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1、 毕业设计（论文）题 目基于GPRS的无线验票装置系 别 电子信息工程系 专 业 电子信息工程 班 级 电子 姓 名 指导教师 设计时间自2012年2月20日至2012年6月1日基于GPRS的无线验票装置摘要随着 GPRS 网络技术的逐渐成熟, 基于 GPRS 的数据采集与远传应用已经成为当前的热点。本文系统地阐述了通用无线分组业务(General Packet Radio Service，GPRS)系统的组成和结构，分析了GPRS数据传输方式的原理和特性，研究了数据传输协议结构，设计了利用GPRS网络进行远程数据传输，制作无线验票装置的技术方案。基于单片机和GPRS的数据传输系统由数据中心、
2、GPRS网络、数据采集终端组成，数据中心和数据采集终端通过Internet和GPRS网络联系起来。数据中心采用一台接入Internet的具有固定IP地址的PC机，数据采集终端以微处理器为核心通过串口与GPRS模块连接起来。采用GPRS网络作为数据通信的平台，可以充分利用GPRS业务数据传输的优点:数据传输速率高，误码率低，通信费用低，克服电路交换型通信方式资源利用率差的缺点。本课题的研究成果在工业、民用领域都具有较大的价值，对环境监测、公共场所监测等领域也具有重要意义。关键词： GPRS；单片机； 数据通信；无线； GPRS based wireless checking deviceABST
3、RACTAlong with the GPRS network technology mature gradually, based on the GPRS data acquisition and remote applications have become the current hot spot. This paper systematically expounds the general packet radio service ( General Packet Radio Service, GPRS ) system composition and structure, the a
4、nalysis of GPRS data transmission principle and characteristic, studied the data transmission protocol structure, designed by GPRS network for remote data transmission technology. Based on single chip microcomputer and GPRS data transmission system consists of data center, GPRS network, data acquisi
5、tion terminal, data center and the data collection terminal through the Internet and GPRS network linking. Data center uses a Internet access with a fixed IP address PC machine, data acquisition terminal based on microprocessor and GPRS module through the serial port to connect. Using GPRS network a
6、s the data communication platform, can make full use of GPRS service data transmission the advantages: high data transmission rate, low error rate, low communication costs, overcome the circuit exchange communication differential resource utilization. The research results in the industrial, civilian
7、 areas are of great value to the public, environmental monitoring, monitoring and other fields also has important significance.Key words: single chip microcomputer; GPRS; data communication; radio;目录第 1 章 绪论1.1 概述 1.2 国内外研究现状1.3 本文研究的主要内容第 2 章 GPRS 关键技术研究2.1 GPRS 技术特点2.2 GPRS 网络原理2.2.1 GPRS 网络结构2.2.
