在了解OPC UA 協定之前，我們先了解一些它的前身OPC 協定，這樣更有利于了解OPC UA 的本質和由來。
OPC
工業控制領域用到大量的現場裝置，在OPC出現以前，軟體開發商需要開發大量的驅動程式來連接配接這些裝置。即使硬體供應商在硬體上做了一些小小改動，應用程式也可能需要重寫。同時，由于不同裝置甚至同一裝置不同單元的驅動程式也有可能不同，軟體開發商很難同時對這些裝置進行通路以優化操作。為了消除硬體平台和自動化軟體之間互操作性的障礙，建立了OPC軟體互操作性标準，開發OPC的最終目标是在工業控制領域建立一套資料傳輸規範。
OPC全稱是OLE（Object Linking and Embedding） for Process Control。為了便于自動化行業不同廠家的裝置和應用程式能互相交換資料，定義了一個統一的接口函數，就是OPC協定規範。OPC是基于WINDOWS COM/DOM的技術，可以使用統一的方式去通路不同裝置廠商的産品資料。簡單來說OPC就是為了用于裝置和軟體之間交換資料。
OPC基金會前前後後規定了不同的接口定義，如下：
OPC DA (Data Access, exchange of real-time values,資料通路)，定義了資料交換，包括值、時間和品質資訊
OPC A&E (Alarms & Events, exchange of alarms and events,警報和事件)，定義了報警和事件類型消息資訊的交換，以及變量狀态和狀态管理。
OPC HDA (Historical Data Access, exchange of historical values,曆史資料通路)，定義了可應用于曆史資料、時間資料的查詢和分析的方法。
OPC XML DA (XML-based exchange of real-time values)
OPC UA
UA全稱是unified architecture（統一架構）。為了應對标準化和跨平台的趨勢，為了更好地推廣OPC，OPC基金會近些年在之前OPC成功應用的基礎上推出了一個新的OPC标準-OPC UA。OPC UA接口協定包含了之前的 A&E, DA,OPC XML DA or HDA，隻使用一個位址空間就能通路之前所有的對象，而且不受WINDOWS平台限制，因為它是從傳輸層以上來定義的，導緻了靈活性和安全性比之前的OPC都提升了。
OPC UA實質上是一種抽象的架構，是一個多層架構，其中的每一層完全是從其相鄰層抽象而來。這些層定義了線路上的各種通信協定，以及能否安全地編碼/解碼包含有資料、資料類型定義等内容的訊息。利用這一核心服務和資料類型架構，人們可以在其基礎上（繼承）輕松添加更多功能。
OPC UA将成為一個轉換工具。其它協定/标準（如BACnet）可以非常輕松地轉換為OPC UA内的一個子集。
OPC UA多層方法實作了最初設計UA規範時的目标：
- 功能對等性：所有COM OPC Classic規範都映射到UA
- 平台獨立性：從嵌入式微控制器到基于雲的基礎設施
- 安全性：資訊加密、身份驗證和稽核
- 可擴充性：添加新功能而不影響現有應用程式的能力
- 綜合資訊模組化：用于定義複雜資訊
OPC UA基礎概念
資訊模型(Information model)
OPC UA 使用了對象（objects）作為過程系統表示資料和活動的基礎。對象包含了變量，事件和方法，它們通過引用（reference）來互相連接配接。
OPC UA 資訊模型是節點的網絡（Network of Node,），或者稱為結構化圖（graph），由節點(node)和引用(References)組成，這種結構圖稱之為OPC UA 的位址空間。這種圖形結構可以描述各種各樣的結構化資訊(對象)。
位址空間要點：
- 位址空間是用來給伺服器提供标準方式，以向用戶端表示對象。
- 位址空間的實作途徑是使用對象模型，通過變量和方法的對象，以及表達關系的對象。
- 位址空間中模型的元素被稱為節點，為節點配置設定節點類來代表對象模型的元素。
- 對象及其元件在位址空間中表示為節點的集合，節點由屬性描述并由引用相連。
- OPC UA模組化的基本在于節點和節點間的引用。
1、對象模型
2、節點模型
節點模型要點：
- 節點根據用途分屬于不同的節點類别（NodeClass），一些表示執行個體(/Root/Objects)，一些表示類型(/Root/Types)。
- 節點類依據屬性和引用來定義。OPC UA規範定義的節點類稱為位址空間的中繼資料，位址空間中每個節點都是這些節點類的執行個體。
