2、TCP/IP基础回顾：IP地址、端口号、三次握手与四次挥手
各位同学，咱们今天聊点实在的。Modbus TCP 说到底，就是把 Modbus 报文塞进 TCP 包里跑。所以，TCP/IP 的基础不过关，后面组网调试你会很痛苦。我见过太多工程师，拿着抓包软件一脸懵，就是因为搞不清握手和挥手。
这一节，咱们把 IP 地址、端口号、三次握手、四次挥手这几个核心概念，用实战的眼光捋一遍。别嫌基础，基础不牢，地动山摇。
2.1 IP地址：设备在网络中的门牌号
IP 地址，说白了就是设备的门牌号。你想想看，整个工厂几百台设备，PLC、HMI、变频器、传感器，它们之间要通信，总得知道对方在哪吧？IP 地址就是干这个的。
目前主流还是 IPv4，32 位，写成四个十进制数，比如 192.168.1.100。每个数范围 0~255。嗯，这里要注意，0 和 255 有特殊用途，别乱用。
举个例子：192.168.1.100/24，这里的 /24 就是子网掩码 255.255.255.0。前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。所以这个网段里，可用的主机地址是 192.168.1.1 到 192.168.1.254。
我在项目中遇到过一件事：有个现场，PLC 和上位机怎么都连不上。我过去一看，PLC 设的是 192.168.1.100，上位机设的是 192.168.2.100，子网掩码都是 255.255.255.0。这俩根本不在一个网段，能通才怪！
2.2 端口号：区分同一台设备上的不同服务
IP 地址找到了设备，但设备上跑着好多服务呢。比如一台 PLC，既跑 Modbus TCP，又跑 Web 配置页面，还跑 FTP 上传程序。数据包来了，该交给谁？
端口号就是干这个的。它是一个 16 位的数字，范围 0~65535。其中：
- 0~1023：知名端口，系统服务用。比如 HTTP 是 80，HTTPS 是 443。
- 1024~49151：注册端口，应用程序用。Modbus TCP 默认就是 502。
- 49152~65535：动态/私有端口，客户端临时用。
Modbus TCP 的默认端口是 502。这个端口是 IANA 分配给 Modbus 协议的。不过，我建议你在实际项目中，如果可能，尽量用默认端口。为什么？因为很多防火墙和交换机默认放行 502 端口，你改了反而可能被拦。
端口号在 TCP 报文里是这么放的：
TCP 报文头结构（20 字节）：
+--------+--------+--------+--------+
| 源端口 (16位) | 目的端口 (16位) |
+--------+--------+--------+--------+
| 序列号 (32位) |
+-----------------------------------+
| 确认号 (32位) |
+-----------------------------------+
| 数据偏移 | 保留 | 标志位 | 窗口大小 |
+--------+--------+--------+--------+
| 校验和 (16位) | 紧急指针 (16位) |
+--------+--------+--------+--------+你看，源端口和目的端口就在最前面。发送方随机选一个高位端口（比如 50001），目的端口固定为 502。这样，PLC 收到报文后，一看目的端口是 502，就知道这是 Modbus 请求，交给 Modbus 处理模块。
2.3 三次握手：建立连接的可靠保障
TCP 是面向连接的协议。什么叫面向连接？就是通信之前，先得把路修好。三次握手就是修路的过程。
我画了一张图，帮你理解这个过程：
三次握手的流程，我用人话给你讲一遍：
- 第一次握手：客户端说：「喂，服务端，我要跟你说话。这是我的序列号 x。」（发送 SYN 包）
- 第二次握手：服务端说：「收到。我准备好了，这是我的序列号 y，我确认收到了你的 x。」（发送 SYN+ACK 包）
- 第三次握手：客户端说：「好，我确认收到了你的 y。咱们开始聊吧。」（发送 ACK 包）
为什么非要三次？两次不行吗？你想想看，如果只有两次握手，服务端发了 SYN+ACK 后就认为连接建立了。但如果这个 SYN+ACK 丢了，客户端没收到，客户端会重发 SYN。服务端收到重发的 SYN 后，又发一个 SYN+ACK，然后认为又建立了一个新连接。这样就会产生多个无效连接，浪费资源。
三次握手解决了这个问题：客户端必须再确认一次，服务端才知道客户端确实收到了自己的响应。
- 客户端发了 SYN，服务端没回 SYN+ACK → 服务端没开机或端口没监听
- 服务端回了 SYN+ACK，客户端没回 ACK → 客户端防火墙拦了
- 三次握手完成，但马上发 RST 断开 → 应用层不匹配，比如 Modbus 功能码不对
2.4 四次挥手：优雅地断开连接
聊完了，要挂电话。四次挥手就是挂电话的过程。为什么是四次？因为 TCP 是全双工的，两边都要独立地关闭自己的通道。
流程是这样的：
- 第一次挥手：客户端说：「我说完了，我要挂了。」（发送 FIN 包，seq=u）
- 第二次挥手：服务端说：「收到你的 FIN，我确认。但我还有话没说完，你先别挂。」（发送 ACK 包，ack=u+1）
- 第三次挥手：服务端说：「好了，我也说完了，现在可以挂了。」（发送 FIN 包，seq=v）
- 第四次挥手：客户端说：「收到，我确认。我等你一会儿，怕你还有话要说。」（发送 ACK 包，ack=v+1）
这里有个关键点：客户端发送第四次挥手后，会进入 TIME_WAIT 状态，等待 2MSL（最大报文生存时间）后才真正关闭。为什么？
嗯，原因有两个：
- 确保服务端收到了最后的 ACK。如果 ACK 丢了，服务端会重发 FIN，客户端还能再回应。
- 防止旧连接的数据包干扰新连接。等待足够长的时间，确保网络中所有属于这个连接的数据包都消失了。
2.5 小结：这些基础对 Modbus TCP 意味着什么？
好了，咱们把 IP 地址、端口号、三次握手、四次挥手都过了一遍。你可能会问：这些跟 Modbus TCP 到底有什么关系？
关系大了去了：
- IP 地址决定了你的 Modbus 客户端要去找哪个设备。
- 端口号 502告诉设备，这个包是 Modbus 协议，不是 HTTP 也不是 FTP。
- 三次握手确保 Modbus 请求/响应在可靠的连接上传输，不会丢包乱序。
- 四次挥手保证连接优雅关闭，数据不会丢失。
说白了，Modbus TCP 就是 Modbus 协议穿上 TCP/IP 的外衣。TCP/IP 负责把数据可靠地送到对方手里，Modbus 负责解释数据里到底要干什么——读寄存器还是写线圈。
下一节，咱们就正式进入 Modbus TCP 的报文结构，看看这个「穿了外衣」的协议到底长什么样。