可以模擬協(xié)議在不同條件下出現(xiàn)傳輸層錯誤時所采取的處理方式。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層建模

下圖3所示為NET頁模型，描述的是由UAC到UAS的網(wǎng)絡(luò)傳輸建模。庫所Schannel_Em記錄的是有多少個消息被成功地傳送到了UAS端，其初值為0。庫所CollectorCTS用以收集不可靠鏈路丟失的消息。變遷RCTS與CTOS用以模擬不可靠鏈路。不可靠鏈路的具體建模方式如表2所示。

通過上述時間類型、弧表達式及防衛(wèi)表達式的應(yīng)用，可模擬存在重復(fù)數(shù)據(jù)包、延遲、丟包的不可靠鏈路。若對其某些參數(shù)做適當?shù)男薷?，便可動態(tài)調(diào)整其鏈路的可靠性，以此來真實地模擬不可靠鏈路。

3.3 具體行為建模

本文表1中的Sproceeding、Ccalling、Cproceeding等底層模型頁描述UAS和UAC在不同狀態(tài)下處理事件的過程，也就是對協(xié)議的具體行為建模。下文以UAC端處于Ccalling狀態(tài)時的應(yīng)答消息處理行為為例，闡述具體行為的模型描述方式。

下圖4所示為UAC處于Ccalling狀態(tài)時處理INVITE消息的模型，即Ccalling頁模型。圖中CallTimer表示UAC處于超時狀態(tài)時消息的處理過程，CallResp表示UAC收到UAS應(yīng)答時對消息的處理過程。庫所TimerAorB用以控制A與B兩個定時器的觸發(fā)。融合庫所cloneCs用隊列存放UAC每次狀態(tài)的變化，其隊首為UAC的當前狀態(tài)，Scenec記錄UAC的當前狀態(tài)和導(dǎo)致UAC變?yōu)榇藸顟B(tài)的事件。Message存放初始條件下從SIP協(xié)議上層收到的INVITE請求。Channel_Em用以記錄當前是否收到UAS的應(yīng)答，其初值為0。

當收到UAS會送的響應(yīng)消息時，變遷CallResp被點火執(zhí)行，即運行其對應(yīng)的函數(shù)代碼。此函數(shù)代碼中sta與st均為SCENEC型變量，st是處理消息前UAC的狀態(tài)，sta為處理消息后UAC的狀態(tài)。Action部分調(diào)用函數(shù)call_resp（st，resp）完成UAC對不同類型響應(yīng)消息的處理，該函數(shù)代碼如下：

由上述代碼可知，處理類型為r2xx的應(yīng)答消息后UAC處于TERM狀態(tài)，處理類型為r3xx的應(yīng)答消息后處于COMP狀態(tài)，處理類型為r1xx的應(yīng)答消息后處于PROC狀態(tài)。

4 總結(jié)

本文給出了SIP協(xié)議處理INVITE事務(wù)的TCPN分層模型，對該協(xié)議總體流程、網(wǎng)絡(luò)層、UAS與UAC間的具體行為在不同模型層次上分別進行建模。該層次模型規(guī)?？煽?、功能劃分直觀、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完備，為建模后期協(xié)議的驗證與改進提供了較完善的模型基礎(chǔ)。

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篇10

關(guān)鍵詞：UDP協(xié)議；Socket；網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)34-1867-02

Socket Network Programs Based on UDP Protocol

ZHOU Li-juan

(College of Science, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412008, China)

Abstract: Windows Socket is a network programming interface,and applications can correspond to eachother in different domains without worrying about the different protocols by using it.This paper introduces the mechanism and principle of Socket network programs based on UDP protocol,and proposes a method of network with Java socket.

key words: UDP protocol;socket; network communication

Socket適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進程間通信，它已成為當前許多操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)API，也是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中必不可少的基礎(chǔ)功能。隨著Linux操作系統(tǒng)和Internet的不斷發(fā)展，Linux網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下尤其是基于UDP的socket通信技術(shù)仍廣為注目。文章介紹了socket的編程原理，并通過一個Java編寫的客戶/服務(wù)器程序，描述了網(wǎng)絡(luò)中基于UDP的不同主機上的兩個進程之間的socket通信機制。