- 節點是節點類的執行個體，屬性和引用是節點的基本元件。
- 屬性（Attribute）用于描述節點，不同的節點類别有不同的屬性（屬性集）。節點類的定義中包括屬性的定義，是以屬性不包括在位址空間中。
- 引用（Reference）表示節點間的關系。引用被定義為引用類型節點的執行個體，存在于位址空間中。
節點模型通用屬性
包含引用的節點為源節點，被引用的節點稱目标節點。引用的目标節點可以與源節點在同一個位址空間，也可以在另一個OPC伺服器的位址空間，甚至是目标節點可以不存在。
3、引用模型
類型定義節點
類型定義節點是伺服器提供用于對象和變量的類型定義。
标準的節點類
- 節點類用于定義OPC UA位址空間中的節點
- 位址空間中模型的元素被稱為節點，為節點配置設定節點類來代表對象模型的元素。
- 節點類源于通用的基本節點類。
- 首先定義基本節點類，然後定義用于組織位址空間的節點類，之後再定義用于代表對象的節點類。
- 代表對象的節點類分為三種：用于定義執行個體，定義執行個體的類型，以及定義資料類型。
标準的節點類有如下幾種：
- 基本節點類：能夠派生所有其他節點類。
- 對象節點類
- 對象類型節點類
- 變量節點類：定義資料變量
- 變量類型節點類：定義特性
- 方法節點類：定義方法，方法沒有類型定義，可以綁定到對象上。
- 引用類型節點類：定義引用。
- 視圖節點類：定義位址空間中節點子集。
在OPC UA中，最重要的節點類别是對象，變量和方法。
1. 節點類别為對象
節點類别為對象的節點用于（構成）位址空間結構。
- 對象不包含資料，使用變量為對象公開數值。
- 對象可用于分組管理對象、變量或方法（變量和方法總屬于一個對象）。
- 對象也可以是一個事件通知器（設定EventNotifier屬性），用戶端可以訂閱事件通知器來接收事件（事件在位址空間中是不可見的，被綁定到對象）。
2. 節點類别為變量
節點類别為變量的節點代表一個值。
- 值的資料類型取決于變量，類型的種類在BaseDataType中。
- 用戶端可以對值進行讀取，寫入和訂閱其變化。
- 變量節點最重要的屬性是Value，它由DataType，ValueRank和ArrayDimensions屬性定義，通過這三個屬性，可以定義各種類型資料。
3. 節點類别為方法
節點類别為方法的節點，代表伺服器中一個由用戶端調用并傳回結果的方法。
- 方法指定用戶端使用的輸入參數，并傳回給用戶端輸出參數。
- 輸入參數和輸出參數作為方法的特性存在，是資料方法的變量。
- 用戶端使用調用服務（Call）調用方法
OPC UA的模型采用XML 檔案描述，然後通過一個編譯工具可以将XML 編譯成C++語言的程式。
OPC UA的優勢：
一、功能方面，OPC UA不僅支援傳統OPC的所有功能，更支援更多新的功能：
1. 網絡發現：自動查詢本PC機中與目前網絡中可用的OPC Server。
2. 位址空間優化：所有的資料都可以分級結構定義，使得OPC Client不僅能夠讀取并利用簡單資料，也能通路複雜的結構體。
3. 互訪認證：所有的讀寫資料/消息行為，都必須有通路許可。
4. 資料訂閱：針對OPCClient不同的配置與标準，提供資料/消息的監控，以及數值變化時的變化報告。
5. 方案(Methods)功能：OPC UA中定義了通過在OPCServer中定義方案（Methods），來讓OPC client執行特定的程式。
二、平台支援方面，由于不再基于COM/DCOM技術，OPC UA标準提供了更多的可支援的硬體或軟體平台。
三、安全性方面，最大的變化是OPC UA可以通過任何單一端口（經管理者開放後）進行通信，這使得OPC通信不再會由于防火牆受到大量的限制。
OPC UA在通過防火牆時通過提供一套控制方案來解決安全問題：
- 傳輸：定義了許多協定，提供了諸如超快OPC二進制傳輸或更通用的SOAP-HTTPS等選項
- 會話加密：資訊以128位或256位加密級别安全地傳輸
- 資訊簽名：資訊接收時的簽名與發送時必須完全相同
- 測序資料包：通過排序消除了已發現的資訊重播攻擊
- 認證：每個UA的用戶端和伺服器都要通過OpenSSL證書辨別，提供控制應用程式和系統彼此連接配接的功能
- 使用者控制：應用程式可以要求使用者進行身份驗證（登入憑據，證書等），并且可以進一步限制或增強使用者通路權限和位址空間“視圖”的能力
- 審計：記錄使用者和/或系統的活動，提供通路審計跟蹤
核心的差別是因為OPC和OPC UA協定使用的TCP層不一樣，OPC是基于DOM/COM上，應用層最頂層；OPC UA是基于TCP IP scoket 傳輸層