4.2.1 TCP與UDP通信技術

　　TCP與UDP，這些協議在絕大多數計算機上都有安裝，因此他們的使用更為普遍，但是正是由于這些協議更加基礎，因此針對它們的編程要更加復雜，用戶需要考慮如何建立連接、分配端口號、進行地址轉換等。LabVIEW為用戶提供了封裝好的VI函數，大大簡化了TCP與UDP編程。

　　網絡通信協議是網絡中傳遞、管理信息的一些規范，是計算機之間相互通信需要共同遵守的一些規則。網絡通信協議通常被分為多個層次，每一層完成一定的功能，通信在對應的層次之間進行。LabVIEW中支持的通信協議類型包括TCP/IP、UDP、串口通信協議、無線網絡協議和郵件傳輸協議。TCP/IP協議體系是目前最成功，使用最頻繁的Internet協議，有著良好的實用性和開放性。它定義了網絡層的網際互連協議IP，傳輸層的傳輸控制協議TCP、用戶數據協議UDP等。

　　選擇采用C/S模式網絡應用構架時，網絡通信利用Socket編程。Socket是TCP/IP協議傳輸所提供的接口，一般對于軟件開發主要使用兩種類型的套接字：

　　（1）流式套接字

　　流式套接字為應用程序提供可靠的通信連接和無邊界限制的雙向數據流，能夠提供有序、無重復的傳輸，適用于處理大量數據，并適用于要求得到響應的應用程序。流式套接字是基于直接連接的，建立在TCP基礎上。TCP三次握手——使用TCP協議的流程圖如圖4.2所示

　　（2）數據報套接字

　　支持雙向數據流動，但不能保證數據的順序和不重復性，同時也不十分可靠。數據報是無連接的，由UDP（用戶數據報協議）支持，幾乎是直接建立在IP層上，傳輸速度比較快。UDP即用戶數據報協議，它是一種無連接協議，因此不需要像TCP那樣通過三次握手來建立一個連接。同時，一個UDP應用可同時作為應用的客戶端或服務器端。由于UDP協議并不需要建立一個明確的連接，因此建立UDP應用要比建立TCP應用簡單得多。它比TCP協議更為高效，也能更好地解決實時性的問題。使用UDP協議的流程圖如圖4.3所示。

　　其中Socket信息數據結構程序如下：

　　struct sockaddr

　　{

　　unsigned short sa_family； /*地址族*/

　　char sa_data［14］； /*14字節的協議地址，包含該socket的IP地址和端口號。*/

　　}；

　　struct sockaddr_in

　　{

　　short int sa_family； /*地址族*/

　　unsigned short int sin_port； /*端口號*/

　　struct in_addr sin_addr； /*IP地址*/

　　unsigned char sin_zero［8］； /*填充0以保持與struct sockaddr同樣大小*/

　　}；

　　LabVIEW中為網絡通訊提供了基于TCP/UDP的通訊函數供用戶調用。這樣用戶可直接調用TCP模塊中已發布的TCP VI及相關的子VI來完成流程的編寫，而無需過多考慮網絡的底層實現。在設計上采用C/S（客戶端/服務器）通信模式，VI程序分為兩部分：處理主機工作在Server模式，完成數據接收，并提供數據的相關處理；數據點計算機工作于Client模式，實現數據傳送。TCP傳輸數據過程如下：首先由發送端發送連接請求，接收端偵聽到請求后回復并建立連接，然后開始傳輸，數據傳輸完成后關閉連接，傳輸過程結束。

　　（3）利用TCP協議通信實例

　　以下通過C/S（客戶端/服務器）通信模式實現的數據傳輸模式。

　　在服務器端，用“TCP Create Listener”節點創建偵聽，“TCP Wait on Listener”節點等待客戶機連接，通過循環產生100個正弦信號數據，用兩個“TCP Write”節點來發送數據，第一個節點用來發送波形數據的長度，第二個節點發送波形數據，最后，用“TCP Close Connection”節點結束連接。程序框圖如圖4.4所示：

　　在客戶端，用“TCP Open Connection”節點打開TCP連接，用兩個“TCP Read”節點讀取數據，第一個節點接收波形長度作為第二個節點的輸入，第二個節點接收波形數據，最后，用“TCP Close Connection”節點結束連接。程序框圖如圖4.5所示：

　　運行TCP客戶端程序，顯示結果如下圖4.6所示。