8、2 GPRS 的组网方式介绍2.2.3 GPRS 协议模型2.2.4 GPRS 的数据传输方式2.2.5 GPRS 具体应用领域2.3 无线通信技术研究2.3.1 PPP 协议 2.3.2 TCP 协议2.3.3 IP 协议第 3 章 二维码技术简析3.1二维码简介3.2二维码的优点3.3二维码与一维码的优势第4章 第1章 绪论1.1概述随着我国信息化进程的全面推进，各行业对信息化也提出了较高的要求，对信息化的认识也从单纯的数字化提升到数字化与网络化、无线化统一的高度。针对目前的信息化要求，原有的有线系统虽完成数字化与网络化，但复杂的布线、高昂的维护成本使得网络节点的分布范围受到了很大的限制，
9、这在很大程度上阻碍了信息化的深入和普及，例如远程验票的困难就很大。针对这种情况，本文提出了一种基于GPRS的无线传输终端系统，利用GPRS无线传输，需要借助internet公网作为传输媒介，系统移放便利，受地域的影响较小，只要是有移动网络的地方都可以使用，而且成本低，该方案的基本思想是:通过STC12C5A32SA微控制器驱动GPRS模块，经过GPRS无线网络连接到Intemet实现数据传输。这种方案的优点在于:（1）无线上网，适用于可移动的目标。（2）使用专用的微控器，实现简单，成本低。（3）安装简便，维护方便，很好的解决了票据远程无线监控的问题，在灵活性等方面比有线通讯存在更多的优越性。（
10、4）便于系统的功能升级，可以在系统上加入视频和语音监控。将移动通信技术应用于票据的远程监控，对于提高工作效率，减少人员和降低经济损失，都有重要的意义。GPRS 被认为是第二代移动通信系统向第三代移动通信演进的重要一步。相对原来GSM 的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS 是分组交换技术，具有“高速”和“永远在线”的优点。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。随着无线数据传输技术的迅速发展，GPRS 已经成为实现无线数据业务的最佳承载方式。1.2国内外研究现状国内外监控技术多样化，目前常用的
11、无线监控方法有蓝牙监控，利用GSM的SMS短消息业务实现远程监控，以及利用GPRS网络的无线远程监控。蓝牙协议是一种较流行的短距离无线通信协议。蓝牙工作频率为2.4GHz频段，开放性高，采用跳频技术，受干扰小。无线收发器之间无需调整方向，中间可有阻挡物，不需有直接视距，只要距离到达一定程度(视周围环境而定，10m一100m)便可自动发现对方，建立连接并进行数据的传输。在数据传输过程中对收发器的位置状态没有特别要求，并且可以移动，只要不超过信号有效距离即可，不要求苛刻的传输条件，实用性高。它主要应用在短距离无线应用的场合，例如无线终端，医疗设备等。对于远距离的数据传输是不适用的。GSM全名为Gl
12、obal System for Mobile Communicatians，中文为全球移动通讯系统，俗称”全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术(2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络)。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一
13、次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点:各系统间没有公共接口；很难开展数据承载业务；频谱利用率低无法适应大容量的需求；安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口，相互之间不能漫游，对客户造成很大的不便。目前我国主要的两大GSM系统为GSM900及GSM1800，早期来看，GSM900发展的时间较早，使用的较多，反之GSM1800发展的时间较晚。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短。SMS
14、是短信息服务的简称，它通过GSM模块发送和接收有限长度的文本信息。文本信息可以是中文、英文字符和数字的组合。SMS属于GSM第一阶段(Phasel)的标准。目前SMS已经被集成到了很多网络标准中，不仅仅是在GSM网络标准中，在其它移动网络如CDMA、TDMA、PHS等移动网络都支持SMS，这使得SMS成为一项非常普及的移动数据业务。利用SMS短消息业务实现远程监控有以下几个优点:（1）收费低廉；（2）随时随地；（3）能够承载多种数据；（4）能够保障传输中的安全。但同时GSM短信息业务也有较大的缺点:存在延迟，没有达到真正的“实时”；传输的数据量有限，SMS的消息长度只有160个字节，对数据量较
