第四阶段C#通讯开发-9：网络协议Modbus下的TCP与UDP

1_串行端口

指的是运行在串行通信物理层上的 Modbus 协议，主要有两种：

Modbus RTU（远程终端单元）：最常用、最经典的串行 Modbus 版本。数据以二进制形式传输，紧凑高效。
Modbus ASCII：一种较老、较少使用的变体。数据以可读的ASCII字符（十六进制）传输，效率较低，但易于调试。
工作原理 ：基于 RS-485 （多节点、长距离）或 RS-232 （点对点、短距离）电气标准。是一种点对点 或总线型的物理连接。
特点：
- 优点：简单、可靠、硬件成本低、抗干扰能力强（RS-485）。
- 缺点：通信速度较慢、传输距离有限（通常<1200米）、布线复杂（尤其是多设备时）。
典型应用：传统的工业控制系统，车间内连接PLC、仪表、电机驱动器等设备。

2_Modbus TCP/IP

这是将 Modbus 协议嵌入到现代以太网 TCP/IP 协议栈中的版本。

工作原理 ：它把 Modbus 协议（应用层数据）作为有效载荷封装在 TCP（传输控制协议） 数据包中。TCP 是一种面向连接的协议，能确保数据包的顺序和可靠传输。
特点：
- 优点：速度快（以太网速度）、传输距离远（可跨局域网甚至互联网）、布线简单（使用标准网线和水晶头）、支持大量设备连接（理论上可达IP地址上限）。
- 缺点：需要设备具有以太网端口，协议开销比串行版稍大。
典型应用 ：现代工厂的信息化层，用于连接车间的控制器与上位的监控系统（SCADA）、制造执行系统（MES）或云平台。是当前最主流的工业以太网协议之一。

3_Modbus UDP/IP

与 Modbus TCP/IP 类似，但使用了不同的传输层协议。

工作原理 ：它将 Modbus 协议封装在 UDP（用户数据报协议） 数据包中。UDP 是一种无连接的协议，不保证数据包的顺序或送达。
特点：
- 优点：通信速度极快、协议开销更小（没有建立连接和确认机制）。
- 缺点： 不可靠，数据包可能丢失或乱序。
典型应用 ：适用于对实时性要求极高，但可以容忍偶尔数据丢失的场景，例如广播式查询（一个主站同时向多个从站发送指令）或高速数据采集。

4_Modbus RTU Over TCP/IP 与 5. Modbus RTU Over UDP/IP

这两种是"隧道"或"封装"技术，可以理解为"在以太网上跑串行数据"。

工作原理 ：它不修改原始的 Modbus RTU 数据帧。而是将整个 RTU 数据帧（包括地址、功能码、数据和CRC校验）原封不动地作为有效载荷，装入一个 TCP 或 UDP 数据包中进行传输。
与 Modbus TCP/IP 的关键区别：
- Modbus TCP 有自己新的帧结构（增加了MBAP头，去掉了CRC校验，改用TCP本身的校验）。
- RTU Over TCP/IP 只是把串行线上的比特流通过网线来传输。
特点：
- 优点：方便实现串行设备联网。通过一个"网关"或"转换器"，可以将传统的串口 Modbus 设备轻松接入以太网，而无需修改设备本身的固件。
- 缺点：效率低于原生 Modbus TCP，因为保留了冗余的校验和帧结构。
典型应用：
- 使用串口服务器（Serial-to-Ethernet Converter）将串口设备（如一台Modbus RTU的PLC）连接到网络。
- 一些软件或网关为了兼容性，会选择这种方式来透明传输数据。

6_核心区别对比表

协议	通信类型 / 可靠性	速度	典型应用场景	简单比喻
串行端口 (Modbus RTU)	串行线，可靠	慢	传统设备，车间底层控制	写信：一对一或一对多广播，速度慢但可靠。
Modbus TCP/IP	基于TCP，面向连接，可靠	快	现代工业网络，设备与上位机通信	打电话：先拨号建立连接，保证对话有序不丢失。
Modbus UDP/IP	基于UDP，无连接，不可靠	极快	高速广播、实时性要求高的场景	大声喊话：快速向一群人喊话，但可能有人没听清。
Modbus RTU Over TCP/UDP	隧道模式，可靠性取决于底层(TCP/UDP)	中等	串口设备通过网络扩展	把信装在快递盒里通过网络寄送：内容还是信（RTU帧），但用了更快的运输方式（网络）。

7_Modbus TCP和设备通讯

在使用Modbus TCP和设备通讯时，角色划分：设备（模拟器）充当了服务器。开发的软件充当了客户端。客户端去服务器上请求数据。即：开发的软件从设备上采集数据。

8_示例代码

（1）编写客户端之前，需要设置从机的连接方式为Modbus(TCP或UDP)

（2）与之前Socket（TCP/UDP），SerialPort之间的区别

之前的串口使用Modbus创建主机实例的时候，需要传入SerialPort示例作为参数，现在需要使用TCP或者UDP创建，并使用ModbusIpMaster.CreateIP创建主机，与从机进行通讯

Modbus （RTU OverUDP）需要UDP实例，Modbus(RTUOverTCP)需要TCP实例

示例主要代码

cs 复制代码

//连接
private void btnConn_Click(object sender, EventArgs e)
{
    if (raTCP.Checked)
    {
        //TCP
        //创建了一个tcp客户端
        tcpClient = new TcpClient();
        //连接
        tcpClient.ConnectAsync(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));
        // ModbusSerialMaster.CreateRtu("串口对象");
        master = ModbusIpMaster.CreateIp(tcpClient);

    }
    else if (raUDP.Checked)
    {
        // UDP
        udpClient=  new UdpClient();
        udpClient.Connect(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));
        master = ModbusIpMaster.CreateIp(udpClient);
    }
    else if (raRUTOT.Checked)
    {
        // RTU  Over  TCP
        tcpClient = new TcpClient();
        tcpClient.ConnectAsync(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));

        master = ModbusSerialMaster.CreateRtu(tcpClient);
    }
    else
    { // RTU  Over  UDP
        udpClient = new UdpClient();
        udpClient.Connect(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));
        master = ModbusSerialMaster.CreateRtu(udpClient);
    }
}

//实时读取
Task.Run(async () =>
         {
             while (!cts.IsCancellationRequested)
             {
                 //读取数据
                 //ReadXXXX() 发的就是请求报文(采集数据,相当于功能码 )0X03)
            //WriteXXXX() 发的也是请求报文(更改数据,相当于功能码) 0X06 0X10
                 ushort [] data =  master.ReadHoldingRegisters(1,0,4);
             }
         },cts.Token);