串口转TCPIP的TCP工作模式选择
作者：上海卓岚信息科技有限公司 来源：
　　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。然后介绍如何用zlvircom配置串口转TCP/IP并和SocketDlgTest程序通信。
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连接有长连接和短连接之分。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。
1.3 UDP广播
　　UDP相对于TCP来说UDP的一个优势是可以实现一对多的通信。以下就介绍UDP广播和UDP组播。
　　UDP广播：UDP广播包不同于普通的UDP数据包，UDP广播说明如下：
UDP广播包一般只能够在局域网内部存在，也就是说它是不能够实现跨路由通信的。
同一个局域网内的所有的计算机都能够接收到广播包。这样增加了网络的负担，同时安全性也会降低。
卓岚ZLSN系列模块支持发送和接受UDP广播包。另外SocketDlgTest也支持发送和接受UDP广播数据包，可以用于UDP广播调试。
1.4 UDP组播
　　UDP组播：UDP单播（即普通的UDP通信）可以实现点与点之间的通信。UDP的广播可以实现一点向多点发送数据。但是UDP广播存在以下缺点：不仅需要接收数据的联网模块可以收到数据，任何一台局域网中的计算机都可以收到数据，这样数据包保密性不强，同时也给不愿接收该数据的计算机增加了负担。
　　UDP组播可以解决以上问题，UDP组播可以实现一点向多点发送数据，而且只有加入某个组播组的联网模块才可以收到数据，不会对组播组外的模块或计算机增加接收负担，减轻了网络负荷。
　　为了确定您购买的卓岚产品是否支持UDP组播请打开ZLVircom程序的设备设置对话框，点击“更多高级选项”，如果该设备支持的高级功能中“UDP组播”是打勾的则表明该设备支持UDP组播。
2.工作模式的选择
2.1 TCP和UDP的选择
　　在TCP和UDP选择上，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。而UDP则无此问题。
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（一个目的IP），所以多个中心无法监控一个TCP客户端模式的模块（除非采用卓岚的“类AT命令”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服务端的方式。如果需要多个计算机同时（不是分时）监控一个ZLSN模块，请选择为核心的多TCP连接模块，ZLSN2090支持同时存在100个TCP连接。
2.哪方知道对方IP地址。如果通信的AB双方中如果有一方（例如A）不知道对方（例如B）的IP地址，那么A必须作为TCP服务器。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何时需要建立连接，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。
3.参数配置和网络连接
　　这里介绍，如何用zlvircom配置串口转TCP/IP并和SocketDlgTest程序通信。卓岚串口转TCP/IP遵守的是标准的TCP/IP协议，所以任何遵守该协议的网络终端都可以和联网产品通信，卓岚科技提供了网络调试工具（SocketDlgTest程序，用户可以在开始菜单/程序/ZLVircom/调试工具，找到该软件）来模拟网络终端来和串口转TCP/IP产品通信。
　　要想两个网络终端（这里是网络调试工具和串口转TCP/IP产品）能够通信，其参数配置必须需要配对。
3.1 UDP模式
　　在UDP模式下，参数配置如图 2所示，左边为zlvircom中串口转TCP/IP产品的配置，右边为网络调试工具SocketDlgTest的设置。首先必须两者都是UDP工作模式。另外用红色箭头表示的，网络工具的目的IP和目的端口必须指向联网产品的本地IP和本地端口。用蓝色箭头表示的，联网产品的目的IP必须是网络工具所在计算机的IP地址，而联网产品的目的端口必须是网络调试工具的本地端口。这些网络参数配置好后才能保证双向的UDP数据通信。
图2. UDP模式参数配置
3.2 TCP客户端
　　在TCP模式下工作模式有两种TCP服务端和TCP客户端，不论采用哪一种模式，必须一方是服务端，另一方是客户端，之后客户端才能访问服务端，都为客户端或者服务端则无法实现通信。
当串口转TCP/IP作为客户端时，必须有3个对应关系，如图 3所示。串口转TCP/IP的工作模式为客户端对应SocketDlgTest的服务器模式，串口转TCP/IP的目的IP必须是SocketDlgTest所在计算机的IP地址，串口转TCP/IP产品的目的端口必须是SocketDlgTest的本地端口。这样设置后串口转TCP/IP即可自动连接网络工具，连接建立后即可收发数据。
图3. 串口转TCP/IP作为客户端
3.3 TCP服务器
　　当串口转TCP/IP产品作为服务端时，也有3个对应关系，如图 3 所示，这里不一一解说。这样设置后点击网络工具的打开按钮即可和串口转TCP/IP产品建立TCP连接，连接建立后即可收发数据。
图4. 串口转TCP/IP作为服务器
4.两个设备对联工作模式配置
　　如果上位机不是Socket程序（SocketDlgTest）也不是ZLVircom，而是两台设备通过网口连接的，配置方法也是类似的。首先用户需要将2台设备、计算机连接到同一个局域网中。这台计算机上运行ZLVircom（或者ZLDevManage），连接计算机的目的只是为了配置，配置完成后计算机可以不必连接。
　　点击ZLVircom的设备管理，找到这2台设备，如图6所示。然后点击“设备编辑”，对设备进行配置。设备对联可以分为TCP对联和UDP对联。如果是TCP对联方式，两台设备的参数如图5所示。箭头所示的参数必须对应起来，如同“3.2 TCP客户端”和“3.3 TCP服务器”的对应方式一样。TCP连接成功后，可以通过回到“设备管理”对话框看连接状态，如图6所示，如果两台设备的状态都是“已连接”则表示两台设备的TCP链路已经建立。
图 5. TCP设备对联参数配置
图6. TCP设备对联成功检查
　　如果是UDP方式对联的，配置参数如图7所示，箭头对应的参数必须是一一对应的。UDP对联只要参数配置正确不必检查连接状态，发送的数据会自动发送到指定的设备。
图7. UDP设备对联参数配置