15、大的系统，只能分成几条短信息进行传输，进一步增加了延迟时间。只是对于数据量较小、实时要求不高的监控系统，SMS的延迟才能够在系统延迟允许的范围内。而在远程监控中，数据量虽然不是很大，但是对于系统的实时性要求较高，采用SMS短消息的方式不能满足要求。随着intemet技术的推广，IP(互联网协议)技术在通信网络中正占据着越来越重要的地位，己经成为未来的发展方向。IP技术是基于分组的，分组交换方式是采用长度一定、结构统一的数据分组作为数据传输的基本单位。每个分组头带有地址、序号校验码等信息，在通信之前不需要为通信双方提供一条独占的链路，节约带宽，而且由于采用存储转发机制，即时某些节点发生故障，数据
16、仍然可以到达目的地，提高了通信的可靠性。GPRS在GSM的系统上解决了移动通信技术与IP技术的结合。GPRS是 GSMPhase+2阶段引入的内容。随着通信技术的发展，GSM/GPRS网络通信以其更加低廉的价格和永远在线的性能有着不可估量的发展前景。无论是2.5G还是3G，发展目标都是在更好的语音通信之外，向用户提供丰富多彩的高速无线数据应用。由于GPRS采用分组交换方式，它大大地提高了无线信道和核心网络的使用效率。GPRS理论上可提供高达171.2kbit/s的传输速率，这意味着通过便携式电脑，GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能
17、。除了速度上的优势外，GPRS还有“永远在线”的特点，即用户可随时与网络保持联系。另外分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高远程监控的效率。目前国内外对于网络利用嵌入式系统实现远程数据采集和设备终端远程监控逐渐成为人们研究的热点。基于GPRS的远程无线监控已在某些行业中得到应用，比如远程无线抄表系统等。1.3本文研究的主要内容首先在查阅大量文献的基础上，介绍了GPRS网络的特点、工作原理及协议基础，在此基础上，介绍了GPRS无线传输终端的组成、功能、特点及其应用。 然后提出了GPRS无线传输终端的硬件设计方案，给出单片机STC12C5A32S2和GPRS无线模块的硬
18、件和软件设计及具体实现。 最后深入分析GPRS的数据传输协议，包括TCP/IP协议和PPP协议，研究了协议的模型，以及TCP、UDP数据传输协议。在此基础上，设计了GPRS无线数据传输终端的软件部分，介绍了软件平台Unsp ide以及AT指令，给出了系统的软件流程图。通过华为GTM900-C的AT测试指令对本系统进行实验和调试。第 2 章 GPRS 关键技术研究2.1 GPRS 技术特点GPRS 是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线 IP 连接。它突破了 GSM 网络只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换
19、，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS 通信技术具有以下特点：1在核心网路中引入 GPRS 支持节点（GSN），SGSN 和 GGSN 采用分组交换平台方式，定义了基于 TCP/IP 的 GTP 方式来承载高层数据。GGSN 支持与外部分组交换网的互通，并经由基于 IP 的 GPRS 骨干网和 SGSN 连通；2通过 GGSN 实现了与标准 Internet 的无缝连接，在 GGSN 可实现与外部 IP 网络的透明与非透明的连接，支持特定的点到点和点对多点服务，以实现一些特殊应用，如远程自动抄表等。GPRS 也允许短消息业务（SMS）经GPRS 无线信道传输；
20、3GPRS 非常适合频繁的、数据量小的突发型数据业务，同时也适合偶尔的大数据量业务。它能高效利用信道资源在无线接口 MAC/RLC 层无线资源的有效管理，以及核心网部分适于数据传送的分组交换方式，GPRS 网络适于突发性数据的有效传送，它支持四种不同的 QoS 级别。一般来说，GPRS 能在0.51s 之内恢复数据的重新传输；4GPRS 支持中、高速率的数据传输，可提供 9.05171.2kbps 的数据传输速率（每用户）。GPRS 目前实际能够提供的极限速率是 40.253.6kbps，这个速率没有考虑到因为各层重传导致的传输速率下降，因此实际速率和理想速率相差甚远；5用户数据在 MS 和外
