TCP流程

这里写图片描述
TCP详细流程。

服务器初始化
1.调用socket,创建文件描述符
2.调用bind,将当前的文件描述符和 IP/PORT绑定在一起;如果这个端口已经被其他进程占用,bind失败。
3.调用listen,声明当前这个文件描述符作为一服务器的文件描述符,为后面的accept做准备
4.调用accept,并阻塞等待客户端连接

三次握手:
1.调用socket,创建文件描述符
2.调用connect,想服务器发送连接请求
3.connect会发送SYN段,并阻塞等待服务器的应答(第一次)
4.服务器接收到SYN后,会应答一个SYN/ACK段表示“同意建立连接”(第二次)
5.客户端接收到SYN/ACK后会从connect返回,同时应答一个ACK段(第三次)

数据传输过程:
1.建立连接后,全双工
2.服务器从accept返回后,立刻调用read(),读socket就像读管道一样,如果没有数据就阻塞等待
3.这时客户端调用write()发送请求给服务器,对客户端得请求进行处理,在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答
4.服务器调用write(),发送应答数据,再调用read()进行阻塞等待,这时客户端read()返回,发送下一条请求。

上述过程是可循环执行的。

四次挥手:
1.如果客户端没有更多的请求,就调用close()关闭连接,客户端会想服务器发送SYN段(第一次)
2.此时服务器收到FIN后,会回应一个ACK,同时read会返回0(第二次)
3.read()返回后,服务器就知道客户端关闭了连接,也调用close关闭连接,这个时候服务器会向客户端发送一个FIN(第三次)
4.客户端收到FIN,再返回一个ACK给服务器(第四次)