　　最后需要提醒一下，如果是设备对联的，除了网口参数按照以上设置外，还必须设置正确的串口参数。主要是联网产品的波特率等需要和用户的设备的波特率等一致。这样设置以后，用户设备可以通过两台联网产品的串口互相发送数据。
　　更加详细的内容参考：
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沪ICP备号 版权所有@上海卓岚信息技术有限公司TCP和UDP的区别和优缺点 - CSDN博客
TCP和UDP的区别和优缺点
1、TCP与UDP区别总结：
1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
Tcp通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。
3、UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。
4.每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
5、TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。
2、为什么UDP有时比TCP更有优势?
UDP以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP,如实时游戏。
（1）网速的提升给UDP的稳定性提供可靠网络保障，丢包率很低，如果使用应用层重传，能够确保传输的可靠性。
（2）TCP为了实现网络通信的可靠性，使用了复杂的拥塞控制算法，建立了繁琐的握手过程，由于TCP内置的系统协议栈中，极难对其进行改进。
采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续的包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延时会越来越大，基于UDP对实时性要求较为严格的情况下，采用自定义重传机制，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成影响。
3、UDP和TCP编程步骤也有些不同，如下：
TCP编程的服务器端一般步骤是：&
　　1、创建一个socket，用函数socket()； & &&SOCKET SocketListen =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,
IPPROTO_TCP);
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt(); * 可选&
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
SOCKET_ERROR =&bind(SocketListen,(const sockaddr*)&addr,sizeof(addr))
　　4、开启监听，用函数listen()； & & & & & & & &&SOCKET_ERROR
== listen(SocketListen,2)
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()； & &SOCKET SocketWaiter
= accept(SocketListen,
& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &&_Out_&&&&struct
sockaddr *addr
&_Inout_&&int
*addrlen);
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();&
　　7、关闭网络连接；&closesocket(SocketListen);closesocket(SocketWaiter);
　　8、关闭监听；&
SOCK_STREAM这种的特点是面向连接的，即每次收发数据之前必须通过connect建立连接，而SOCK_DGRAM这种是User
Datagram Protocol协议的网络通讯，它是无连接的，不可靠的。
TCP编程的客户端一般步骤是：&
　　1、创建一个socket，用函数socket()；&
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选&
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选&
　　4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性；&
　　5、连接服务器，用函数connect()；&
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();&
　　7、关闭网络连接；
_In_&&SOCKET s,
//向哪个socket发送，accept返回的socket。
_In_&&const char *buf,
_In_&&int len,
_In_&&int flags
send(SocketClient,(const char *)&fh,sizeof(fh),0);
recv(SocketClient,szbuf,sizeof(szbuf),0);
与之对应的UDP编程步骤要简单许多，分别如下：&
　　UDP编程的服务器端一般步骤是：&
　　1、创建一个socket，用函数socket()；&
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选&
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();&
　　4、循环接收数据，用函数recvfrom();&
　　5、关闭网络连接；&
UDP编程的客户端一般步骤是：&
　　1、创建一个socket，用函数socket()；&
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选&
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选&
　　4、设置对方的IP地址和端口等属性;&
　　5、发送数据，用函数sendto();&
　　6、关闭网络连接；
int recvfrom(
_In_&&&&&&&&&SOCKET s,
//绑定的socket
_Out_&&&&&&&&char *buf,
_In_&&&&&&&&&int len,
_In_&&&&&&&&&int flags,
