tcp,ip协议网络中的数据传输过程.doc

tcp,ip协议网络中的数据传输过程篇一：TCP-IP协议单片机在网络通信中的数据传输技术TCP/IP协议单片机在网络通信中的数据传输技术介绍了嵌入式TCP/IPTCP/IP协议单片机单片机在网络通信中的数据传输数据传输技术。将TCP/IP协议嵌入式单片机中,借助网卡芯片CS8900实现了单片机在局域网内和通过局域网在因特网上的数据传输。用户终端以单片机系统板为媒介,通过网络与远程数据终端实现数据通信。在因特网上,TCP/IP协议每时每刻保证了数据的准确传输。在数据采集领域,如何利用TCP/IP协议在网络中进行数据传输成为一个炙手可热的话题。在本系统中,笔者利用TCP/IP协议中的UDP（用户数据报协议）、IP（网络报文协议）、ARP（地址解析协议）及简单的应用层协议成功地实现了单片机的网络互连,既提高了数据传输的速度,又保证了数据传输的正确性,同时也扩展了数据传输的有效半径。1 TCP/IP协议简介TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协议组,保证因特网上数据的准确快速传输。参考开放系统互连（OSI）模型,TCP/IP通常采用一种简化的四层模型,分别为：应用层、传输层、网络层、链路层。（1）应用层网络应用层要有一个定义清晰的会话过程,如通常所说的Http、Ftp、Telnet等。在本系统中,单片机系统传递来自Ethernet和数据终端的数据,应用层只对大的数据报作打包拆报处理。（2）传输层传输层让网络程序通过明确定义的通道及某些特性获取数据,如定义网络连接的端口号等,实现该层协议的传输控制协议TCP和用户数据协议UDP。在本系统中使用UDP数据报协议。（3）网络层网络层让信息可以发送到相邻的TCP/IP网络上的任一主机上,IP协议就是该层中传送数据的机制。同时建立网络间的互连,应提供ARP地址解析协议,实现从IP地址到数据链路物理地址的映像。（4）链路层由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成,实现这一层协议的协议并属于TCP/IP协议组。在本系统中这部分功能由单片机控制网卡芯片CS8900实现。2 硬件框图 ,系统提供RJ45接口连接Ethernet网络,并且提供一个串口给用户使用。系统板可以将从Ethernet上过来的IP数据报解包后送给串口,也可将从串口过来的数据封装为IP包送到局域网中。外部RAM使用61C1024（128KB）,从而为数据处理提供了很大的缓存;使用E2PROM——X25045,既可以作为看门狗使用,也可以将IP地址、网卡物理地址和其他参数保存在里面。CS8900芯片是Cirrus Logic公司生产的一种局域网处理芯片,它的封装是100-pin TQFP,内部集成了在片RAM、10BASE-T收发滤波器,并且提供8位和16位两种接口,本文只介绍它的8位模式。NE103是一种脉冲变压器,在CS8900的前端对网络信号进行脉冲波形变换。3 工作原理3.1 CS8900的工作原理CS8900与单片机按照8位方式连接,网卡芯片复位后默认工作方式为I/O连接,基址是300H,下面对它的几个主要工作寄存器进行介绍（寄存器后括号内的数字为寄存器地址相对基址300H的偏移量）。·LINECTL（0112H）LINECTL决定CS8900的基本配置和物理接口。在本系统中,设置初始值为00d3H,选择物理接口为10BASE-T,并使能设备的发送和接收控制位。·RXCTL（0104H）RXCTL控制CS8900接收特定数据报。设置RXTCL的初始值为0d05H,接收网络上的广播或者目标地址同本(来自:www.xLtKwj.coM 小 龙 文档网:tcp,ip协议网络中的数据传输过程)地物理地址相同的正确数据报。·RXCFG（0102H）RXCFG控制CS8900接收到特定数据报后会引发接收中断。RXCFG可设置为0103H,这样当收到一个正确的数据报后,CS8900会产生一个接收中断。·BUSCT（0116H）BUSCT可控制芯片的I/O接口的一些操作。