21、部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据包用特定的 GPRS 协议信息打包并在 MS 和 GGSN 之间传输。这种透明的传输方法缩减了 GPRS PLMN 对外部数据协议解释的需求，而且易于将来引入新的互通协议。用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠；6GPRS 的资源利用率高。它引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的 GSM 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。用户只有在发送或接收数据期间才占用资源。这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS 可以实现基于数据流量、业务类
22、型及服务质量（QoS）等级的计费功能，计费方式更加合理，用户使用更加方便。2.2 GPRS 网络原理2.2.1 GPRS 网络结构GPRS 网络是基于现有的 GSM 网络来实现的，实现时，增加了两个节点：GGSN(Gateway GPRS Supporting Node，GPRS 网关支持节点)和 SGSN(ServingGPRS Supporting Node，GPRS 服务支持节点)。GPRS 系统结构如图 2-1 所示。GPRS 网络的连接流程如下：用户设备通过串行或无线方式连接到 GPRS 终端上；GPRS 终端与 GSM 基站通信，基站再将GPRS 分组发送到 SGSN。SGSN 与
23、 GGSN 进行通信；GGSN 把 GPRS 分组数据包进行协议转换，从而把这些分组数据包传送到远端的因特网。来自 Internet 或 Intranet 的标识有 GPRS 终端地址的 IP 包，由 GGSN 接收，再转发到 SGSN，继而传送到 GPRS 终端上。图2-1 GPRS系统结构2.2.2 GPRS 组网方式介绍GPRS 组网涉及到数据终端和监控中心服务器两方面。前者负责在现场采集数据，并利用 GPRS 模块传送到远程的监控中心服务器。后者则接收从各个 GPRS终端发送来的相关数据并进行相应的处理。在组网过程中，往往会遇到这样的问题：监控中心服务器的 IP 地址可以是静态地址或动
24、态地址，而每次 GPRS 模块拨号上网时，也会被分配一个动态的 IP地址。如果 GPRS 模块和监控中心服务器双方的 IP 地址都是动态的，GPRS 模块和监控中心服务器将无法建立连接。因此，实现 GPRS 远程监控有一个重要的前提条件：GPRS 模块与监控中心服务器必须至少有一方能够事先确定另一方的 IP地址。基于这个前提，下面介绍现在常用的三种有效组网方案。（1）公网静态IP方案由于同一模块每次上线获得的 IP 地址可能是不同的，因此一般情况下监控中心服务器无法主动对 GPRS 模块进行定位。一种很好的解决方法是：监控中心服务器使用静态 IP 地址，并且事先将这一静态 IP 地址写入 GP
25、RS 模块中。这样模块就可以在上电后通过该 IP 地址主动与接入 Internet 的监控中心服务器建立 Socket 连接并保持，然后将 GPRS 终端的 ID 号及临时 IP 地址通过 TCP/IP 协议发送至数据中心，实现两者的连接。采用该种方案，尽管申请静态 IP 地址需要一部分费用，但具有较高的可靠性和稳定性。（2）动态域名解析方案由于公网静态 IP 地址在使用费用和安装条件等方面的限制，服务器端往往采用动态 IP 方式接入 Internet。因此，在实际应用中，动态 IP 结合DNS(DomainName System，域名系统)的组网方式更为常见。在这种方式中，服务器端每次上线的
26、 IP 地址可以不同，但通过 DNS 动态域名解析在两者之间建立关联。采用动态域名解析方案，需要首先联系 DNS 服务商，为监控中心服务器申请一个域名，并把该域名写入 GPRS 模块中。监控中心服务器接入 Internet，与DNS 服务器进行连接，将当前获得的动态 IP 报告给 DNS 服务器。GPRS 模块上电后，首先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到服务器公网动态 IP，这样就可以在两者之间建立通讯。此种方式可以减少申请和使用公网静态 IP 开支，但其稳定性受制于 DNS 服务器的稳定性，所以必须确保所选择的 DNS 服务器的可靠性。（3）APN专线接入方案在
27、组网时向移动公司申请专用 APN(Access Point Name，接入点名称)，监控中心服务器与移动公司建立专线连接，由移动公司在 GGSN 上进行相关配置、组建专网。GPRS 终端接入这个专用 APN，与主站服务器建立专用网络。APN 专线接入方案需要与移动公司进行合作，网络运行的可靠性更有保障，同时终端与主站间相当于直接组网，更灵活，安全也有保证。2.2.3 GPRS 协议模型移动台(MS)和 GPRS 之间的分层传输协议模型如图 2-2 所示。它主要由 GTP、LLC 和 RLC 协议构成。图 2-2 GPRS 传输协议模型Um 接口是 GSM 的空中接口。Um 接口上的通信协议有
