如何理解TCP客户端通信

描述

上一节说了UDP,这一节就聊聊TCP,毕竟它俩经常同时出现。优缺点上一节也提了一下:安全性好,速度慢。

除了这两点,还有就是:

TCP通信之前是需要建立连接的,如同打电话之前先拨号一样,而UDP无连接;

TCP只能一对一通信,UDP不止一对一,还支持一对多;

TCP对系统资源要求更多,UDP相对少一些。

所以两者各有优缺点,大家在选择通信协议的时候一定要根据自己的实际情况来确定。

然后就是客户端,这是啥?和它伴随的,还有一个词经常出现,就是:服务器端。这两者又是什么关系?

基本上,这两者在TCP通信过程中,都是结伴出现的。以浏览器为例,它就是一个客户端,当我们想上网的时候,输入一个网址。浏览器会根据我们输入的网址向相应的服务器端发出请求,然后服务器端返回相应的网页给浏览器。这就是它们的应用场景之一。

所以,在TCP通信过程中,一般都是由客户端发起请求,服务器端相应请求。

那么,在windows/linux下,是如何进行这方面的编程的?步骤如下(参考百度):

TCP编程的服务器端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt(); * 可选

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();

4、开启监听,用函数listen();

5、接收客户端上来的连接,用函数accept();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

8、关闭监听;

TCP编程的客户端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选

4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性;

5、连接服务器,用函数connect();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

可以看到,从第四步开始,客户端和服务器端的工作内容有了不一样。

socket是啥?

简单来说,是个函数,用来创建套接字。

那么,套接字又是什么鬼?

为了防止本篇日志闲扯太多,我尽量简单说,根据字面意思,socket字面意思是(电源)插座,而套接字本质上是一种网络编程接口,用来完成两个应用程序之间的数据传输。你把设备插头插到电源插座上,设备通上电了,同理,你把应用程序的端口插到socket里,数据就通上了。

注:因为本人是硬件出身,所以对这些协议的理解全靠百度和工作积累,如果有表达错误的,欢迎指正。

这一节先在8266上面写一个客户端的程序,咱们看一下实现的效果。跟上一节一样,还是要借助一个网络调试助手。同时,本节代码都是在上一节基础上修改来的,所以,如果上一节看懂了,这一节就很好理解,反之,你懂的~

先说步骤,依然很多,参考上面提到的“TCP编程的客户端一般步骤”,这里大致分为7步:

1 包含头文件

#include "espconn.h"

#include "mem.h"

主要是"espconn.h",涉及到TCP通讯所需的各种数据结构。上一节已经包含了,可以略过。

2 设置工作模式为station+ soft-ap模式,连接到当前环境下的wifi

因为前几步跟上一节一模一样,所以整合了一下:

wifi_set_opmode(0x03);          // station+ soft-ap模式

struct softap_config config;    //定义AP参数结构体,

wifi_softap_get_config(&config);   //获取当前AP模式的参数

os_memcpy(config.ssid,"ESP8266",strlen("ESP8266"));         

//修改AP名称

os_memcpy(config.password,"123456789",strlen("123456789"));      

//修改AP密码

config.ssid_len=strlen("ESP8266");         //修改 AP名称的长度

wifi_softap_set_config(&config);             //使修改后的参数生效

然后连到我家wifi,你们要改成你们家里或者办公室里的wifi。

3 确定TCP连接的参数

这里要确定几点:你是谁?你要和谁连接?连接的端口是多少?

你是谁——ESP8266,8266连接家里路由成功之后,会自动获得一个IP,这是客户端IP

你要和谁连接——因为是在我电脑上使用网络调试助手模拟TCP服务器端,所以服务器端的IP是我电脑的IP:192.168.1.103

连接的端口——长话短说,TCP连接的端口从0到65535都有,但一般0~1023是公有的,从1024开始往后,可以选为自己的端口。这里选1024.

struct ip_info info;

const char remote_ip[4]={192,168,1,103};    //TCP服务端IP

wifi_get_ip_info(STATION_IF,&info);                 //获取8266的WIFI信息

tcp_client_init((struct ip_addr *)remote_ip,&info.ip,1024);

4 TCP客户端初始化

其实就是第三步里面的tcp_client_init函数,咱们主要看一下函数内部实现的功能。首先是在client.h文件中定义了一个espconn格式的结构体:

struct espconn user_tcp_conn;                //对应网络连接的结构体

然后在tcp_client_init函数中,对结构体的各个部分进行配置:

{

//TCP通信时,对应的espconn参数配置

user_tcp_conn.type=ESPCONN_TCP;

user_tcp_conn.state=ESPCONN_NONE;

user_tcp_conn.proto.tcp=(esp_tcp *)os_zalloc(sizeof(esp_tcp));

os_memcpy(user_tcp_conn.proto.tcp->local_ip,local_ip,4);

os_memcpy(user_tcp_conn.proto.tcp->remote_ip,remote_ip,4);

user_tcp_conn.proto.tcp->local_port=espconn_port();

user_tcp_conn.proto.tcp->remote_port=remote_port;

//注册连接回调函数和重连回调函数

espconn_regist_connectcb(&user_tcp_conn,user_tcp_connect_cb);

espconn_regist_reconcb(&user_tcp_conn,user_tcp_recon_cb);

//启用连接

espconn_connect(&user_tcp_conn);

}

函数中可以看到,espconn的参数设置完成之后,注册了两个回调函数,连接完成回调函数(连接完成以后,你想干嘛?)和重连回调函数(重连的时候,该咋办?):

espconn_regist_connectcb(&user_tcp_conn,user_tcp_connect_cb);

espconn_regist_reconcb(&user_tcp_conn,user_tcp_recon_cb);

最后,开始TCP连接:

espconn_connect(&user_tcp_conn);      //连接TCP server,连接成功返回0.

