【0】复习

Modbus：modbus tcp modbus rtu

Modbus TCP:

特点：主从问答（控制采集信息）应用层协议（基于TCP通信）、默认端口502

组成：报文头（7 事物2 协议2 长度2 单元表示1）功能码（01 02 03 04 05 06 15 16）数据

总结：读数据、写单个写多个

【1】Modbus RTU

与Modbus TCP的区别

在一般工业场景使用modbus RTU的场景还是更多一些，modbus RTU基于串行协议进行收发数据，包括RS232/485等工业总线协议。

与modbus TCP不同的是RTU没有报文头MBAP字段，但是在尾部增加了两个CRC检验字节（CRC16），因为网络协议中自带校验，所以在TCP协议中不需要使用CRC校验码。

RTU和TCP的总体使用方法基本一致，只是在创建modbus对象时有所不同，TCP需要传入网络socket信息；而RTU需要传入串口相关信息。

2.特点

遵循主从问答的通信方式
采用串口的方式进行通信

设置串口参数时要求：

波特率为9600（波特率是指每秒钟传输的比特数）

8位数据位（数据位是指每个字符中包含的比特数）

1位停止位（停止位是指在每个字符传输结束后添加的比特数）

无流控（流控是指在数据传输过程中控制数据流量的一种机制，无流控表示在该设置下没有额外的控制机制来控制数据流量）

3.modbus rtu协议格式

地址码功能码数据校验码

地址码（1字节）：从机ID

功能码（1字节）：同modbus tcp（01 02 03 04 05 06 0f 10H）

数据：起始地址、地址、数量、数据、字节计数

校验码（2字节）：对地址码、功能码、数据进行校验，由函数生成

4.练习题

主机--》从机：

01 03 00 00 00 01 84 0a

01 ：从机id

03 ：功能码

00 00 ：起始地址

00 01 ：数量

84 0a：校验码

从机--》主机：

01 03 02 0014 b8 44

01 ：从机id

03 ：功能码

02 ：字节计数

00 14 ：数据

b8 44 ：校验码

参考示例：值得收藏 Modbus RTU 协议详解-CSDN博客

【2】Modbus 库

官方文档：libmodbus

1.库的安装

库的安装配置（共四步）

1. 在linux中解压压缩包

tar -xvf libmodbus-3.1.7.tar.gz

2. 进入源码目录，创建文件夹(存放头文件、库文件)