设置初始值为8017H,打开CS8900的中断总控制位。 ·ISQ（0120H）ISQ是网卡芯片的中断状态寄存器,内部映射接收中断状态寄存器和发送中断状态寄存器的内容。·PORT0（0000H）发送和接收数据时,CPU通过PORT0传递数据。·TXCMD（0004H）发送控制寄存器,如果写入数据00C0H,那么网卡芯片在全部数据写入后开始发送数据。 ·TXLENG（0006H）发送数据长度寄存器,发送数据时,首先写入发送数据长度,然后将数据通过PORT0写入芯片。 以上为几个最主要的工作寄存器（为16位）,CS8900支持8位模式,当读或写16位数据时,低位字节对应偶地址,高位字节对应奇地址。例如,向TXCMD中写入00C0H,则可将00h写入305H,将C0H写入304H。系统工作时,应首先对网卡芯片进行初始化,即写寄存器LINECTL、RXCTL、RCCFG、BUSCT。发数据时,写控制寄存器TXCMD,并将发送数据长度写入TXLENG,然后将数据依次写入PORT0口,如将第一个字节写入300H,第二个字节写入301H,第三个字节写入300H,依此类推。网卡芯片将数据组织为链路层类型并添加填充位和CRC校验送到网络同样,单片机查询ISO的数据,当有数据来到后,读取接收到的数据帧。读数据时,单片机依次读地址300H,301H,300H,301H…。3.2 单片机工作流程,单片机首先初始化网络设备。网卡IP地址和物理地址存在X25045中,单片机复位后首先读取这些数据以初始化网络。 单片机主要完成数据的解包打包。当有数据从RJ45过来,单片机对数据报进行分析,如果是ARP（物理地址解析）数据包,则程序转入ARP处理程序（因为在网络上正是ARP协议将IP地址和物理地址相映射）。如果是IP数据包且传输层使用UDR协议,端口正确,则认为数据报正确,数据解包后,将数据部分通过串口输出。反之,如果单片机从串口收到数据,则将数据按照UDP协议格式打包,送入CS8900,由CS8900将数据输出到局域网中。可以知道,单片机主要处理协议的网络层和传输层,链路层部分由CS8900完成。因单片机将数据接收后完整不变地通过串口输出,所以将应用层交付用户来处理,用户可以根据需求对收到的数据进行处理。在单片机的程序处理中,包含了完整的APR地址解析协议。通过在单片机中正确设置网关、子网掩码等参数,实现了通过局域网单片机与外部因特网上的终端设备的数据通信。 4 应用这种嵌入式TCP/IP协议的单片机系统板,具有成本低、硬件少、占用面积少、传输速度快、使用方便等优点。适用于现有的网络传输系统,有着广泛的应用前景,特别是数据采集、数据传输领域。目前,在屏幕板数据成像、远程数据采集系统中被使用。篇二：数据的传输过程篇三：TCPIP协议进行数据传输摘 要：阐述了在NI LabView平台上结合TCP/IP协议进行数据传输的工作方法，并给出对工业现场数据采集传送与监控的仿真实例。关键词：TCP/IP；虚拟仪器；LabView1、引言在现代仪器系统中，计算机已经与仪器结合得非常紧密，已成为整个系统的核心，许多传统仪器正在逐渐被计算机部分、甚至全部取代。粗略地说这种结合有两种方式：一种是将计算机装入仪器;另一种方式是将仪器装入计算机，即以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式，其实质就是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。美国NI公司的LabVIEW就是目前在这一领域内使用较为广泛的计算机语言。随着计算机网络的发展，虚拟仪器与Internet技术的结合为虚拟仪器网络化、工业现场远程测控提供了更好的实现平台1。本文介绍在LabView开发平台上结合TCP/IP技术实现远程数据采集传输系统。2、LabView简介LabView广泛应用于数据采集与控制、信号处理以及数据表达等方面，它提供了一种全新的编程方法，即对软件对象“虚拟仪器（VI）”进行图形化的组合操作2 3。LabView程序的执行顺序是按数据流的方式确定的，可以实现多任务的并行。