10.3. 套接字-TCP

10.3.1. 什么是socket?

Socket 是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。

10.3.2. TCP协议简介

TCP协议，传输控制协议（Transmission Control Protocol，缩写为 TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通讯协议，由IETF的RFC 793定义。

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先创建相关连接，才能发送数据，类似于生活中，"打电话""。

套接字在工作时将连接的双方分为服务器端和客户端,即C/S模式,TCP通讯原理如下图:

../../../_images/tcp原理.png

Socket TCP通讯过程

10.3.3. TCP编程

本教程的这一部分将介绍如何作为客户端或服务端使用TCP套接字。有关更全面的socket模块的使用，请查阅 usocket 模块。 以下教程需要使用到TCP网络调试工具。下文使用的是IOS的 Network Test Utility ，可在APP Store搜索安装，android系统请点击下载。 Network Test Utility.apk

声明：这里的TCP客户端（tcpClient）是你的电脑或者手机，而TCP服务端（tcpServer）是mpython掌控板。

10.3.3.1. TCP客户端

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
TCP Client示例:
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import socket
from mpython import *

host = "172.25.1.63"          # TCP服务端的IP地址
port = 5001                   # TCP服务端的端口
s=None

mywifi=wifi()                 # 创建wifi类


# 捕获异常，如果在"try" 代码块中意外中断，则停止关闭套接字
try:
    mywifi.connectWiFi("ssid","password")                   # WiFi连接，设置ssid 和password
    # mywifi.enable_APWiFi("wifi_name",13)                  # 还可以开启AP模式,自建wifi网络
    ip=mywifi.sta.ifconfig()[0]                             # 获取本机IP地址
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)   # 创建TCP的套接字,也可以不给定参数。默认为TCP通讯方式
    s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) # 设置socket属性
    s.connect((host,port))                                  # 设置要连接的服务器端的IP和端口,并连接
    s.send("hello mPython,I am TCP Client")                 # 向服务器端发送数据

    while True:
        data = s.recv(1024)                                 # 从服务器端套接字中读取1024字节数据
        if(len(data) == 0):                                 # 如果接收数据为0字节时,关闭套接字
            print("close socket")
            s.close()                                      
            break
        print(data)
        data=data.decode('utf-8')                         # 以utf-8编码解码字符串
        oled.fill(0)                                      # 清屏
        oled.DispChar(data,0,0)                           # oled显示socket接收数据
        oled.show()                                       # 显示
        s.send(data)                                      # 向服务器端发送接收到的数据

# 当捕获异常,关闭套接字、网络
except:
    if (s):
        s.close()                              
    mywifi.disconnectWiFi()

注意

由于在网络中都是以bytes形式传输的，所以需要注意数据编码与解码。

注意

上例,使用 connectWiFi() 连接同个路由器wifi。你也可以用 enable_APWiFi() 开启AP模式,自建wifi网络让其他设备接入进来。

首先掌控板和手机须连接至同个局域网内。打开Network Test Utility，进入“TCP Server”界面， TCP Server IP选择手机在该网内的IP地址 ，端口号可设范围0~65535。然后，点击Listen，开始监听端口。 在程序中设置上文选择的TCP服务端IP地址 host 和端口号 port ，重启运行程序。

当连接Server成功后，TCP Server会接收到Client发送的文本 hello mPython,I am TCP Client 。此时您在TCP Server发送文本给Client，掌控板会 接收到文本并将文本显示至oled屏上。

../../../_images/socket_1.gif

10.3.3.2. TCP服务端

TCP编程的服务端一般步骤是：

  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. 开启监听和设置最大监听数,用函数listen()
  5. 等待客户端請求一个连接，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

tcpServer示例:

TCP Server示例:
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import socket
from mpython import *

port=5001                   # TCP服务端的端口,range0~65535
listenSocket=None              

mywifi=wifi()               # 创建wifi类

# 捕获异常，如果在"try" 代码块中意外中断，则停止关闭套接字
try:
    mywifi.connectWiFi("ssid","password")                                   # WiFi连接，设置ssid 和password
    # mywifi.enable_APWiFi("wifi_name",13)                                  # 还可以开启AP模式,自建wifi网络
    ip= mywifi.sta.ifconfig()[0]                                            # 获取本机IP地址
    listenSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)        # 创建socket,不给定参数默认为TCP通讯方式
    listenSocket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)      # 设置套接字属性参数
    listenSocket.bind((ip,port))                                            # 绑定ip和端口
    listenSocket.listen(3)                                                  # 开始监听并设置最大连接数
    print ('tcp waiting...')
    oled.DispChar("%s:%s" %(ip,port),0,0)                                   # oled屏显示本机服务端ip和端口            
    oled.DispChar('accepting.....',0,16)                                            
    oled.show()

    while True:
        print("accepting.....")
        conn,addr = listenSocket.accept()                                   # 阻塞,等待客户端的请求连接,如果有新的客户端来连接服務器，那麼会返回一个新的套接字专门为这个客户端服务
        print(addr,"connected")                                                         
    
        while True:
            data = conn.recv(1024)                                          # 接收对方发送过来的数据,读取字节设为1024字节
            if(len(data) == 0):
                print("close socket")
                conn.close()                                                # 如果接收数据为0字节时,关闭套接字
                break
            data_utf=data.decode()                                          # 接收到的字节流以utf8编码解码字符串
            print(data_utf)
            oled.DispChar(data_utf,0,48)                                    # 将接收到文本oled显示出来
            oled.show()
            oled.fill_rect(0,48,128,16,0)                                   # 局部清屏
            conn.send(data)                                                 # 返回数据给客户端

# 当捕获异常,关闭套接字、网络
except:
    if(listenSocket):
        listenSocket.close()
    mywifi.disconnectWiFi()

注意

上例,使用``connectWiFi()`` 连接同个路由器wifi。你也可以用 enable_APWiFi() 开启AP模式,自建wifi网络让其他设备接入进来。

首先掌控板和手机须连接至同个局域网内。掌控板重启运行程序，TCP Server端等待Client端连接请求。打开Network Test Utility，进入“TCP Client”界面，填写Remote host和port,即 socket.blind(ip,port) 的IP地址和端口。Connect连接成功后，发送文本，掌控板接收到文本显示至oled屏并将返回至TCP Client端。您可在手机接收界面看到文本从Client->Server，Server->Client的过程。

../../../_images/socket_2.gif