cd libmodbus-3.1.7

mkdir install

3. 执行脚本configure，进行安装配置（指定安装目录）

./configure --prefix=$PWD/install

4. 执行make和make install

make//编译

make install//安装

执行完成后会在install文件夹下生产对应的头文件、库文件件夹install，用于存放产生的头文件、库文件等

库的使用

要想编译方便，可以将头文件和库文件放到系统路径下

sudo cp include/modbus/*.h /usr/include

sudo cp lib/* -r /lib -d

后期编译时，可以直接gcc xx.c -lmodbus

头文件默认搜索路径：/usr/include 、/usr/local/include

库文件默认搜索路径：/lib、/usr/lib

2. 函数接口

modbus_t*   modbus_new_tcp(const char *ip, int port)
功能：以TCP方式创建Modbus实例，并初始化
参数：
    ip   ：ip地址
    port：端口号
返回值：成功：Modbus实例
      失败：NULL
int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)
功能：设置从机ID
参数：
    ctx   ：Modbus实例
    slave：从机ID
返回值：成功：0
       失败：-1
int   modbus_connect(modbus_t *ctx)
功能：和从机（slave）建立连接
参数：
    ctx：Modbus实例
返回值：成功：0
       失败：-1
void   modbus_free(modbus_t *ctx)
功能：释放Modbus实例
参数：ctx：Modbus实例
void   modbus_close(modbus_t *ctx)
功能：关闭套接字
参数：ctx：Modbus实例
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取线圈状态，可读取多个连续线圈的状态（对应功能码为0x01）
参数：
    ctx   ：Modbus实例
    addr ：寄存器起始地址
    nb    ：寄存器个数
    dest ：得到的状态值
返回值：成功：读到的数量
      失败：-1
int  modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取输入状态，可读取多个连续输入的状态（对应功能码为0x02）
参数：
    ctx   ：Modbus实例
    addr ：寄存器起始地址
    nb   ：寄存器个数
    dest ：得到的状态值
返回值：成功：返回nb的值
      失败：-1
int  modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读取保持寄存器的值，可读取多个连续保持寄存器的值（对应功能码为0x03）
参数：
    ctx   ：Modbus实例
    addr ：寄存器起始地址
    nb    ：寄存器个数
    dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
       失败：-1
int   modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读输入寄存器的值，可读取多个连续输入寄存器的值（对应功能码为0x04）
参数：
    ctx   ：Modbus实例
    addr ：寄存器起始地址
    nb    ：寄存器个数
    dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
       失败：-1
int  modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);
功能：写入单个线圈的状态（对应功能码为0x05）
参数：
    ctx     ：Modbus实例
    addr  ：线圈地址
    status：线圈状态
返回值：成功：1
      失败：-1
int  modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);
功能：写入多个连续线圈的状态（对应功能码为15）
参数：
    ctx     ：Modbus实例
    addr  ：线圈地址
    nb     ：线圈个数
    src    ：多个线圈状态
返回值：成功：写入的数量
      失败：-1
int  modbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);
功能：  写入单个寄存器（对应功能码为0x06）
参数： 
    ctx    ：Modbus实例
    addr  ：寄存器地址
    value ：寄存器的值 
返回值：成功：1
       失败：-1
int  modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);
功能：写入多个连续寄存器（对应功能码为16）
参数：
    ctx    ：Modbus实例
    addr  ：寄存器地址
    nb     ：寄存器的个数
    src    ：多个寄存器的值 
返回值：成功：写入的数量
      失败：-1

float modbus_get_float_dcba(const uint16_t *src)
功能：读取浮点类型的数据
参数：src：读到数据的存放数组
返回值：转换后的浮点类型

【3】HTTP协议

1.http简介

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写，是用于Web Browser（浏览器）到Web Server（服务器）进行数据交互的传输协议。

HTTP是应用层协议

HTTP是一个基于TCP通信协议传输来传递数据（HTML 文件, 图片文件, 查询结果等）

HTTP协议工作于B/S架构上，浏览器作为HTTP客户端通过URL主动向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求，Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。

HTTP默认端口号为80，但是你也可以改为其他端口

2.http特点

HTTP是无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并给客户应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

（需要注意一点：HTTP协议本身是无连接的，即每个请求和响应都是独立的。但是http是基于TCP协议的连接管理方式，想要与长连接和短连接用于优化HTTP请求和响应的传输效率。长连接是指在一个TCP连接上可以发送多个HTTP请求和响应，而不需要每次请求都建立和关闭一个新的TCP连接。短连接是指每个HTTP请求和响应都使用一个新的TCP连接。）

HTTP是媒体独立：这意味着，只要客户端和服务器知道如何处理的数据内容，任何类型的数据都可以通过HTTP发送。客户端以及服务器指定使用适合的MIME-type内容类型。

HTTP是无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。无状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

HTTP 协议同学可能都知道，HTTP 协议是以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了 Web 浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此 HTTP 协议不适合传输一些敏感信息，比如信用开号、密码等。
为了解决 HTTP 协议的这一缺陷，需要使用另一种协议：HTTPS 协议。
HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的 HTTP 通道，简单来说就是 HTTP 的安全版。即在 HTTP 下加入 SSL 协议，SSL 依靠证书来验证服务器的身份，并为浏览器和服务器之间的通信加密。
HTTPS 和 HTTP 的区别主要为以下三点：
● 1.http 是超文本传输协议，信息是明文传输；https 协议是由 http + ssl 协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，信息是密文传输，比 http 协议安全。
● 2.https 协议需要到 ca 申请证书，一般免费证书很少，需要缴费
● 3.http 和 https 使用的默认端口也不一样，前者是 80，后者是 443