_Out_&&&&&&&&struct sockaddr *from,
//用来接收对方的
_Inout_opt_&&int *fromlen
int nres=recvfrom(pThis-&m_socketListen,szBuf,sizeof(szBuf),0,(sockaddr*)&addrClient,&nSize);//0处标志位
sendto(m_socketListen,szBuffer,nSize,0,(const sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr_in))
TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。
4、将socket设置为广播属性
bool optval=
setsockopt(m_socketListen,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,(const char *)&optval,sizeof(bool));
5、将Socket设置为非阻塞。
//bool benable=
//ioctlsocket(m_socketListen,FIONBIO,(u_long*)&benable);
6、Tcp头，20字节
7、UDP首部,8个字节
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为什么UDP有时比TCP更有优势
随着网络技术飞速发展，网速已不再是传输的瓶颈，UDP协议以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP，如网页浏览、流媒体、实时游戏、物联网。
1，网速的提升给UDP稳定性提供可靠网络保障
CDN服务商Akamai（NASDAQ: AKAM）报告从2008年到2015年7年时间，各个国家网络平均速率由1.5Mbps提升为5.1Mbps，网速提升近4倍。网络环境变好，网络传输的延迟、稳定性也随之改善，UDP的丢包率低于5%，如果再使用应用层重传，能够完全确保传输的可靠性。
2，对比测试结果UDP性能优于TCP
为了提升浏览速度，Google基于TCP提出了SPDY协议以及HTTP/2。Google在Chrome上实验基于UDP的QUIC协议，传输速率减少到100ms以内。
Google采用QUIC后连接速率能有效提升75%。
Google搜索采用QUIC后页面加载性能提升3%。
YouTube采用QUIC后重新缓冲次数减少了30%。
3, TCP设计过于冗余，速度难以进一步提升
TCP为了实现网络通信的可靠性，使用了复杂的拥塞控制算法，建立了繁琐的握手过程以及重传策略。由于TCP内置在系统协议栈中，极难对其进行改进。
4,&UDP协议以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP
4.1&网页浏览
使用UDP协议有三个优点 ：
4.2&流媒体
采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延迟会越来越大。基于UDP的协议如WebRTC是极佳的选择。
2010年google 通过收购 Global IP Solutions，获得了WebRTC（网页实时通信，Web Real-Time Communication）技术，用于提升网页视频速率。
4.3&实时游戏
对实时要求较为严格的情况下，采用自定义的可靠UDP协议，比如Enet、RakNet（用户有sony online game、minecraft）等，自定义重传策略，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成的影响。
采用UDP的经典游戏如FPS游戏Quake、CS，著名的游戏引擎Unity3D采用的也是RakNet。
4.4&物联网
2014年google旗下的Nest建立Thread Group，推出了物联网通信协议Thread，完善物联网通信。
采用UDP有3个关键点：
如今全球将近50%的人都在使用互联网，人们不断的追求更快、更好的服务，一切都在变化，在越来越多的领域，UDP将会抢占TCP的主导地位。
以上内容原文链接：/?p=668
附：TCP和UDP的区别
TCP(传输控制协议)：
1)提供IP环境下的数据可靠传输(一台计算机发出的字节流会无差错的发往网络上的其他计算机，而且计算机A接收数据包的时候，也会向计算机B回发数据包，这也会产生部分通信量)，全双工操作(数据在两个方向上能同时传递)，多路复用服务，是面向连接，端到端的传输，提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，等功能
2)面向连接：正式通信前必须要与对方建立连接。事先为所发送的数据开辟出连接好的通道，然后再进行数据发送，像打电话。
3)TCP支持的应用协议：Telnet(远程登录)、FTP(文件传输协议)、SMTP(简单邮件传输协议)。TCP用于传输数据量大，可靠性要求高的应用。
UDP(用户数据报协议，User Data Protocol)
1)UDP是非连接的(正式通信前不必与对方建立连接，不管对方状态就直接发送，像短信，QQ。因而传输速度快)，不能提供可靠性、流控、超时重发功能。它是一个简单的面向数据报的运输层协议，只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。UDP用于一次只传送少量数据，可靠性要求低、传输经济等特点。
2) UDP支持的应用协议：NFS(网络文件系统)、SNMP(简单网络管理系统)、DNS(主域名称系统)、TFTP(通用文件传输协议)等。
TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。
UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。
联系：都是工作在传输层的协议
UDP构建可靠数据传输
简单来讲，要使用UDP来构建可靠的面向连接的数据传输，就要实现类似于TCP协议的超时重传，有序接受，应答确认，滑动窗口流量控制等机制，等于说要在传输层的上一层（或者直接在应用层）实现TCP协议的可靠数据传输机制，比如使用UDP数据包+序列号，UDP数据包+时间戳等方法，在服务器端进行应答确认机制，这样就会保证不可靠的UDP协议进行可靠的数据传输，不过这好像也是一个难题！
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