RS232转TCPIP的TCP工作模式选择

本文介绍在串口转TCP/IP中如何使用各种TCP工作模式，根据不同的应用如何进行灵活选择TCP客户端、TCP服务器、UDP、UDP组播。

1.TCP&UDP工作模式

　　TCP/IP是网际互联的基本协议，TCP/IP实际涉及网络协议的两层：网络层和传输层。IP属于网络层，而TCP属于传输层，实际上TCP/IP协议还有另外部分协议即UDP协议，UDP协议和TCP协议共同组成了TCP/IP协议的传输层。而TCP协议有具有客户端和服务端两种工作模式。在RS232/RS485联网模块应用中，主要在UDP、TCP客户端、TCP服务器3种模式之间进行选择。如图1所示。

1.1 TCP和UDP的区别和比较

图1.TCP&UDP各种工作模式演示

　　TCP（Transmission Control Protocol）是可靠连接协议。我们可以用打电话来类比TCP协议。使用TCP协议进行数据传输，首先需要建立连接；就如在通电话前需要先拨通电话一样。TCP是可靠传输的，即你传输的数据有误或者丢失，则会自动重新传输以保证数据正确；这正如打电话的时候，如果信号不好，收方会说：“听不清，请再说一遍。”

　　UDP（User Datagram Protocol）是报文传输协议。我们可以用手机短信来类比UDP协议。使用UDP协议，你无需先征得对方的同意（无需先建立连接），可以随时发送。但是UDP协议是不可靠传输的，你发送出去的数据不能够保证正确地被对方收到；

　　所谓“正确接收”，它包括3方面的内容：1.丢失问题：数据丢失后可以重传。2.误码问题：数据内容错误能被检测并重新发送。3.顺序问题：UDP无法保证数据的顺序，例如在发送长文字的短信的时候，有可能后半部分短信内容先收到，然后再收到前半部分短信内容。这给接收者较大的迷惑，TCP协议没有这个问题。

UDP协议的也有自身优点。1.简单性、方便性，UDP协议非常类似串口通信，因为串口发送数据本身基于非连接（报文）的。此时在串口转以太网的时候，使用UDP协议符合原来的思维。2.UDP协议具有广播、组播功能，可以实现一对多通信。

表1. TCP与UDP的区别 

1.2 TCP客户端和TCP服务器的区别

　　在选择TCP进行通信的时候，通信的双方，必须一方为TCP客户端（TCP Client），一方为TCP服务器（TCP Server）。以打电话来类比，打电话的人是TCP客户端，接电话的一方为TCP服务器。TCP/IP协议中的IP地址类似电话号码，而TCP/IP中的端口号类似电话分机号。客户端（拨电话者），首先需要知道对方的IP地址和端口（电话号码和分机号），先连接上TCP服务器端（接听者的电话摘机），才能进行数据传输（通话）。和一般电话不同，在这里TCP服务器可以同时接入多个TCP客户端，就如有多路线路的电话，不会因为一路电话在接通中而不能接入其它电话。

　　在ZLSN联网模块的RS232转网络中，TCP的长连接和短连接。TCP长连接就是连接建立后不断开，直到断电。TCP短连接是指需要通信的时候建立连接，通信完毕后立即关闭连接。

2.工作模式的选择

2.1 TCP和UDP的选择

　　TCP协议有很多优点，这里只介绍何时使用UDP协议。

1.节省上位机的线路资源。在ZLSN模块的串口转以太网应用中，如果选择TCP协议，且为TCP客户端的话，那么TCP连接是在模块上电之后就开始连接的，属于“长连接”。这就使得TCP协议一直占用一条通信线路（一个socket接口），如果联网模块个数很多（例如上万个），那么用TCP协议占用较多资源。

2.简化上位机编程的复杂性。基于UDP的socket编程相对于TCP要简单些。

3.需要广播或者组播的应用。

2.2 客户端和服务器的选择

1. 一个监控中心还是多个监控中心。

　　一个监控中心：在单个监控中心的集中监控系统中，分散在各个采集点的ZLSN模块将采集数据传送到中心计算机，此时最好采用ZLSN模块为TCP客户端的方式，因为此时每个模块只要设置一个目的IP（中心计算机的IP地址）即可。当然也可以采用中心为客户端、模块为服务端方式，但是此时中心必须记住每个模块的IP地址，不利于系统的延展性和配置的灵活性。

　　多个监控中心：现在有多个中心计算机需要监控联网模块，由于TCP客户端模块只能连接一个中心，所以多个中心无法监控一个模块（除非或者采用卓岚的“硬件TCP/IP协议栈”功能，让模块可以根据需要连接到不同的中心）。此时应该采用模块为客户端的方式。

2.知道对方IP地址。如果通信的AB双方中如果有一方A不知道对方B的IP地址，那么A必须作为客户端。这是因为A不知道B的IP地址，也无法进行连接操作。在ZLSN联网模块大量应用的网络中，ZLSN联网模块的IP地址通过动态获取，所以中心并不知道所有模块的IP地址，所以此时模块应该作为客户端。

3.主从关系。在主从关系的通信模式中，主机总是先发送数据，从机给出应答。在TCP短连接应用中，主机应该采用客户端。这是因为短连接采用有数据发送的时候建立TCP连接的方式，只有主机才知道何时需要发送那个数据合适需要建立连接，所以主机为客户端。

2.3 TCP短连接和TCP长连接的选择

　　TCP短连接由于占用的TCP线路资源少，一般效率优于长连接。但是以下情况下采用长连接：通信的双方没有主从关系。任何一方都有首先发送数据的可能，所以要保持TCP连接一直保持。选择长连接的时候需要注意，在连接建立到当前，中间网线是否有断开，需要时时检测连接的可用性，短连接无该问题，使用较为方便。