串口转以太网，TCP转RS232

哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）

网点1的事件发送SYN seq=x网络报文网点2的事件接收SYN报文段 发送 SYN seq=y ACKx+1接收SYN+ACK报文段发送ACKy+1接收ACK报文段

图4-5 三次握手的报文序列

发送第一个SYN的一端将执行主动打开。接收这个SYN并发回下一个SYN的另一端执行被动打开。当一端为建立连接而发送它的SYN时，它为连接选择一个初始序号。ISN随时间而变化，因此每个连接都将具有不同的ISN。系统中采用系统的时钟计数器作为初始的ISN，由于系统时钟是一个32比特的计数器，每2ms加1，这样选择序号就可以防止在网络中被延迟的分组在以后又被传送，而导致某个连接的一方对它作错误的解释。

建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过4次握手，具体过程如图4-6。关闭连接需要几个步骤：

网点1的事件(应用程序关闭连接)发送 FIN seq=x网络报文网点2的事件接收FIN报文段发送ACKx+1(通知应用程序)(应用程序关闭连接)发送 FINseq=y ACKx+1接收ACK报文段接收FIN+ACK报文段发送ACKy+1接收ACK报文段

图4-6 用于关闭连接的改进的四次握手操作

(1) 首先进行关闭的一方（即发送第一个FIN）将执行主动关闭，而另一方（收到这个FIN）执行被动关闭。

(2) 当服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。同时TCP服务器还向应用

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程序传送一个文件结束符。

(3) 接着这个服务器程序就关闭它的连接，导致它的TCP端发送一个FIN。

(4) 客户必须发回一个确认，并将确认序号设置为收到序号加1。 3. 套接字定义

查看TCP头部数据的源端口号和目的端口号。源端口号和目的端口号是不能简化的，因为一个TCP连接是由源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号唯一确定的。所以每次服务器端在侦听状态时，当接收到一个TCP的连接请求，发送SYNACK后，或作为客户端在申请建立TCP连接时，要记录两端的IP地址、使用的端口号等关于该连接的相关信息，以便对后面到达的数据报进行判断，看是否属于某个已建立的连接。如果支持多个连接，就要记录大量与连接相关的数据，并且在每个数据报到达时，都要判断该数据报所属连接，然后在不同连接间切换。而且如果支持多个连接，对其他一些对应于某个连接的相关信息，如序列号、确认号、所处状态等，都要分别进行存储并作相应处理。基于此，系统定义了套接字来存储TCP的连接信息。

基于套接字的函数定义如下：

TCPSocket()。函数原型：socket xdata * TCPSocket(IP_ADDR ScrIP)。功能：申请一个套接字。ScrIP是这个套接字的本地IP地址。

TCPConnect()。函数原型：BOOL TCPConnect(socket xdata*pTCB, IP_ADDR DestIP, WORD DestPort, void (code*recv)(void xdata*buf, WORD size), void (ode*close)(socket xdata*pSocket))。功能：向IP地址为DestIP的服务器的DestPort端口发起连接。参数recv和close用于设置当接收到数据包和对方要求关闭TCP连接时应该调用的回调函数指针。

TCPSend()。函数原型：BOOL TCPSend(socket xdata*pTCB, void xdata*buf, WORD DataSize)。功能：发送数据。发送数据的TCP连接是套接字指针pTCB对应的连接，发送的数据的起始地址为buf，大小为DataSize。

TCPListen()。函数原型：BOOL TCPListen(socket xdata*pTCB, WORD ScrPort, void(code*accept)(socket xdata*pNewTCB))。功能：使用套接字pTCB在ScrPort端口监听。参数accept是当有客户端向这个监听端口连接成功时调用的回调函数指针。

TCPClose()。函数原型：void TCPClose(socket xdata*pTCB)。功能：主

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动关闭连接时调用TCPClose函数，它将要求关闭套接字pTCB对应的连接。

TCPAbort().函数原型：void TCPAbort(socket xdata*pTCB)。功能：当使用完这个套接字以后，调用TCPAbort，将这个套接字释放，还给系统。

4. 简化的窗口机制

标准的TCP协议使用慢启动的滑动窗口机制。滑动窗口是一种在流控制和网络传输效率之间取得折中的方案，它允许发送方在等待一个确认之前发送多个窗口。对于使用了滑动窗口的TCP连接，其确认是一种批量的确认，处理器要对多个数据报连续传输进行维护和处理，困难较大[18]。

而滑动窗口的一个极限情况，是只使用单个窗口，这就变成了一种简单确认的处理方法。使用该方法后，所有的处理只是对于单个数据报的发送和确认，虽然节约了系统的资源，也使维护更加方便，但是却降低了效率。

系统采用了折衷的方法，在定义最大报文段长度（MSS）时，取一个相对较小的值，因为系统应用于用串行通讯方式进行信息交流的嵌入式系统，通常传输的数据量不是很大，选取的MSS为512BYTE，窗口大小选定为1024BYTE，这样虽然在数据量很大时效率较低，但在数据量不是很大时显示出了相对的优势。

5. 简化的超时与重传机制 系统中采用简化的超时与重传机制。由于系统资源有限，在报文丢失是采取了比较简单的解决办法，如果在每个套接字里保存一个最近发送段的副本，在报文丢失时重新传输，将会占用有限的存储空间，本系统采用了比较经济的方法，就是在套接字中保存最近一个报文的必要信息，使得最近的传输可以被重新生成出来，报文丢失时，循环缓冲区的试验指针移回到发送指针的位置、数据、标志或者这两者就都可以重新发送[19]。

报文被发送出后，系统将启动一个定时器，记录发送的时间，在套接字定义中为time字段，同时初始化一个超时时间字段timeout，当超时时间到而并没有收到该报文段的确认时，即认为此报文段丢失，重传该报文，并将超时时间字段增倍，若在超时时间内收到确认ACK，则复位发送时间及超时时间字段，若超时时间到达后仍没有收到该报文段的确认，再次重发此报文，并且超时时间再加倍，如此重发三次后若超时时间到达仍旧没有收到确认，即认为该TCP连接己断开，初始化套接字。剩余发送次数保存在retries字段中。

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6. TCP报文处理

系统处理接收的TCP段由TCP报文处理函数实现，数据存放在TCP缓冲区中，并置位相应标志。TCP报文处理流程如图4-7所示。

开始开始正确的正确的TCPTCP报文报文Y校验和正确否？校验和正确否？Y读入读入TCPTCP选项（若有）选项（若有）NN有匹配的有匹配的SOCKETSOCKET？？N有空闲的有空闲的SOCKETSOCKET？？N读入读入TCPTCP报文报文YY读入读入TCPTCP报文报文复位连接复位连接结束结束

图4-7 TCP报文处理流程

7. 发送TCP报文

系统的TCP/IP协议栈实现了模块化的机制，在发送TCP报文时，TCP层把数据报文封装好之后，交给IP层，即认为报文已发送，至于报文的发送任务就由IP层处理。TCP报文发送流程如图4-8所示。

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