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
//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){// UDPudpClient= new UdpClient();udpClient.Connect(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));master = ModbusIpMaster.CreateIp(udpClient);}else if (raRUTOT.Checked){// RTU Over TCPtcpClient = new TcpClient();tcpClient.ConnectAsync(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));
master = ModbusSerialMaster.CreateRtu(tcpClient);}else{ // RTU Over UDPudpClient = 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 0X10ushort [] data = master.ReadHoldingRegisters(1,0,4);}},cts.Token);