3. OPC UA 通信模型：客户端/服务器架构、发现服务、会话管理、安全模型
OPC UA 采用面向服务的架构（SOA），其通信模型围绕 客户端（Client） 与 服务器（Server） 两个角色展开。服务器负责提供数据、告警、历史数据等地址空间资源；客户端则负责发起连接、读取/写入数据、订阅事件。理解这一模型是构建可靠工业数据采集通道的基础。
3.1 客户端/服务器架构
OPC UA 的通信架构并非简单的点对点连接，而是包含 发现、会话建立、安全握手 三个核心阶段。下图展示了客户端与服务器之间的典型交互流程：
架构要点：
- 服务器：托管地址空间（AddressSpace），包含所有节点（变量、对象、方法）。
- 客户端：通过服务调用（Service Call）访问服务器资源，不直接操作底层硬件。
- 传输层：支持 OPC UA 二进制（UA Binary）和 OPC UA XML（UA XML）两种协议。
3.2 发现服务（Discovery Service）
发现服务允许客户端在不知道服务器具体端点的情况下，找到可用的 OPC UA 服务器及其支持的协议、安全策略。这是工业物联网自动组网的关键环节。
| 服务名称 | 功能描述 | 典型使用场景 |
|---|---|---|
| FindServers | 客户端向已知的发现服务器（LDS）查询可用服务器列表 | 首次连接时扫描网络中的 OPC UA 设备 |
| GetEndpoints | 获取指定服务器的所有端点信息（协议、安全策略、证书要求） | 客户端选择匹配的安全模式进行连接 |
| RegisterServer | 服务器向发现服务器注册自身信息 | 服务器启动时自动注册，便于客户端发现 |
实践建议： 在工业现场，建议部署 本地发现服务器（LDS） 或 全局发现服务器（GDS），统一管理所有 OPC UA 服务器的注册与发现，避免客户端逐个扫描 IP 地址。
3.3 会话管理（Session Management）
会话是客户端与服务器之间逻辑上的持久连接。一个会话对应一个客户端身份，服务器通过会话 ID 跟踪客户端的操作状态。会话管理包含创建、激活、续约和关闭四个阶段。
常见陷阱： 会话创建后必须调用
ActivateSession 才能进行数据操作。部分 SDK 在连接成功后自动完成激活，但手动实现时容易遗漏此步骤，导致后续读写请求被拒绝。
3.4 安全模型（Security Model）
OPC UA 的安全模型是工业物联网的核心保障，涵盖 身份认证、消息签名、加密传输 三个层面。安全模式（SecurityMode）决定了通信的保护等级。
| 安全模式 | 签名 | 加密 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| None | 无 | 无 | 仅用于测试或隔离网络环境 |
| Sign | 有 | 无 | 需要验证消息来源，但数据可明文传输 |
| SignAndEncrypt | 有 | 有 | 生产环境推荐，同时保证完整性和机密性 |
安全模型还定义了以下关键组件：
- 应用证书（Application Certificate）：每个 OPC UA 应用（客户端/服务器）必须拥有 X.509 证书，用于身份标识。
- 信任列表（Trust List）：服务器维护可信任的客户端证书列表，拒绝未授权连接。
- 安全策略（SecurityPolicy）：指定加密算法（如 AES-256、SHA-256）和密钥长度。
安全最佳实践：
- 生产环境始终使用
SignAndEncrypt模式。 - 定期轮换应用证书，避免使用自签名证书长期有效。
- 部署 GDS（全局发现服务器）统一管理证书生命周期。
3.5 通信模型总结
下表对比了 OPC UA 通信模型各核心要素的职责与关系：
| 要素 | 职责 | 关键服务/方法 |
|---|---|---|
| 发现服务 | 定位可用服务器和端点 | FindServers, GetEndpoints |
| 会话管理 | 维护客户端身份与状态 | CreateSession, ActivateSession, CloseSession |
| 安全模型 | 认证、签名、加密 | OpenSecureChannel, CloseSecureChannel |
| 地址空间 | 组织和管理数据节点 | Browse, Read, Write, Subscribe |