1 Socket通信機制

Socket（套接字）機制是一種API，是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的編程接口。Socket是通過標準文件描述符和其它程序通訊的一個方法。每一個套接字都用一個半相關(guān)描述：{協(xié)議，本地地址、本地端口}來表示；一個完整的套接字則用一個相關(guān)描述：{協(xié)議，本地地址、本地端口、遠程地址、遠程端口}，每一個套接字都有一個本地的由操作系統(tǒng)分配的唯一的套接字號。

根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型的不同，Socket主要分為三類：1) 流式Socket（SOCK_STREAM），在這種方式下，兩個通訊的應(yīng)用程序之間要先建立一種虛擬的連接，提供可靠的、面向連接的通信流，它使用TCP協(xié)議，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和順序的。2) 數(shù)據(jù)報Socket（SOCK_DGRAM），它使用數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，定義了一種無連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)通過相互獨立的報文進行傳輸，是無序的，并且不保證可靠、無差錯。3) 原始Socket，原始套接字允許對底層協(xié)議如IP或ICMP直接訪問，它功能強大但使用較為不便，主要用于一些協(xié)議的開發(fā)。

2 UDP協(xié)議的工作原理

UDP協(xié)議是一個面向無連接的協(xié)議，其連接的建立不必像TCP那樣需要服務(wù)器端偵聽，也不需要有客戶機請求連接，屬于一種“強制”性的網(wǎng)絡(luò)連接。UDP提供一對一或一對多的、無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)。該服務(wù)對消息中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)提供不可靠的、最大努力的傳送，這意味著它不保證數(shù)據(jù)的到達，也不保證所傳送的數(shù)據(jù)報的順序是否正確，UDP不重新傳輸丟失的數(shù)據(jù)。其主要工作是：將應(yīng)用程序傳輸過來的數(shù)據(jù)分塊交給網(wǎng)絡(luò)層，確認接受到分組信息。

盡管UDP無法像TCP一樣提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，但UDP并不比TCP缺乏優(yōu)越性。UDP在傳輸效率方面比TCP要高一些，而且許多應(yīng)用程序并不需要保證嚴格的傳輸可靠性，比如視頻會議系統(tǒng)等，需要實時的交互，但并不要求音頻視頻的絕對正確。

使用UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時，首先設(shè)置客戶計算機的Local Port(本地端口)屬性，而作為服務(wù)器的計算機只需要設(shè)置Remoter Host(遠程主機)屬性為客戶計算機的IP地址或域名即可，并將其Remote Port屬性設(shè)置為客戶計算機上的Local Port屬性。使用UDP端口號時，端口提供了用于發(fā)送消息的位置，每個端口由一個唯一的編號來標識。當應(yīng)用程序向另一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)時，UDP生成一個數(shù)據(jù)頭，包括源端口，這些端口提供送達信息所需要的地址。UDP協(xié)議還為數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)頭計算出求和檢驗的值，在目標計算機中，數(shù)據(jù)包被傳遞至UDP協(xié)議程序并送到目的地端口。

3 UDP套接字的通信過程

中提供了兩個類DatagramSocket和DatagramPacket用來支持數(shù)據(jù)報通信。DatagramSoc ket用來在程序之間建立傳送數(shù)據(jù)報的通信連接，是數(shù)據(jù)報通信中的Socket。在數(shù)據(jù)報實現(xiàn)C/S通信程序時，無論在客戶端還是服務(wù)器端，都要首先建立一個DatagramSocket對象，用來表示數(shù)據(jù)報通信的端點，應(yīng)用程序通過Socket接收或發(fā)送數(shù)據(jù)報。

DatagramPacket則用來表示一個數(shù)據(jù)報，它是傳輸數(shù)據(jù)的載體，封裝了數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)報地址等信息。

采用UDP套接字方式實現(xiàn)C/S的通信程序由客戶端和服務(wù)器端兩部分組成。服務(wù)器進程依次按以下步驟進行：1) 調(diào)用Socket()創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)報套接字；2) 調(diào)用bind()把服務(wù)器地址綁定在該套接字上；3) 調(diào)用recvform()等待客戶進程發(fā)來的請求，服務(wù)器此時處于無限循環(huán)狀態(tài)；4) 服務(wù)進程接收到客戶進程所發(fā)來的數(shù)據(jù)報后，進行處理，調(diào)用sendto()將處理結(jié)果返回給客戶進程，返回狀態(tài)3)，繼續(xù)監(jiān)聽；5)服務(wù)進程調(diào)用close()撤消套接字，終止服務(wù)。