28、5 层，自下而上依次为物理层、MAC(Medium Access Control)层、LLC(Logical Link Control)层、SNDC(Subnetwork Dependant Convergence)层和网络层。RLC/MAC 为无线链路控制/媒质接入控制层。RLC 负责 LL-PDU 的拆装与重组，并提供可靠的无线链路。MAC 的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS 的逻辑信道共有 3 类，分别是公共控制信道、分组业务和 GPRS 广播信道。中继转发(Relay) 在 BSS 中，这项功能中继转发 Um 和 Gb 接口间
29、的LLCPDU，在 SGSN 中，这项功能是转发 Gb 和 Gn 接口间的 PDP PDU。网络层的协议目前主要是 Phase 1 阶段提供的 TCP/IP 和 X.25 协议。TCP/IP 和 X.25 协议对于传统的 GSM 网络设备（如 BSS）是透明的。GTP 即 GPRS 隧道协议，它将用户数据及信令用隧道技术在 GPRS 网络GSN 节点之间传送。IP 这是 GPRS 骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。GPRS 骨干网最初是建立在 IPv4 协议基础上的，随着 IPv6 的广泛使用，GPRS 会最终采用 IPv6 协议。2.2.4 GPRS 的数据传输方式基于 GSM/G
30、PRS 网络的数据传输通常有四种方式：基于短消息的数据传输；基于 Data 方式（一种以电路交换为基础的传输方式）的数据传输；基于语音方式的数据传输；基于 IP（Internet Protocol）方式的数据传输。基于 IP 的数据传输方式是 GPRS 系统独有的，因为 GPRS 数据传输的基础是 TCP/IP 协议，因此基于 IP 的数据传输方式中最核心的内容是 TCP/IP 协议的转换。该方案的优点是：数据传输的成本比较低（0.03 元/KBytes），实时性较好，但缺点是 GPRS 终端开发成本高，使用复杂度较高。该方案的组网方案灵活性更好，数据传输的速率更高、数据量更大，适合各种对实时
31、性要求不太高的远程无线数据传输。2.2.5 GPRS 具体应用领域GPRS 技术在不同的行业中都有着相当广泛的应用。（1）远程报警视频监控视频监控主要是对需要监控的现场进行录像，同时要求值班人员不间断地监视屏幕，一旦发现可疑人员则采取措施。基于 GPRS 的远程报警视频监控系统，将监控人员从繁重、枯燥的工作中解脱出来，节约了人力资源；另一方面，只有在出现可疑情况后才自动启动录像的功能大大节约了存储资源。（2）城市路灯监控基于 GPRS 的城市路灯无线监控系统实现了对整个城市的路灯进行统一的控制、管理，并克服了传统有线方式的同类系统成本高、维护难、扩展不便的缺点，也避免了传统无线电台收发系统干扰
32、大，数据传送可靠性差等诸多弊端。（3）移动车辆监控调度系统GPRS 技术和 GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)相结合，可用于智能交通的车辆调度，配有定位调度出租车、公交车、警务车辆，可以通过GPRS 网络实时地将 GPS 探测到的车辆当前位置信息，传输到车辆调度中心，车辆调度中心的指示、命令也可以通过 PTP(Point To Point，点对点)或 PTM(Point To Multipoint，点对多点)方式发送给一个或多个驾驶员，进行车辆调度，具有成本低廉、覆盖范围广、无需专人维护的优点，提高了工作效率，较少了能源消耗，改善了服务。（4）远程抄
33、表水表、气表、电表关系到我们正常的生产生活，传统的抄表需要大量的人力、物力和财力，而且不少偏远地区，各个计量仪表布局结构复杂、位置分散、数据采集困难，给抄表带来了很大的不便，基于 GPRS 终端的无线解决方案，可自动完成用户计量仪表的远程数据采集、记录、实时检测、统计分析、打印和供电控制等管理工作，大大节省了运营成本和人力物力。2.3 无线通信技术研究2.3.1 PPP 协议 PPP 协议处在数据链路层，位于 GPRS 无线网络之上。它有三个功能：（1）PPP 是一种对上层协议打包的协议；（2）用于建立，配置和检测数据链路连接的链路控制协议(LCP)；（3）用于建立和配置不同网络层协议的网络控
34、制协议(NCP)协议族。PPP 协议数据帧格式如图 2-3 所示，图中可以看出，PPP 的前 3 个字段和最后两个字段与 HDLC 的格式是一样的。标志字段 F 为 0X7E，但地址字段 A和控制字段 C 都是固定不变的，分别为 0xFF，0x03。PPP 协议不是面向比特的，因而所有的 PPP 帧长度都是整数个字节。图 2-3 PPP 协议数据帧格式与 HDLC 不同的是多了 2 个字节的协议字段。协议字段不同，后面的信息字段类型就不同。如：0x0021信息字段是 IP 数据报；0xC021信息字段是链路控制数据 LCP；0x8021信息字段是网络控制数据 NCP；0xC023信息字段是安全
