以太網(wǎng) TCP 通信是上位機(jī)開發(fā)中常用的通信方式，西門子 S7 通信、三菱 MC 通信以及 MQTT、OPC UA、Modbus TCP 等都是其典型應(yīng)用。為幫助大家更好地理解 TCP 通信，我整理了一套常見問(wèn)題匯總。

一、OSI參考模型與TCP/IP參考模型

基于TCP/IP的參考模型將協(xié)議分成四個(gè)層次，它們分別是鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。下圖表示TCP/IP模型與OSI模型各層的對(duì)照關(guān)系。

TCP/IP模型是在OSI參考模型的基礎(chǔ)上做了一定的精簡(jiǎn)，形成一個(gè)4層模型。在層次關(guān)系上，兩者都采用了分層體系結(jié)構(gòu)，都是對(duì)等的層間通信，不同之處在于TCP/IP參考模型比OSI參考模型層次更清晰簡(jiǎn)練，在功能上，兩者差別不大，都是為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)終端之間的通信。

那么，TCP通信位于網(wǎng)絡(luò)模型的哪一層？TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，TCP是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的端到端字節(jié)流而專門設(shè)計(jì)的一個(gè)傳輸協(xié)議。

二、TCP/IP協(xié)議與Socket是什么關(guān)系？

TCP/IP只是一個(gè)協(xié)議棧，如果想要實(shí)現(xiàn)TCP通信，還需要提供對(duì)外的操作接口，就像操作系統(tǒng)提供Win32編程接口一樣。TCP/IP也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所用的接口，這就是Socket編程接口。

所以，Socket跟TCP/IP并沒(méi)有必然的聯(lián)系，Socket不屬于網(wǎng)絡(luò)分層中的任何一層，而是位于應(yīng)用層/會(huì)話層和傳輸層之間的抽象接口層。Socket的出現(xiàn)是為了將TCP/IP協(xié)議族的復(fù)雜操作封裝成簡(jiǎn)單的API方法進(jìn)行調(diào)用，比如Connect/Send/Receive等。

三、TCP與UDP之間的區(qū)別聯(lián)系？

傳輸層有兩種協(xié)議，分別是TCP與UDP，它們之間的主要區(qū)別在于可靠性與效率。

TCP是面向連接的協(xié)議，通過(guò)三次握手建立可靠通道，提供數(shù)據(jù)不丟、不錯(cuò)、不亂序的保證，并具備流量和擁塞控制，但因此開銷較大、速度相對(duì)較慢，適用于要求高可靠性的場(chǎng)景（如文件傳輸、工業(yè)控制指令）；

而UDP是無(wú)連接協(xié)議，直接發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，不保證可靠交付，可能丟失、重復(fù)或亂序，也不進(jìn)行流量控制，但正因如此開銷極小、傳輸速度極快、延遲低，適用于實(shí)時(shí)性要求高、能容忍少量丟包的應(yīng)用（如視頻流、語(yǔ)音通話、實(shí)時(shí)狀態(tài)讀?。?/p>

四、如何理解TCP三次握手過(guò)程？

TCP是面向連接的，無(wú)論哪一方向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，連接是通過(guò)三次握手進(jìn)行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)并交換 TCP窗口大小信息。

為什么握手必須三次？TCP 建立連接時(shí)，通過(guò)三次握手能防止歷史連接的建立，能減少雙方不必要的資源開銷，能幫助雙方同步初始化序列號(hào)。序列號(hào)能夠保證數(shù)據(jù)包不重復(fù)、不丟棄和按序傳輸。兩次握手：無(wú)法防止歷史連接的建立，會(huì)造成雙方資源的浪費(fèi)，也無(wú)法可靠的同步雙方序列號(hào)；四次握手：三次握手就已經(jīng)理論上最少可靠連接建立，所以不需要使用更多的通信次數(shù)。

五、如何理解TCP四次揮手過(guò)程？

當(dāng)客戶端和服務(wù)器通過(guò)三次握手建立了TCP連接以后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，要斷開TCP連接，那對(duì)于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

為什么揮手需要四次？

1、關(guān)閉連接時(shí)，客戶端向服務(wù)端發(fā)送 FIN 時(shí)，僅僅表示客戶端不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)。

2、服務(wù)器收到客戶端的 FIN 報(bào)文時(shí)，先回一個(gè) ACK 應(yīng)答報(bào)文，而服務(wù)端可能還有數(shù)據(jù)需要處理和發(fā)送，等服務(wù)端不再發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，才發(fā)送 FIN 報(bào)文給客戶端來(lái)表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接。

由于服務(wù)端通常需要等待完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和處理，所以服務(wù)端的 ACK 和 FIN 一般都會(huì)分開發(fā)送，從而比三次握手導(dǎo)致多了一次。

六、無(wú)線Modbus TCP/IP協(xié)議通訊方案

本方案以WinCC和2臺(tái)西門子S7-1200 PLC為例，在ModbusTCP/IP協(xié)議下實(shí)現(xiàn)無(wú)線以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

審核編輯 黃宇