12 - TCPServer实验

在上一章节中，我们学习了TCPClient通信测试的相关知识。接下来，本章节将以此为基础，构建一个基础性的TCPServer连接机制，该机制将利用之前所建立的WIFI网络连接。为方便演示，我们将借助网络调试助手工具进行数据的发送，进而对网络通信中接收到的数据进行测试，确保这些数据能够准确无误地回传，以验证通信机制的有效性和稳定性。

本节课目标：

基于ESP32开发板的WiFi网络，实现一个简单的TCPServer连接，通过网络调试助手发送数据，并将接收到的数据原原本本地返回。

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）设置socket 选项的值

其方法原型如下：

socket.setsockopt(level, optname, value)

参数描述如下：

参数	描述
level	是被设置的选项的级别，如果想要在套接字级别上设置选项，就必须把level设置为SOL_SOCKET
optname	在套接字级别上(SOL_SOCKET)，option_name可以有以下取值： SO_DEBUG，打开或关闭调试信息 SO_REUSEADDR，打开或关闭地址复用功能 SO_DONTROUTE，打开或关闭路由查找功能 SO_BROADCAST，允许或禁止发送广播数据 SO_SNDBUF，设置发送缓冲区的大小 SO_RCVBUF，设置接收缓冲区的大小 SO_KEEPALIVE，套接字保活 SO_OOBINLINE，紧急数据放入普通数据流 SO_NO_CHECK，打开或关闭校验和 SO_PRIORITY，设置在套接字发送的所有包的协议定义优先权 SO_LINGER，如果选择此选项, close或 shutdown将等到所有套接字里排队的消息成功发送或到达延迟时间后>才会返回. 否则, 调用将立即返回 SO_PASSCRED，允许或禁止SCM_CREDENTIALS 控制消息的接收 SO_TIMESTAMP，打开或关闭数据报中的时间戳接收 SO_RCVLOWAT，设置接收数据前的缓冲区内的最小字节数 SO_RCVTIMEO，设置接收超时时间 SO_SNDTIMEO，设置发送超时时间 SO_BINDTODEVICE，将套接字绑定到一个特定的设备上
value	True：开启；False：关闭

返回值：无

（3）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

（4）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

（5）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。

（6）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

（7）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。

（8）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。

（9）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。

（10）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网络进行了连接，并完成了TCPServer的连接配置。当TCPServer成功建立连接后，我们采用了网络调试助手作为客户端设备，而开发板则作为服务器端设备。在此环境下，当客户端设备（即网络调试助手）向服务器端设备（即开发板）发送数据时，服务器端设备将接收到的数据完整地回传至客户端设备，从而实现了数据的双向交互。

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 ： 用于建立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TCPServer = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)       # 创建 TCPServer 对象，IPV4 \ TCP 类型# 4、绑定 本地IP 和 端口号# 设置端口复用，是用来设置套接字选项的函数调用。这个选项用于指定套接字的行为，打开地址复用功能，以便在绑定到一个端口时，能够重新使用这个端口。否则会出错TCPServer.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)TCPServer.bind(('', 8080))# 5、监听，参数是同时连接的客户端数量TCPServer.listen(10)# 6、阻塞等待客户端连接# 返回一个元组 （新 socket, (客户端 IP,端口) ）try:new_socket, client_ip_port = TCPServer.accept()       # 连接服务器except BaseException:# 故障处理程序new_socket.close()                          # 关闭新套接字TCPServer.close()                           # 关闭套接字print(' 关闭套接字.... ')goto(0)                                     # 重新返回状态 0breakelse:print('连接建立成功......')new_socket.send('************** ESP32 服务器： '.encode() + str(ip).encode() + ' 欢迎你！！！ ****************\r\n'.encode())goto(1)                                     # 进入状态 1：网络连接成功，处理通信while pos == 1:# 状态 1 ： 用于连接服务器后，发送接收到的服务器数据try:# 接收到客户端的数据data = new_socket.recv(1024)print(data.decode())except BaseException:# 故障时，关闭连接，重新建立连接new_socket.close()TCPServer.close()                       # 关闭套接字goto(0)breakelse:# 空数据时，不回显if (len(data) == 0):print('接收到空的数据')new_socket.close()TCPServer.close()  # 关闭套接字goto(0)breakelse:# 非空数据回显new_socket.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 Client参数，如下图所示，并连接服务器网络，将接收到ESP32开发板服务器发送过来的数据。

与ESP32通过TCP协议相互通信。