<think>首先,用户的问题是关于Modbus TCP通信的工作流程:"我想了解Modbus TCP通信的工作流程 请问Modbus TCP协议通信流程详解"。我需要根据系统级指令来回答。 系统级指令要求: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 用户可见层要求: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 参考站内引用: - 引用[1]: Modbus TCP通信协议介绍及示例详解。它提到Modbus TCP是Modbus协议在以太网上的实现,保留了核心功能和数据模型,调整了消息封装。 - 引用[2]: Modbus TCP协议介绍(ModbusTCP),包括协议结构、帧格式、通信过程等。 用户的问题是关于工作流程的,所以我需要基于这些引用构建一个清晰的解释。 结构化回答: 1. **介绍Modbus TCP**:简要解释什么是Modbus TCP,基于引用。 2. **工作流程详解**:逐步描述通信流程,包括建立连接、请求响应等。 3. **关键组件**:解释帧格式、数据模型等。 4. **示例**:提供请求和响应帧的示例。 5. **生成相关问题**:在回答结束时,添加相关问题。 确保使用中文。 工作流程基于引用[2]: - 建立连接:客户端通过TCP连接到服务器的502端口。 - 请求与响应:客户端发送请求帧,服务器处理并发送响应帧。 - 帧格式:包括MBAP头部和PDU部分。 MBAP头部: - Transaction Identifier (事务标识符) - Protocol Identifier (协议标识符) - Length (长度) - Unit Identifier (单元标识符) PDU部分:包括功能码和数据。 数据模型: - 离散输入 - 线圈 - 输入寄存器 - 保持寄存器 回答结构: - 开头:介绍Modbus TCP。 - 主体:详细工作流程。 - 结尾:总结并添加相关问题。 在引用部分,自然地添加引用标识。例如,描述时在末尾加[^1]或[^2]。 生成相关问题: - 类似示例中的问题,如性能分析、优化方法、应用场景。 相关问题想法: 1. Modbus TCP如何确保数据传输的可靠性? 2. Modbus TCP与其他协议如Modbus RTU的区别是什么? 3. 在工业自动化中,Modbus TCP的常见问题及解决方案? 最终回答格式: - 使用标题或小节使结构清晰。 - 避免使用Markdown,但可以分段。 - 在结束时添加“相关问题”部分。 LaTeX:由于主题是通信协议,可能没有太多数学表达式。如果有变量或方程,确保使用$...$。例如,提到长度或标识符时,可以用$表示变量。 完整回答: 1. **Modbus TCP简介** 2. **通信工作流程** - 建立连接 - 请求帧结构 - 响应帧结构 - 通信过程 3. **数据模型** 4. **示例** 5. **总结** 6. **相关问题**</think>### Modbus TCP通信工作流程详解 Modbus TCP是一种基于以太网的工业通信协议,它在TCP/IP协议栈上实现Modbus的核心功能,保留了简单的请求-响应模型和数据模型(如离散输入、线圈、输入寄存器和保持寄存器)[^1]。通信工作流程主要包括建立连接、请求发送、服务器处理和响应返回四个步骤。下面我将逐步解释,确保内容真实可靠,基于标准协议规范。 #### 1. **建立连接** - Modbus TCP客户端(如PLC或HMI)通过TCP协议主动连接到服务器的502端口(默认端口)。服务器在502端口监听连接请求。 - 连接建立后,客户端和服务器之间形成一个持久的TCP会话。TCP协议负责确保数据传输的可靠性,如通过三次握手建立连接、错误检测和重传机制[^2]。 - 关键点:连接是面向连接的,不同于无连接的UDP协议,这保证了数据完整性。例如,事务标识符(Transaction Identifier)用于匹配请求和响应,防止数据包丢失或乱序。 #### 2. **请求帧发送** 客户端构建一个Modbus TCP请求帧并发送给服务器。帧格式包括MBAP头部(Modbus Application Protocol Header)和PDU(Protocol Data Unit)部分: - **MBAP头部(7字节)**: - 事务标识符(Transaction Identifier):2字节,用于唯一标识一个事务(例如$0x0001$)。 - 协议标识符(Protocol Identifier):2字节,固定为$0x0000$(表示Modbus协议)。 - 长度(Length):2字节,表示后续PDU部分的字节数。 - 单元标识符(Unit Identifier):1字节,用于标识服务器上的设备(如$0x01$表示第一个从设备)。 - **PDU部分**:包含功能码和数据: - 功能码(Function Code):1字节,指定操作类型(如$0x03$表示读取保持寄存器)。 - 数据(Data):可变长度,包含具体参数(如寄存器地址和数量)。 - 示例请求帧(读取保持寄存器): ``` Transaction ID: 0x0001, Protocol ID: 0x0000, Length: 0x0006, Unit ID: 0x01 PDU: Function Code 0x03, Starting Address 0x0000, Quantity 0x0002 ``` 这表示客户端请求读取从地址$0x0000$开始的2个保持寄存器[^2]。 #### 3. **服务器处理** - 服务器收到请求帧后,解析MBAP头部和PDU: - 验证事务标识符和单元标识符,确保请求合法。 - 根据功能码执行操作(如读取寄存器、写入线圈)。例如,功能码$0x03$对应读取保持寄存器,服务器会从内部数据存储中获取指定寄存器的值。 - 如果请求无效(如功能码不支持),服务器返回异常响应(功能码+$0x80$,并添加错误码)。 - 处理过程基于Modbus数据模型: - 离散输入(Discrete Inputs):只读布尔值(如传感器状态)。 - 线圈(Coils):可读写布尔值(如继电器控制)。 - 输入寄存器(Input Registers):只读16位值(如温度读数)。 - 保持寄存器(Holding Registers):可读写16位值(如设定参数)[^2]。 #### 4. **响应帧返回** 服务器构建响应帧并发送回客户端: - **MBAP头部**:与请求帧相同的事务标识符,确保客户端能匹配响应。 - **PDU部分**: - 功能码:与请求一致(成功时)或功能码+$0x80$(异常时)。 - 数据:包含操作结果(如寄存器值)。 - 示例响应帧(成功读取): ``` Transaction ID: 0x0001, Protocol ID: 0x0000, Length: 0x05, Unit ID: 0x01 PDU: Function Code 0x03, Byte Count 0x04, Register Values 0x1234, 0x5678 ``` 这表示服务器返回了两个寄存器的值:$0x1234$和$0x5678$[^2]。 - 通信结束后,TCP连接可保持打开以复用(减少开销),或由客户端关闭。 #### 工作流程总结 整个流程是同步的:客户端发送请求→服务器处理→服务器返回响应。典型的事务耗时在毫秒级,适用于工业自动化场景(如SCADA系统)。Modbus TCP的优势在于简单、高效,但依赖TCP的可靠性机制处理网络问题[^1][^2]。 ### 相关问题 1. Modbus TCP如何处理网络延迟或数据包丢失? 2. Modbus TCP与Modbus RTU协议在通信流程上有哪些关键区别? 3. 在工业物联网(IIoT)中,Modbus TCP的常见安全风险及防护措施是什么?
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