35、性认证 PAP；0xC025信息字段是 LQR；0xC223信息字段是安全性认证 CHAP。当信息字段中出现和标志字段一样的比特 0x7E 时，就必须采取一些措施。因 PPP 协议是面向字符型的，所以它不能采用 HDLC 所使用的零比特插入法，而是使用一种特殊的字符填充。具体的做法是将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成 2 字节序列(0x7D，0x5E)。若信息字段中出现一个 0x7D的字节，则将其转变成 2 个字节序列(0x7D，0x5D)。若信息字段中出现 ASCll码的控制字符，则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节。这样做的目的是防止这些表面上的 ASCll 码控制字符被错
36、误地解释为控制字符。PPP 连接过程：对于 GPRS，在用户端拨号连接后，进行 PPP 会话连接，从接收到第一个 PPP 帧开始，到最终得到 IP 地址必须经过三个阶段：LCP 协商、用户认证、IPCP 协商。LCP、PAP 和 IPCP 的工作原理是非常相似的，只是他们的协议字段有所不同、相关的选项也有不同的含义。对于每一个数据报而言，可能是对一串参数的“请求”，“拒绝”或“接受”。每一次协商都是由一个“请求”类型的数据报发起，这个数据报将包含一个等待协商的选项列表，每一个选项由选项字节、长度字节以及选项参数构成。利用 AT 指令激活 GPRS 模块后，服务器端首先会发来一帧 LCP 格式数
37、据要求进行 LCP 协商，LCP 协商主要完成某些链路特性和认证方式的协商。LCP 协商成功后，用户根据协商的认证方式向接入服务器发起认证请求，用户认证的方式采用 PAP或 CHAP 方式。PAP 两次握手认证，口令为明文。PAP 认证过程中拨号用户发送用户名和口令到接入服务器，接入服务器通过RADIUS 协议到 RADIUS 服务器上去查看是否有此用户，口令是否正确，然后发送相应的响应。CHAP 为三次握手认证，口令为密文。CHAP 拨号用户发送用户名到接入服务器，接入服务器发送一些随机产生的报文，交给被拨号用户，拨号用户用自己的口令用 MDS 算法进行加密，传回密文，接入服务器用，从 RA
38、DIUS 服务器取得的用户名口令及随机报文用 MDS 算法加密，比较二者的密文，根据比较结果返回认证成功或失败的响应。在用户认证阶段，如果在用户数据库中为该用户名配置了 IP 地址，则RADIUS 服务器将这个 IP 地址返回给接入服务器，作为这个用户上网使用的IP 地址。如果用户在认证阶段还没有获得 IP 地址，就需要在 IPCP 阶段协商IP 地址。一般来说，运营商为用户提供接入服务时，应该有一批 IP 地址，即IP 地址池，用户上网需要的 IP 地址就来于此，当用户上网时，从 IP 地址池分配一个 IP 地址，当用户下网时，这个 IP 地址归还到地址池。在运营商开通接入服务时，将 IP
39、地址池配置到接入服务器中，在 IPCP 阶段，接入服务器从 IP地址池分配一个空闲的 IP 地址给用户，作为用户上网的 IP 地址。如果己经没有可用的 IP 地址，则 IPCP 协商失败，关闭 PPP 连接。2.3.2 TCP 协议TCP 协议的全称为传输控制协议(Transport Control Protocol)，它是一种面向广域网的通信协议，目的是在跨越多个网络通信时，为通信端点之间提供面向连接的、可靠的通信方式。TCP 在应用层与 IP 层之间，作为应用程序和网络操作的中介。TCP 的报文格式如图 2-4 所示。图 2-4 TCP 报文格式源端口号（16 位）：标识主机上发起传送的应
40、用程序。目的端口（16 位）：标识主机上传送要到达的应用程序。源端和目的端的端口号，用于寻找发送端和接收端应用进程。这两个值加上 IP 首部中的源端 IP 地址和目的端 IP 地址，将唯一确定一个 TCP 连接。一个 IP 地址和一个端口号有时也称为一个插口(SOKET)，插口对(包含客户 IP 地址、客户端口号、服务器 IP 地址和服务器端口号的四元组)可以唯一确定互联网络中每个 TCP 连接的双方。IP+TCP 端口唯一确定一个 TCP 连接。TCP 协议通过使用“端口”来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用 0 到 65535 之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户