5 定义连接成功的回调函数

void ICACHE_FLASH_ATTR user_tcp_connect_cb(void *arg){

struct espconn *pespconn=arg;

espconn_regist_recvcb(pespconn,user_tcp_recv_cb);

espconn_regist_sentcb(pespconn,user_tcp_sent_cb);

espconn_regist_disconcb(pespconn,user_tcp_discon_cb);

espconn_sent(pespconn,"hello,this is esp8266!",strlen("hello,this is esp8266!"));

}

函数内部进行了几个操作:

注册接收完成的回调函数:接收完成以后,你想做点啥~

注册发送完成的回调函数:发送完成以后,你想做点啥~

注册断开TCP连接的回调函数:断开TCP连接以后,你想做点啥~

TCP连接下,发送数据:hello,this is esp8266!

6 定义user_tcp_connect_cb函数内部注册的回调函数

这里先说一下,基本上从上一节开始,代码的编写就进入了回调函数套回调函数的情形。如果是没接触过回调函数的,刚开始看肯定有些别扭。但如果适应以后,你会发现这样操作还是很方便的。

因为每个回调函数,在手册里都有说明,功能、参数、返回值,都很清晰。基本上只要看着手册和官方SDK里的例程,大部分问题都能解决。

//接收完成回调函数,把收到的数据打印出来,延时,断开连接

void ICACHE_FLASH_ATTR user_tcp_recv_cb(void *arg,

char *pdata,

unsigned short len){

os_printf("receive data:%s ",pdata);

os_delay_us(300);

espconn_disconnect((struct espconn *)arg);

}

//发送完成回调函数,打印发送完成标志

void ICACHE_FLASH_ATTR user_tcp_sent_cb(void *arg){

os_printf("send success!");

}

//断开TCP连接的回调函数,打印相关信息

void ICACHE_FLASH_ATTR user_tcp_discon_cb(void *arg){

os_printf("disconnect success!");

}

7 定义TCP重连的回调函数

在第4步里注册了两个回调函数,一个是连接成功的回调函数,第5步已经说了。另一个就是重连的回调函数:

//如果连接错误,打印一下故障码,然后重新连接

void ICACHE_FLASH_ATTR user_tcp_recon_cb(void *arg, sint8 err){

os_printf("error,error code is%d ",err);

espconn_connect((struct espconn *)arg);

}

好,到此为止,程序修改完毕。

注:本例程里提到的大部分函数,都参照手册2c-esp8266_sdk_api_guide_cn_v1.5.4。

再说一点,很多函数定义的时候,后面会跟一个参数:void *arg,这是什么?

以第5步里注册回调函数为例:

espconn_regist_recvcb(pespconn,user_tcp_recv_cb);

注册了user_tcp_recv_cb函数,这个函数在定义的时候就有如下几个参数

(void *arg,char *pdata,unsigned short len)

从哪来的?

打开手册2c-esp8266_sdk_api_guide_cn_v1.5.4,查找espconn_regist_recvcb函数,可以看到如下说明;

TCP

根据其中的espconn_recv_callback,咱们继续向下找:

TCP

TCP

至此,可以看到相关参数已经在回调函数的格式里定义好了,咱们只需要照着写就行。

程序修改完成,保存、清理、编译、下载一条龙,然后重新上电。这里,需要借助串口助手和网络调试助手两个工具来查看效果。效果如下所示:

TCP

设置网络调试助手:

TCP

可以看到,在网络调试助手上,分别显示了client上线的时间和发来的数据。如果这时候咱们手动给client发一个数据:mcu lover。

可以在串口助手上看到:

TCP

显示了收到的数据,最后断开TCP连接。

至此,TCP客户端通信说完了。还是希望大家多动手,毕竟这类东西要动手才有收获。后面会说一下TCP服务器端的用法(跟这个差不多),然后是POST和GET的用法,再然后,就可以根据GET,搞一个天气预报的小应用,相信很多人会比较感兴趣。

最后唠叨一下,这篇日志写的比较痛苦,因为我是从一个硬件工程师的视角去说这些东西,所以希望跟我类似的人能比较好的理解日志中出现的这些网络协议。因为通常来说,搞硬件的就是搞硬件,画画PCB、搞搞焊接、给单片机写写程序,甚至再写一写上位机,在linux下写一些应用。至于说整天研究TCP/UDP,或者POST、GET,比较少,或者说不算硬件工程师/单片机工程师的范畴了。

但是物联网芯片的出现打破了这一屏障,它小巧,单片机级别的资源就能使用;但它又强大,可以联网,实现各种网络通信。所以,我们要不停的学习,千万不要自我满足。

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