客戶進程則按以下步驟進行：1) 調(diào)用Socket()創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)流套接字；2) 調(diào)用sendto()向服務(wù)器進程發(fā)送數(shù)據(jù)報；3) 調(diào)用recvfrom()等待服務(wù)器進程返回該處理結(jié)果；4) 客戶進程調(diào)用close()撤消套接字。

4 數(shù)據(jù)報通信實例

程序由服務(wù)器端和客戶端兩部分組成，服務(wù)器端主機中有一個名為“udp_socket.txt”文件，文件中保存了一段英文。服務(wù)器端接收一個客戶端的請求，就從文件中讀取若干個英文字符發(fā)送給客戶端。當文件中所有內(nèi)容發(fā)送給完畢，服務(wù)器端程序?qū)⑼顺??？蛻舳耸紫葮?gòu)造一個數(shù)據(jù)報發(fā)送給服務(wù)器端，然后等待接受服務(wù)器端響應(yīng)，當接收到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)報后，顯示數(shù)據(jù)并結(jié)束通信。

1) 服務(wù)器端程序

public class Server_Th

{ boolean m_q=true;

public void serverWork() throea IOException

{DatagramSocket ds=new DatagramSocket(2000)

//創(chuàng)建端口號為2000的數(shù)據(jù)報套接字

BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader (“udp_socket.txt”));

while(m_q)

{ byte buf[ ]=new byte[256];//創(chuàng)建緩沖區(qū)

DatagramPacket packet=new DatagramPacket (buf, buflength); //創(chuàng)建接收數(shù)據(jù)報對象

ds.receive(packet);//接收數(shù)據(jù)報

String dString=null;

if((dString=in.reaLine())==null)

{in.close();

m_q=false;

dString=”Good Morning!”;}

buf=dString.getBytes();//將數(shù)據(jù)存儲到buf中

inetAddress address=packet.getAddress();

//得到客戶端IP地址

int prot=packet.getPort();//得到客戶端的端口

packet=new DatagramPacket (buf,buf.length, address. port );

//構(gòu)造要發(fā)送數(shù)據(jù)報

ds.send(packet);//發(fā)送數(shù)據(jù)報

}

ds.close();//關(guān)閉

}

public void main(String args[])

{ Server_Th server=new Server_Th();

try

{server.serverWork();}

Catch(IOException e){}

}}

2) 客戶端程序

public class Client_Th

{public void main(String args[ ]) throws IOException

{ DatagramSocket socket=new DatagramSocket( );

//創(chuàng)建套接字對象

byte buf[ ]=new byte[256];

InetAdress address=InetAddress.getByName(“20.14.30.9”);

//服務(wù)器IP地址

DatagramPacket packet=new DatagramPacket(buf,buf. Length,address,2000);//創(chuàng)建要發(fā)送的數(shù)據(jù)報對象

socket.send(packet);//接收數(shù)據(jù)報

packet=new DatagramPacket(buf,buf.length);

//創(chuàng)建要接收的數(shù)據(jù)報對象

socket.receive(packet);//接收數(shù)據(jù)報

String received=new String(packet.getData());

System.out.println(“The string form the server: ”+recerived);

//取得數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)并顯示

Socket.close();//關(guān)閉socket

}}

編寫程序時客戶端和服務(wù)器端的DatagramSocket必須用一個端口，因為客戶端向服務(wù)器端請求時，服務(wù)器需要知道從哪個端口監(jiān)聽請求。當數(shù)據(jù)進行傳輸時，服務(wù)器從接收到的數(shù)據(jù)報中得到客戶端的接收數(shù)據(jù)的端口，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)送到這個端口，客戶端則監(jiān)聽這個端口而得到服務(wù)器端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)報并顯示其內(nèi)容。運行時要先運行服務(wù)器端程序，再運行客戶端程序。

5 小結(jié)

Socket在網(wǎng)絡(luò)編程方面發(fā)揮著很大的作用。UDP是可靠性無法得到保障的協(xié)議，但對于質(zhì)量要求不是很高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，UDP是一個很好的選擇。

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