11 - TCPClient实验

在上一个章节的UDP通信测试中，尽管通信的实现过程相对简洁，但出现了通信数据丢包的问题。因此，本章节将基于之前建立的WIFI网络连接，构建一个基础的TCPClient连接机制。我们利用网络调试助手工具来发送数据，测试网络通信中接收到的数据能够准确无误地回传。

本节课目标：

在本次实验中，我们将ESP32开发板与WiFi网络连接，并配置实现UDP连接。核心任务是构建稳固的UDP连接机制，确保通过网络调试助手发送数据，并能准确回传接收数据，验证UDP连接的可靠性和有效性。

本节课内容：

1. network 与 socket 库的简介
2. network库的构造与方法
3. socket 库的构造与方法
4. 硬件设计
5. 软件设计
6. 下载验证

一、network 与 socket 库的简介

MicroPython 的 network 库与 socket 库皆为实现网络连接的重要工具，它们各自拥有独特的功能性并共享某些共通特点。

作为 MicroPython 的一个关键第三方库，network 库专门负责处理 WiFi 和网络连接的各项任务。通过此库，用户能够成功接入无线网络，查询当前网络状态，以及实现数据的收发等功能。在 MicroPython 的架构下，network 库扮演着促进设备间网络连接与通信的核心角色。

至于 network 库与 socket 库之间的主要差异，则体现在它们的应用场景与功能侧重上。具体而言，network 库侧重于设备的 WiFi 和基础网络连接功能的实现，而 socket 库则聚焦于高级网络协议的连接建立与数据传输过程。因此，在实际进行网络连接功能的设计与实施时，需根据具体需求及所依赖的硬件平台，谨慎选择并合理运用相应的库资源。

下面是MicroPython库的network 与 socket 库的链接。

network — 网络配置 — MicroPython latest documentation

socket – 套接字模块 — MicroPython latest documentation

类 WLAN – 控制内置 WiFi 接口 — MicroPython 最新文档

二、network.WLAN类的构造与方法

1. network.WLAN类的构造

构造对象方法如下：

class network.WLAN(interface_id)

使用示例：wlan = network.WLAN(network.STA_IF)

参数描述如下：

参数	描述
interface_id	支持接口 network.STA_IF：作为客户端，连接其他的服务器 network.AP_IF：作为服务器，其他WiFi客户端连接

返回值：WLAN网络接口对象

2. network.WLAN类的方法

（1）激活或停用网络接口

其方法原型如下：

WLAN.active(is_active[ ])

参数描述如下：

参数	描述
is_active	True：激活 False：作为服务器，其他WiFi客户端连接

返回值：无

（2）连接网络

其方法原型如下：

WLAN.connect(ssid=None, password=None)

参数描述如下：

参数	描述
ssid	WiFi账号
password	WiFi密码

返回值：Ture：连接成功；Fail：连接失败。

（3）关闭网络

其方法原型如下：

WLAN.disconnet()

返回值：无

（4）获取或者设置网络参数

其方法原型如下：

WLAN.ifconfig((ip, subnet, gateway, dns)[])

参数描述如下：

参数	描述
ip	IP地址
subnet	子网掩码
gateway	网关
dns	DNS服务器

返回值：若此函数为无参数传入，则返回连接网络的信息，反次，为设置网络参数。

以上是 network.WLAN 类常用的方法，还有其他方法可参考 MicroPython 的在线文档。

三、socket 库的构造与方法

1. socket类的构造

构造对象方法如下：

class socket.socket(af=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=IPPROTO_TCP, /)

使用示例：socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

参数描述如下：

参数	描述
af	地址族 socket_AF_INET：IPV4 socket_AF_INET6：IPV6
type	socket类型 socket.SOCK_STREAM：TCP类型 socket.SOCK_DGRAM：UDP类型
proto	网络协议 socket.IPPROTO_TCP：TCP协议 socket.IPPROTO_UDP：UDP协议

返回值：socket对象

2. socket类的方法

（1）关闭socket接口

其方法原型如下：

socket.close()

返回值：无

（2）socket绑定到地址

其方法原型如下：

socket.bind(address)

参数描述如下：

参数	描述
address	IP地址（字符串形式输入，如‘192.168.1.100’）

返回值：无

（3）监听连接

用作于 TCPServer 连接。

其方法原型如下：

socket.listen(backlog[])

参数描述如下：

参数	描述
backlog	监听连接数量

返回值：无

（4）接受连接

用作于 TCPServer 连接。注：在此之前，需监听连接

其方法原型如下：

socket.accept()