LabView的程序由前面板（frontpanel）和流程图（blockdiagram）两部分组成，整个程序是基于多线程的设计，前面板和流程图各占用一个线程。前面板是LabView程序的图形用户接口，此接口集成了用户输入，并显示程序的输出，相当于传统仪器的面板。流程图包含虚拟仪器程序的图形化源代码，编程控制和定义在前面板上的输入和输出功能。在虚拟仪器设计中，从控制模板中选取所需的控制及显示对象构建出仪器的操作面板;在功能模板中选取适当的功能模块并进行必要的连接与设置，制作控制流程图，完成所设计仪器应具有的功能，程序的模块化与层次化更为直观。3、TCP技术TCP/IP协议体系是目前最成功、使用最频繁的Intranet/Internet协议5。作为一个流行的工业标准，TCP/IP技术有着良好的实用性和开放性。它定义了网络层的网际互连协议IP，传输层的传输控制协议TCP、用户数据协议UDP，等等。基于TCP/IP技术可以架构各种Web服务，如邮件传输SMTP、文件传输FTP，以及利用超文本传输协议HTTP实现动态网页发布5和网络浏览。在数据传输中，TCP/IP网络通过提供通用网络服务，使得具体网络技术对用户或应用程序透明，从而将具体通信问题从网络细节中解放出来，使网络应用更加灵活方便。体现到Labview应用中，我们可以直接调用TCP模块完成流程编写，而无需过多考虑网络的底层实现。协议结构上，TCP/IP体系利用基于无连接传输的IP协议，具体表现为IP地址，来区分网络中不同的数据站点。同时提供了两种传输方式：传输控制协议（TCP）为典型的传输大量数据或需要接收数据许可的应用程序提供面向连接和可靠的通信;用户数据协议（UDP）提供无连接的通信，典型的即时传输少量数据的应用程序使用UDP。根据IP协议内容和TCP的报文格式（图1），数据传输需确定各主机的IP地址及通信的源端口号、目标端口号，也即通常所称套接字Socket，从而实现端口对端口基础上的面向连接的数据通信。相对于其他网络协议，TCP/IP这种端对端的传输具有两大优点。第一， TCP/IP跟其它协议相比，显得简洁清晰。利用通用接口，实现方便。第二，TCP/IP的效率相当高。TCP/IP的IP协议是“尽力传递”方式，只有TCP层为保证传输可靠性而做必要的工作，这样的工作模式在物理网络可靠的环境下传输效率相当高，同时TCP实现的端对端连接也有效的保证了传输的正确率。本文利用TCP、IP协议实现各数据采集点与处理主机的连接。4、Labview中TCP传输的实现在Labview中可以利用已发布的TCP VI及相关子例程设计实现TCP通信4。此前需要在通信的计算机正确安装TCP/IP协议簇。在已接入Internet/Intranet的Windows/Unix系统中，TCP/IP协议是内置的;若是新接入的计算机系统，须确保TCP/IP正确的安装和设置，同时保证通信所需的源端口/目标端口开放。由于实现的是把各数据点的数据汇总到处理主机，设计上采用服务器/客户端通信模式，VI程序分成两部分：处理主机工作在Server模式，完成数据接受，并提供接口用于数据的相关后续处理;数据点计算机工作于Client模式，实现数据传送。设计其工作模式：（1） Server主机处于工作状态，并监听通信端口，等待Client发送的连接请求;（2） Client计算机开启TCP连接;（3） Server主机响应并建立数据传输通道;（4） 连接过程判断网络错误，若有则中断连接;（5） 数据传输，利用VI模块TCP read/write完成;（6） 传输完毕中断连接。设计过程调用到LabView提供基于TCP连接的VI函数模块如图2所示，可以在blockdiagram中直接应用。以下为根据此工作模式设计的数据传输实例。为通用起见，Client端所用数据为正弦波发生器产生。通信过程引入错误检测机制，可以对传输过程的错误进行判断，方便管理，也可以针对不同应用屏蔽相关网络错误。（图3 Server 端流程图）（图4 Client端流程图）从工作情况看，Server端能够正确接收Client端的数