TCP、UDP 和串口通信-学习笔记

一、核心概念对比

特性	TCP	UDP	串口通信 (Serial)
连接方式	面向连接 (需三次握手)	无连接	点对点直连
可靠性	可靠传输 (丢包重传/顺序保证)	不可靠 (可能丢包乱序)	物理层直连，可靠性取决于硬件
速度	较慢 (有连接/确认开销)	极快 (无连接开销)	中速 (取决于波特率)
应用场景	Web/邮件/文件传输	视频流/DNS/游戏实时数据	嵌入式设备/传感器/工业控制
数据边界	字节流 (无消息边界)	数据报文 (有明确边界)	字节流 (需自定义协议)

二、Python 实现代码

1.TCP 通信 (可靠传输)

python 复制代码

# ===== TCP Server =====
import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 8888))
server.listen()

print("TCP Server 等待连接...")
client, addr = server.accept()
print(f"客户端 {addr} 已连接")

while True:
    data = client.recv(1024)
    if not data: break
    print(f"收到: {data.decode()}")
    client.send(b"Server Received")
    
client.close()
server.close()

# ===== TCP Client =====
import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('localhost', 8888))

client.send(b"Hello TCP Server!")
response = client.recv(1024)
print(f"服务端响应: {response.decode()}")

client.close()

2.UDP 通信 (高速传输)

python 复制代码

# ===== UDP Server =====
import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('0.0.0.0', 9999))

print("UDP Server 等待数据...")
while True:
    data, addr = server.recvfrom(1024)
    print(f"收到来自 {addr} 的消息: {data.decode()}")
    server.sendto(b"ACK", addr)

# ===== UDP Client =====
import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
client.sendto(b"Hello UDP Server!", ('localhost', 9999))

response, addr = client.recvfrom(1024)
print(f"收到响应: {response.decode()}")

client.close()

3.串口通信 (设备直连)

python 复制代码

# 首先安装：pip install pyserial

# ===== 串口收发示例 =====
import serial
import time

# 配置串口参数 (根据实际设备修改)
ser = serial.Serial(
    port='/dev/ttyUSB0',  # Windows 用 'COM3'
    baudrate=9600,        # 波特率
    bytesize=serial.EIGHTBITS,
    parity=serial.PARITY_NONE,
    stopbits=serial.STOPBITS_ONE
)

try:
    while True:
        # 发送数据
        ser.write(b"PING\n")  
        print("发送: PING")
        
        # 接收数据 (带超时)
        if ser.in_waiting > 0:
            data = ser.readline().decode().strip()
            print(f"收到: {data}")
            
        time.sleep(1)
        
except KeyboardInterrupt:
    ser.close()
    print("串口已关闭")

三、关键技术要点

TCP粘包处理 ：使用消息头声明长度或添加特殊分隔符

python 复制代码

# 发送带长度的消息
msg = b"Hello World"
client.send(len(msg).to_bytes(4, 'big') + msg)

UDP应用控制：需要自行实现超时重传/数据校验
串口协议设计 ：
- 常用协议：Modbus, NMEA-0183 (GPS)
- 数据帧示例：[起始符][长度][数据][校验和][结束符]
非阻塞通信 ：使用setblocking(False) + select模块处理多连接

调试工具推荐：

TCP/UDP测试：NetAssist (Windows) / nc (Linux)

串口调试：Serial Port Utility (Mac/Win) / CuteCom (Linux)

协议分析：Wireshark

这里是个人常用的调试工具集合

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