3.http协议格式

区分地址栏

1）请求数据格式

客户端发送一个HTTP请求到服务器的请求消息包括以下格式：请求行、请求头部、空行（把数据和前面分开）和请求数据四个部分组成，下图给出了请求报文的一般格式。

请求行：

请求行是由请求方法字段、url字段、http协议版本字段3个部分组成。请求格式如：

url：路径

http的请求方式：

http协议中共定义了八种数据的请求方法。分别是：OPTIONS、HEAD、GET、POST、PUT、DELETE、TRACE、CONNECT；我们在实际应用中常用的也就是 get 和 post，其他请求方式也都可以通过这两种方式间接的来实现。

（增POST 删DELETE 改PUT 查GET）

格式：请求方法请求URL HTTP版本

示例：GET /api/temperature HTTP/1.1

HTTP/1.0：每次请求需建立新的 TCP 连接（短连接），效率低。

HTTP/1.1：默认使用 “持久连接”（一个 TCP 连接可处理多个请求），支持管道化（客户端可连续发送多个请求），新增缓存机制（如Cache-Control）。

HTTP/2：引入二进制帧、多路复用（一个 TCP 连接并行处理多个请求，避免队头阻塞）、服务器推送等，大幅提升性能。

HTTP/3：基于 QUIC 协议（UDP 之上的可靠传输），解决 TCP 队头阻塞问题，进一步优化弱网环境下的性能。

GET方法和POST方法的区别？ 都是请求数据格式

Post（处理数据，服务器处理完后返回客户端，一般处理复杂一点的数据）

GET通常用来从服务器上获得数据，而非修改信息；POST用来向服务器传递数据。

请求数据时带参数时；GET请求的数据会附加在URL之后，以?分割URL和传输数据，多个参数用&连接。POST请求会把请求的数据放置在HTTP请求包的包体中。因此，GET请求的数据会暴露在地址栏中，而POST请求则不会。

get请求可能没有请求数据，也可能有请求数据，但是请求数据不会在请求格式里请求数据处，会在地址栏中（也会在请求格式的url后面以？分割），post请求，有数据会在请求格式里请求数据处，一定不会在地址栏中（也不会在url之后跟着）

2、传输数据的大小；在HTTP规范中，没有对URL的长度和传输的数据大小进行限制。但是在实际开发过程中，对于GET，特定的浏览器和服务器对URL的长度有限制。因此，在使用GET请求时，传输数据会受到URL长度的限制。对于POST，由于不是URL传值，理论上是不会受限制的，但是实际上各个服务器会规定对POST提交数据大小进行限制，Apache、IIS都有各自的配置。

3、GET请求返回的内容可以被浏览器缓存起来。而每次提交的POST，浏览器在你按下F5的时候会跳出确认框，浏览器不会缓存POST请求返回的内容

4、GET对数据进行查询，POST主要对数据进行增删改！简单说，GET是只读，POST是写

5、对于参数的数据类型，get只接受ASCII字符，而post没有限制。

请求头部

也被称作消息报头,请求头是由一些键值对组成，每行一对，关键字和值用英文冒号“:”分隔。允许客户端向服务器发送一些附加信息或者客户端自身的信息，典型的请求头如下:

Accept：作用：描述客户端希望接收的响应数据类型；示例：Accept:text/html

Accept-Charset：作用：浏览器可以接受的字符编码集；示例：Accept-Charset:utf-8

Connection：作用：表示是否需要持久连接，注意HTTP1.1默认进行持久连接；示例：Connection:close

Content-Length：作用：请求的内容长度：示例：Content-Length:348

Content-Type：作用：描述客户端发送的 body 数据类型

Accept-Language：作用：浏览器可接受的语言；示例：Accept-Language:en

空行

最后一个请求头之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有请求头。

请求体

请求数据：请求数据不在GET方法中使用，而是在POST方法中使用。POST方法适用于需要客户填写表单的场合。与请求数据相关的最常使用的请求头是Content-Type和Content-Length。