41、端的应用程序分配端口号。顺序号字段：32 位字段，用来标识从 TCP 源端向 TCP 目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。确认号字段：32 位字段，只有 ACK 标志为 1 时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。头部长度字段：4 位字段，指出了 TCP 头部共有多少个 4 字字节。头部长度可以在 20 到 30 字节之间，即该字段取值范围为 515。保留：由跟在数据偏移字段后的 6 位构成，预留位通常为 0。标识域：这个 6 位字段定义了 6 种不同的控制位或标志(URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN)，在同一时间内可以设置一个或
42、多个这样的位。URG表示紧急指针有效，ACK 表示确认序号有效，PSH 表示接收方应该尽快将这个报文段交给应用层，RST 表示重建连接，SYN 表示发起一个连接，FIN 表示释放一个连接。窗口大小字段：16 位字段，该字段用来进行流量控制，这个值代表本机期望一次接收的字节数。TCP 校验和字段：16 位字段，对整个 TCP 报文段，即 TCP 头部和 TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。紧急指针字段：16 位字段，它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。可选项字段：32 位字段，可能包括窗口扩大因子、时间戳等选项。2.3.3 IP 协议IP 协议是 TCP
43、/IP 协议族中最为核心的协议。它提供不可靠、无连接的服务，依赖其他层的协议进行差错控制，主要完成数据包的发送，报文格式如图 2-5 所示。图 2-5 IP 报文格式报头长度字段：4 位字段，是头部占 32 比特的数字，包括可选项。对于普通的 IP 数据报，该字段的值是 5，即 160 比特=20 字节。此字段最大值为 60字节。服务类型字段：8 位字段，其中前 3 位为优先权子字段，第 8 位保留未用，4 至 7 位分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。总长度字段：16 位字段，指明整个数据报的长度(以字节为单位)，最大长度为 65535
44、 字节。标志字段：16 位字段，用来唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发一份报文，它的值会加 1。标志位字段：3 位字段，标志一份数据报是否要求分段。段偏移字段：13 位字段，如果一份数据报要求分段的话，此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。生存期字段：8 位字段，用来设置数据报最多可以经过的路由器数。由发送数据的源主机设置，通常为 32、64、128 等。每经过一个路由器，该值减1，直到减为 0 时数据报被丢弃。协议字段：8 位字段，指明 IP 层所封装的上层协议类型。头部校验和字段：16 位字段，内容是根据 IP 头部计算得到的校验和码。源 IP 地址、目标 IP 地址字段：各为
45、 32 位字段，用来标明发送 IP 数据报文的源主机地址和接收 lP 报文的目标主机地址。可选项字段：32 位字段，用来定义一些任选项。如记录路径、时间戳等。可选项字段的长度必须是 32 位的整数倍，如果不足，则必须填充 0 以达到此长度要求。 第3章 二维码技术简析3.1二维码简介二维码 ，又称二维条码，二维条形码最早发明于日本，它是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的，在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现
46、信息自动处理。它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。3.2二维码的优点（1）高密度编码，信息容量大：可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。 （2）编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。 （3）容错能力强，具有纠错功能：这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。 （4）译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。 （5）可引入加密措施：保密性、防伪性好。 （6）成本低，易制作，持久耐用。3.3二维码与一维码的优势与一维条形码相比二维条形码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面： （1）数据容量更大 （2） 超越了字母数字的限制 （3） 条形码相对尺寸小 （4） 具有抗损毁能力第4章 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅
