路由器重温——接口配置与管理2

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我是靠谱客的博主健壮铅笔，最近开发中收集的这篇文章主要介绍路由器重温——接口配置与管理2，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Serial接口配置与管理

Serial接口是最常用的广域网接口之一，可工作在同步方式和异步方式下，因此通常又被称为同/异步串口。先了解串口：

串口可以分为三大类型：RS-232、RS-422与RS-485

RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准。串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，简单说只是物理层的一个标准。从我们实际工作中碰到的使用最多的插口有三种DB9 DB25 RJ45，上面三种插口插件都可以用作串口插口插件，也可以通过线缆进行插口之间的转换。

串口的物理形态

最开始的RS-232C接口是25针D形公头，后简化为9针D形公头。把RS-232、RS-422、RS-485 误称为通讯协议,这是不正确的，其实它们仅是关于UART通讯的一个机械和电气接口标准（顶多是网络协议中的物理层面）。该标准规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC 机将RS-232 简化成了DB-9 连接器，从而成为今天的事实标准。而工业控制的RS-232 口一般只使用RXD（2）、TXD（3）、GND（5）三条线。

作为RS-232C接口，其各引脚由标准文档进行定义，所以也可以称为“标准引脚定义”。而作为RS-422和RS-485接口，则没有“标准”引脚定义的说法，因为RS-422和RS-485连通常的标准接口也没有，具体采用什么接口，接口中使用哪些引脚，完全取决于设备设计生产商自己的定义。不过，作为RS-422和RS-485标准本身，定义了按照这两个标准进行通信时，所必须提供的信号线，实际的使用中，绝大多数厂商继续使用标准的串口接口作为其通信的硬件接口，所以才有前面所说“RS-232C/422/485”采用相同的硬件接口的说法。

RS-422采用的是4线模式，具体设备的名称与引脚定义由设备定义。表3.3是RS-422中各信号名称，与表3.2不同的是，此表中“序号”与引脚没有对应关系，只是表示一个流水号，在实际连线中，需要根据设备定义决定所在的引脚。

RS-485的信号有两种，一种是4线模式，另一种是2线模式。4线模式中各信号名称如表3.4所示。同表3.3一样，表中“序号”也只表示一个流水号。

除了25针、9针、RJ45标准接口之外，在少数设备中，因为其他原因，会采用一些非标准的接口形式。例如由于空间限制，板卡上的器件也不允许向外任意扩展，因此板卡上无法采用标准串口的形式。如果要在板卡上做串口通信，只能采用非标准的接口的形式。如前所述，RS-232C接口采用3根线进行通信，RS-485接口采用2根或4根线进行通信，因而只要插头端和插座端通信线缆数，大于或等于所使用接口的使用线数就可以使用。如有的板卡，直接使用3.5毫米直径双声道耳机接口，将耳机插座端嵌入板卡对外侧面板上，将耳机插头端作为串口通信线中，与板卡相连的一端接口，通信线的另一端采用什么接口，则视情况而定，如图3.7所示。图3.27是使用网口外形但传输串口数据之实的另一个实例。

路由器上的串口，为母头：

上面是对串口的认识，主要是从物理形态及电气特性，即引脚上认识串口，串口除了RS232有一个事实上的标准，即DB25和DB9形态，其他两个标准RS-422和RS-485都没有定义具体的物理形态，只是定义了必须的引脚，所以，说道串口，不能以物理形态来辨认，就像RJ45口也可以是串口一样，路由器交换机上的console口，就是RJ45接口形态的串口，接到PC的RS232串口，即COM口。而路由器上的串口，看上图，使用的是另一种物理形式的接口，但都是串口。

我们路由器中串口的知识，应该重点在认识串口传输数据的形式，串行通信是指利用一条传输线将资料一位位地顺序传送，是在一条数据线上，逐位发送数据，即按照字节的二进制编码一位一位发送，串口通信都是这种传送方式。

实际中的部件应该是UART：UART是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx 和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。

然后就是重点的同步/异步传输模式。按照串行数据的时钟控制方式，串行通信又可分为同步通信和异步通信两种方式。异步通信就是发送方在任意时刻都可以发送数据，前提是接收端已经做好了接受数据的准备（如果没有做好接受准备，数据肯定发送失败），也正是因为发送方的不确定性，所以接收方要时时刻刻的准备好接受数据，同时由于每次发送数据时间间隔的不确定性，所以，在每次发送数据时都要使用明确的界定符来标示数据（字符）的开始和结束位置

数据是一位一位的发送，那我们怎么知道如何来组装这些位呢？就是说，发送端逐位发送，接收端逐位接收，要对接收的字符进行确认，收发双发要采取同步措施（即判断什么时候有数据？数据是什么？什么时候结束传输？）一种方式是确定一个固定数据帧模式，以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。格式如下，发送一个字符都是固定的这个格式，收发识别出起始位后，再接收固定的规定好的5——8位，就是数据，然后是1位的奇偶校验位（可有可无，按配置规定），后跟一个固定的停止位，这就是一个字符，即一次接收。这就是异步传输。

异步位系统是面向字符来传输信息的，也就是我们一般情况下的一个字符，8位，1byte，当然了传输的时候还要加上起始位和结束位，没有这两位接收方就不知道什么时候开始接收数据什么时候结束了。如此一来字符与字符之间就不是连着的，打个比喻，就像秋天的叶子一样，一片一片往下落。发送方和接收方不要求同步，就是说你想什么时候落就什么时候落，我都接着，用不着先通知我。

异步串行方式的数据格式

异步串行通信的数据格式如图所示，每个字符（每帧信息）由4个部分组成：

　　①1位起始位，规定为低电0；

　　②5～8位数据位，即要传送的有效信息；

　　③1位奇偶校验位；

　　④1～2位停止位，规定为高电平1。

在实际应用中，我们常使用的超级终端一开始的设置，如下图，其中的数据位、奇偶位停止位就是上面所说的规定。

同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。

数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。

帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。

同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。

同步串行方式的特点

　　所谓同步通信，是指数据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步。同步串行通信的特点可以概括为：

　　①以数据块为单位传送信息。

　　②在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔。

　　③因为一次传输的数据块中包含的数据较多，所以接收时钟与发送进钟严格同步，通常要有同步时钟。

同步位系统要求发送方与接收方严格的同步，二者波特率要相同。

同步位系统传输的什么呢，不是字符，是字符组合，也就是帧，我们在OSI数据链路层可以学习到。帧的长度没有规定，传输的时候视情况而定吧。这个帧里面包含了同步信息，来通知接收方调整以同步。这里再打个比喻，前面我们说异步位系统传输的数据像树叶，那么同步位系统传输的就像是把这些树叶串成一串，是连续的。

同步串行方式的数据格式

　　同步串行通信的数据格式如图所示，每个数据块（信息帧）由3个部分组成：

①2个同步字符作为一个数据块(信息帧)的起始标志；

　　②n个连续传送的数据

③2个字节循环冗余校验码(CRC)

同步通信时，通信双方共用一个时钟，这是同步通信区分于异步通信的最显著的特点。在异步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以致占用了时间。所以在数据块传送时，为提高通信速度，常去掉这些标志，而采用同步通信。同步通信中，数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1～2个字节），并由时钟来实现发送端和接收端的同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到一块数据传送完毕。同步传送时，字符之间没有间隙，也不要起始位和停止位，仅在数据开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式见上图。下图

同步通信和异步通信相比有以下特点：

1.以同步字符作为传送的开始，从而使收发双方取得同步。

2.每位占用的时间相等。

3.字符数据之间不允许有空位，当线路空闲或没字符可发时，发送同步字符。

同步字符的插入可以是单同步字符或双同步字符，如图7-4所示同步字符也可以由用户约定，当然也可以采用ASCII码中规定的SYN代码，即16H。

在同步传送时，要求用时钟来实现发送端和接收端之间的同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要传送同步时钟。

同步通信虽然可以提高传送速度，可达56Kb/s或更高，但实现起来颇为复杂，因此实际较少使用。

波特率和接收发送时钟

1．波特率（Baud rate）

波特率是指数据传送时，每秒传送数据二进制代码的位数，它的单位是位/秒（b/s）。1波特就是一位每秒。假设数据传送速率是每秒120字符，而每个字符格式包括10个代码位（1个起始位、一个终止位、8个数据位），这时传送的波特率为：

10× 120 = 1200b/s

位传送时间宽度Td＝波特率的倒数，则上式中的Td＝1/1200s＝0.883ms。

在异步串行通信中，接收设备和发送设备保持相同的传送波特率，并以每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位。数据位。奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致，这样才能成功的传送数据。

2.接收/发送时钟

二进制数据系列在串行传送过程中以数字信号波形的形式出现。不论接收还是发送，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。接收/发送时钟就是用来控制通信设备接收/发送字符数据速度的，该时钟信号通常由外部时钟电路产生。

在发送数据时，发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出；在接收数据时，接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，

如图所示。

接收/发送时钟频率与波特率有如下关系：

收/发时钟频率＝ n × 收/发波特率

n＝1，16，64

在同步传送方式，必须取n＝1，即接收/发送时钟的频率等于收/发波特率。在异步传送方式，n＝1,16,64,即可以选择接收/发送时钟频率是波特率的1,16,64倍。因此可由要求的传送波特率及所选择的倍数n来确定接收/发送时钟的频率。

例如，若要求数据传送的波特率为300Baud，则

接收/发送时钟频率＝300Hz（n＝1）

接收/发送时钟频率＝4800Hz（n＝16）

接收/发送时钟频率＝19.2kHz（n＝64）

接收/发送时钟的周期Tc与传送的数据位宽之间的关系是：

Tc＝ Td / n

若取n＝16,那么异步传送接收数据实现同步的过程如下：接收器在每一个接收时钟的上升沿采样接收数据线，当发现接收数据线出现低电平时就认为是起始位的开始，以后若在连续的8个时钟周期（因n＝16,故Td＝16Tc）内检测到接收数据线仍保持低电平，则确定它为起始位（不是干扰信号）。通过这种方法，不仅能够排除接收线上的噪声干扰，识别假起始位，而且能够相当精确的确定起始位的中间点，从而提供一个正确的时间基准。从这个基准算起，每隔16Tc采样一次数据线，作为输入数据。一般来说，从接收数据线检测到一个下降沿开始，若其低电平能保持n/2Tc（半位时间），则确定为起始位，其后每隔nTc时间（一个数据时间）在每个数据位的中间点采样。

由此可见，接收/发送时钟对于收/发双方之间的数据传输达到同步是至关重要的

以上一大篇资料是为了理解串口同/异步模式而整理的知识，一直对串口同/异步模式的概念模糊不清，通过上面资料的学习，现在个人总结如下：首先是串口的概念，他的通讯方式是在一条数据线上按位传输，如上面资料中串行通信的过程图中所示，因为是按位传输，这就有了发送端和接收端需要进行并-串转换和串-并转换，这就是串行通信的特点，是相对于并行通讯来说的。下面是最重要的异步/同步传输模式，最重要的区别就是时钟的不同，异步传输中，通讯的双方拥有各自自己的时钟，这就是“异”的含义，他们的时钟，或者是自己设备中的内部时钟，也可以是不同的外部时钟，总之，就是通讯双方的时钟源不同。而同步传输中，最重要的就是双方使用同一个时钟，一般是使用一个相同的外部时钟，或者是使用一个设备的时钟，即一个设备提供时钟供双方使用，这个一般由DCE设备来提供，这就是“同”的含义。异步传输使用不同的时钟源，优点就是物理实现上简单，成本低，缺点就是一次传输的数据量有限，为什么呢？看前面的接收/发送时钟图，接收端在信号的上升沿采集数据，采集点正好在数据信号的中间位置，如果接收端发送端时钟都完全准确，那么采集点一直集中在数据信号的中间，不会出现采集错误，这时一次传输数据理论上可以无限长，但是现实世界中完全相同准确的时钟是不存在的，所以产生的脉冲信号只是大体上是等时间间隔的脉冲，也就是两个脉冲的上升沿的间隔只是大体相等，这就导致，如果一次传输数据较长，随着时间的增长，误差会越来越大，最终会在某一位的采集上出现错误，我们都知道，对于数字系统，出现一位错误整个数据都错了，所以异步传输数据不能很长，这就是前面常看到的，数据位规定5~8位，加上起始位、停止位、奇偶校验位等，也就在十位左右，因为一次传输数据很短，这样的规定叫做数据格式，而不叫数据帧。而对于同步传输，因为使用同一个时钟源，可以保证两端的时钟脉冲与数据脉冲一直保持一致，数据发送是根据时钟脉冲信号来的，所以时钟脉冲有误差，数据脉冲也跟随着有误差，但最终接收不受影响，这样，一次发送的数据就可以很多。但是保持通讯双方使用同一个时钟源实现起来复杂，成本高。同步传输的数据格式，一次传输叫做一帧。

路由器中Serial串口配置

-- 将同/异步串口配置为工作在同步方式，接口名称为Serial。

-- 将同/异步串口配置为工作在异步方式，接口名称为Serial。

-- 专用异步串口，接口名称为Async。

1、Serial接口工作在同步方式

Serial接口的缺省工作方式为同步方式。当将Serial接口作为DDN专线连接，或Serial接口对连时工作在同步方式，在同步方式下Serial接口具有以下特点：

1）Serial接口可以工作在DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备）和DCE（Data Circuit-termination Equipment，数据电路终端设备）两种方式。

在Serial接口插入DTE线缆（带针状连接器的一端，俗称“公头”）的设备称为DTE设备，如用户端的路由器设备；在Serial接口插入DCE线缆（带孔状连接器的一端，俗称“母头”）的设备称为DCE设备，如各种服务器主机，或运营商的路由器设备。一般情况下，路由器设备作为DTE设备，接受DCE设备提供的时钟。

在用户私网中，可以根据需要随意指定串行链路的任意一端路由器设备作为DTE或DCE，DCE的一端用来指定时钟，DTE的一端用来与DCE时钟同步，即指定作为DCE设备的一端要配置波特率，且在DTE设备一端要配置与DCE端波特率相同的虚拟波特率。支持多种物理层协议。

对于Serial接口，主要使用SA线缆进行连接，华为的SA线缆有V.24、V.35、X.21、RS449、RS530线缆，并且每种都有DTE和DCE两类电缆，如V.35线缆就有V.35DCE线缆和V.35DTE线缆

V.35 DTE线缆的连接关系如下：

■连接器X1（DB28）连接到SA单板。

■连接器X2根据线路的特性连接到以下设备：

■如果广域网是DDN线路，将线缆与CSU/DSU的接口相连。

■如果广域网是拨号线路，将线缆与模拟Modem的串口相连。

DTE和DCE的区分事实上只是针对串行接口，路由器通常通过串行接口连接广域网。并且一般是通过中间的一个MODEM或其他的CSU/DSU连接广域网，这时，路由器就是DTE设备，连接一根DTE电缆，即X2连接器为针头的线缆，MODEM就是DCE。

1.CSU/DSU 是什么

　　CSU（通道服务单元）：把终端用户和本地数字电话环路相连的数字接口设备。通常它和DSU统称为CSU/DSU。

　　DSU（数据业务单元）：指的是用于数字传输中的一种设备，它能够把DTE设备上的物理层接口适配到T1或者E1等通信设施上。数据业务单元也负责信号计时等功能，它通常与CSU（信道业务单元）一起提及，称作CSU/DSU。

　　2.CSU/DSU的作用

CSU接收和传送来往于WAN线路的信号，并提供对其两边线路干扰的屏蔽作用。CSU也可以响应电话公司来的用于检测目的的回响信号。DSU进行线路控制，在输入和输出间转换以下几种形式的帧： RS-232C, RS-449或局域网的V.35 帧和T-1线路上的TDM DSX 帧。DSU管理分时错误和信号再生。DSU象数据终端设备和CSU一样提供类似于调制解调器的与计算机的接口功能。

信道服务单元（CSU）是一种设备，能够把局域网（LAN）通信系统的数据帧转化成适合广域网使用的数据帧，或反向转化。数据服务单元也是一种设备，能够对电信线路进行保护与故障诊断。这两种设备典型的应用就是组合成一个独立的单元，实际上就是组合成一个既复杂又昂贵的调制解调器。就以信道服务单元（CSU）/数据服务单元（DSU）的使用为例，首先需要从电话公司或 ISP 为企业租赁一条数据线路（可能为 T1、T3 或部分 T1/T3 线），然后在用户终端需要安装 CSU/DSU，而同时在电话公司或 ISP 的终端也需要安装 CSU/DSU。

　　CSU/DSU有时做为独立的产品有时和路由器集成。CSU/DSU的数据终端设备接口通常和V.35 和RS232C或其它相同的串行接口相兼容.

在典型的点到点连接方式下，从终端用户的角度来看，可见的部分通常包括路由器串口（serial interface）、串口线缆、CSU/DSU、接入线缆和接头等。

2）链路层支持的协议类型包括PPP、帧中继（FR）和HDLC。

3）支持IP网络层协议，也就是可以配置IP地址。

2、Serial接口工作在异步方式

当将Serial接口作为异步专线连接，或使用Serial接口进行Modem拨号、数据备份和接入终端时工作在异步方式。异步方式下，Serial接口可以工作在协议模式或流模式。

1）协议模式是指Serial接口的物理连接建立之后，接口直接采用已有的链路层协议配置参数，然后建立链路。在协议模式下，链路层协议类型为PPP，支持IP网络层协议。

2）流模式是指Serial接口两端的设备进入交互阶段后，链路一端的设备可以向对端设备发送配置信息，设置对端设备的物理层参数，然后建立链路。在流模式下，不支持链路层协议和IP网络层协议配置。

上图是在eNSP模拟器中查看的信息，对于serial接口，不明白的有：LCP，电缆类型V11、时钟模式TC。下一章在详查。

3、配置同步方式下Serial接口的物理和链路属性

Serial接口在同步方式工作方式下又有DTE和DCE两种工作方式。一般情况下，同步串口通常作为DTE设备，接受DCE设备提供的时钟。

1）配置工作在DTE或DCE方式下Serial接口的物理属性

以上是同步串口物理属性的配置，就是物理层属性配置。可以看出包括配置物理层的工作模式，就是是同步模式还是异步模式，从eNSP查询图可见默认是同步模式；虚拟波特率（DTE设备配置，也可以说是Slave从端配置）；波特率（DCE设备配置，也可以说是Master主端配置）；时钟模式配置，可以有RC和TC，RC模式指同步方式下Serial接口使用接收时钟模式，接收DCE时钟，TC模式指同步方式下Serial接口使用自己的内部时钟模式，这就应该是主时钟了吧；配置同步方式下Serial接口翻转发送或接收时钟信号，主要为了消除时钟错误；配置使能同步方式下Serial接口的DSR和DTR信号检测功能以及DTD信号检测功能。在eNSP模拟器中，两台路由器SA串口相连，采用默认配置，物理链路和协议链路都UP了，并且都是DTE接口，都是使用TC时钟模式，配置的都是虚拟波特率，为什么？有这样一句话：DTE和DCE是由线缆决定的，在存在协议转换器时，路由器做为DTE设备，协议转换器做为DCE设备，插上V35电缆后即可自动识别。如果在2台路由器背靠背连接的情况下，没有协议转换器，则需要使用DCE电缆。其中一台路由器识别成DCE设备，另一台识别成DTE设备。