请求体：可选，存放需要提交的数据（仅POST/PUT等方法常用）。

示例（JSON 格式）：

{"device_id": "sensor_001", "temperature": 25.5, "humidity": 60}

2）响应数据格式

HTTP响应也由四个部分组成，分别是：状态行、消息报头、空行和响应正文。

状态行：由三部分组成，HTTP协议的版本号、状态码、以及对状态码的文本描述。例如：HTTP/1.1 （协议版本）200 （状态码）OK (CRLF) 。（200表示请求已经成功）

状态行：包含 3 部分，格式：HTTP版本状态码原因短语

示例：HTTP/1.1 200 OK

状态码：3 位数字，表示请求处理结果：

1xx（信息）：请求已接收，继续处理（如 100 Continue）。

2xx（成功）：请求正常处理（如 200 OK）。

3xx（重定向）：需要进一步操作（如 302 Found，临时重定向）。

4xx（客户端错误）：请求有误（如 404 Not Found，资源不存在；400 Bad Request，参数错误）。

5xx（服务器错误）：服务器处理失败（如 500 Internal Server Error）。

响应头：类似请求头，描述响应的附加信息。

常见字段：

Content-Type：响应体的数据类型（如application/json、text/html）。

Content-Length：响应体长度。

Server：服务器标识（如Server: Nginx）。

Cache-Control：缓存策略（如Cache-Control: max-age=3600，缓存 1 小时）。

响应体：服务器返回的实际数据（如网页 HTML、JSON 接口数据、图片二进制流）。

示例（JSON 响应）：

{"code": 0, "msg": "success", "data": {"max_temp": 30.0}}

200 OK：请求成功，服务器成功处理了请求并返回所请求的资源。
301 Moved Permanently：请求的资源已永久移动到新的URL，客户端应更新其链接。
302 Found：请求的资源暂时移动到新的URL，客户端应继续使用原始URL。
400 Bad Request：服务器无法理解请求的语法，通常是由于客户端发送的请求不正确导致的。
401 Unauthorized：请求要求身份验证，客户端需要提供有效的身份凭证。
403 Forbidden：服务器拒绝请求，客户端没有访问所请求资源的权限。
404 Not Found：请求的资源不存在，服务器无法找到所请求的资源。
500 Internal Server Error：服务器内部错误，无法完成请求的处理。
503 Service Unavailable：服务器当前无法处理请求，通常是由于服务器过载或维护导致

HTTP 通信完整过程

（以 “嵌入式设备向服务器发送传感器数据” 为例）

假设场景：ESP32（客户端）通过 HTTP POST 向云平台（服务器api.iot-platform.com）发送温湿度数据。

1. 前置步骤：DNS 解析

客户端需要先将服务器域名（api.iot-platform.com）解析为 IP 地址（如120.53.xx.xx），通过 DNS 服务器完成。

2. 建立 TCP 连接（三次握手）

HTTP 基于 TCP，通信前需先建立连接：

客户端→服务器：发送 SYN 包（请求建立连接）。
服务器→客户端：返回 SYN+ACK 包（同意连接）。
客户端→服务器：发送 ACK 包（确认连接）。

连接建立后，双方可开始传输 HTTP 数据。

3. 客户端发送 HTTP 请求

ESP32 构造 POST 请求报文并发送，示例：

POST /api/upload HTTP/1.1

Host: api.iot-platform.com

User-Agent: ESP32-HTTP-Client

Content-Type: application/json

Content-Length: 56

{"device_id": "esp32_001", "temp": 25.3, "humi": 58.2}

4. 服务器处理请求并返回响应

服务器接收请求，解析 URL（/api/upload）和请求体，验证数据合法性。
处理完成后，返回响应报文（状态码 200 表示成功）：

HTTP/1.1 200 OK

Server: Nginx

Content-Type: application/json

Content-Length: 30

{"code": 0, "msg": "upload success"}

5. 关闭连接（四次挥手，可选）

若为 HTTP/1.0（短连接）：数据传输完成后，TCP 连接关闭（四次挥手）。
若为 HTTP/1.1（默认持久连接）：连接可复用，用于后续请求（节省建立连接的时间），闲置一段时间后自动关闭。