返回值：conn：新的套接字对象，用来收发消息；address：连接到服务器的客户端地址。

（5）连接远程IP地址

其方法原型如下：

socket.connect(address)

参数描述如下：

参数	描述
address	IP地址（字符串形式输入，如‘192.168.1.100’）

返回值：无

（6）发送数据，返回发送的字节数

其方法原型如下：

socket.send(bytes)

参数描述如下：

参数	描述
bytes	需发送的字节数据

返回值：发送的数据字节数。

（7）接收数据，返回值是一个字节对象

其方法原型如下：

socket.recv(bufsize)

参数描述如下：

参数	描述
bufsize	接收数据的存储区

返回值：接收数据字节对象。

（8）接收数据，返回值是一个字节对象

其方法原型如下：

socket.recvfrom(bufsize)

参数描述如下：

参数	描述
bufsize	接收数据的存储区

返回值：bytes：接收数据字节对象；addressa：套接字发送的地址数据。

（9）UDP发送数据，一般用于UDP连接

其方法原型如下：

socket.sendto(bytes, address)

参数描述如下：

参数	描述
bytes	发送的数据
address	发送至哪个远程IP地址

返回值：发送的数据字节数。

以上方法列出了本书中常用的套接字方法，对于剩余的套接字方法，请参考MicroPython最新的在线文档。

四、硬件设计

1. 例程功能

在本次实验中，我们将ESP32开发板与WiFi网络连接，并配置实现UDP连接。核心任务是构建稳固的UDP连接机制，确保通过网络调试助手发送数据，并能准确回传接收数据，验证UDP连接的可靠性和有效性。

2. 硬件资源

• WIFI ：ESP32内部自带WIFI模块

四、软件设计

1. 程序流程图

2. 程序

import network
import socket# 网络信息
SSID = 'OrayBox-zsf'                # WIFI名称
PASSWORD = '123456789'              # WIFI密码
Server_IP = '10.168.1.164'          # 服务器IP地址wlan = None                         # 定义一个无线网络
pos = 0                             # 状态机，用于状态切换def connect():"""连接 WIFI 路由器"""global wlanwlan = network.WLAN(network.STA_IF)wlan.active(True)if not wlan.isconnected():print('connecting to network...')wlan.connect(SSID, PASSWORD)while not wlan.isconnected():passprint('network config:', wlan.ifconfig())       # 打印网络参数def goto(label):"""切换状态:param label: 状态号"""global pospos = label"""
------------------------------------------------------------------------------------下面为主函数
------------------------------------------------------------------------------------
"""
# 1、连接 WIFI 路由器
connect()while True:# 循环while pos == 0:# 状态 0 ： 建立socket，连接服务器# 2、获取本地 IP 地址，并打印ip = wlan.ifconfig()[0]print('network config:', ip)# 3、创建 TCP 套接字TCPClient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)       # 创建 TCPClient 对象，IPV4 \ TCP 类型# 4、连接服务器，如果成功就发送实验信息，否则关闭连接套接字try:TCPClient.connect((Server_IP, 8080))        # 连接服务器，即网络调试助手except BaseException:# 故障处理程序TCPClient.close()                           # 关闭套接字print(' 关闭套接字 ')goto(0)                                     # 状态还是为 0，连接服务器breakelse:TCPClient.send('************** ESP32 客户端 '.encode() + str(ip).encode() + ' ****************\r\n'.encode())goto(1)                                     # 进入状态 1：服务器连接成功，与服务器通信while pos == 1:# 状态 1 ： 发送接收到的服务器数据try:# 接收到服务器的数据data = TCPClient.recv(1024)print(data.decode())except BaseException:# 故障时，关闭连接，重新建立连接TCPClient.close()goto(0)breakelse:# 空数据时，关闭连接，重新建立连接if (len(data) == 0):print('接收到空的数据')TCPClient.close()goto(0)breakelse:# 非空数据回显TCPClient.send(data)

五、下载验证

将ESP32开发板与电脑通过WIFI路由器，连接在同一WiFi网络中，配置电脑上的网络调试助手TCP Server参数，如下图所示，并打开网络。

注意：ESP32程序中TCP发送目标IP和端口信息，按网络调试助手输入，如下图所示。

运行ESP32程序，网络调试助手会接收到ESP32的TCP信息，如下图所示。

与ESP32通过TCP协议相互通信。【在TCP协议下的通信网络不佳时，会出现传输延迟。与UDP协议相比，TCP协议数据传输时丢包率更低。】