網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧LwIP

WiFi UDP Clinet編程

WiFi UDP Server編程

WiFi TCP Client編程

WiFi TCP Server編程

一。LWIP原理介紹，API介紹，文件結(jié)構(gòu)

1.Lwip支持的協(xié)議

2.API

3.文件結(jié)構(gòu)

1.api目錄：應(yīng)用程序接口文件。

2.arch目錄：與硬件和OS有關(guān)的文件，包括網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、移植需要修改的文件。

3.core目錄：LwIP的核心代碼，包括ICMP、IP、UDP、TCP等協(xié)議的實(shí)現(xiàn)等。

4.include目錄：LwIP的包含文件。

5.netif目錄：PPP協(xié)議和LwIP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的模板，提供了網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)程序的基本框架。

4.Socket 通信模型

Socket是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編程接口

Socket類型：

（1）流式套接字(SOCK_STREAM)

（2）數(shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK_DGRAM)

（3）原始套接字(SOCK_RAW)

5.Socket API

socket：創(chuàng)建一個(gè)套接字

bind：將本地端口號(hào)和IP地址綁定到套接字上

listen：TCP監(jiān)聽

accept：TCP監(jiān)聽接受處理

connect：TCP客戶端連接

select：特殊套接字設(shè)置

send/sendto：發(fā)送數(shù)據(jù)包到已連接/未連接套接字上

recv/recvfrom：接收數(shù)據(jù)包從已連接/未連接套接字上

getsockopt/setsockopt：獲取/改變套接字選項(xiàng)

getpeername/getsockname：獲取遠(yuǎn)端/本地地址信息

close：關(guān)閉套接字

shutdown：按設(shè)置關(guān)閉套接字

gethostbyname/gethostbyaddr：地址域名映射

read：從套接字緩存讀數(shù)據(jù)

write：向套接字緩存寫數(shù)據(jù)

目的：

Lwip協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)目的，無(wú)非是要上層用來(lái)實(shí)現(xiàn)app的socket編程。 為了兼容性，lwip的socket通過(guò)宏定義提供標(biāo)準(zhǔn)的socket接口函數(shù)

5.介紹常用的API

（1）int socket (int domain, int type, int protocol);

????????1.domain 是地址族

PF_INET ?// internet IPv4協(xié)議

PF_INET6 // internet IPv6協(xié)議

PF_UNSPEC ? ? ?// 用戶協(xié)議

????????2.type ?// 套接字類型

SOCK_STREAM ? // 流式套接字

SOCK_DGRAM ? ?// 數(shù)據(jù)報(bào)套接字 S

OCK_RAW ? ? ? ? // ?原始套接字

????????3.protocol //參數(shù)通常置為0 ?? ?

IPPROTO_IP ? ? ?0 ?? ?

IPPROTO_TCP ? ? 6 ?? ?

IPPROTO_UDP ? ? 17

（2）int bind (int sockfd, struct sockaddr* addr, int addrLen);

????????1.sockfd 由socket() 調(diào)用返回

? ? ? ? 2.addr 是指向 sockaddr_in 結(jié)構(gòu)的指針，包含本機(jī)IP 地址和端口號(hào)

struct sockaddr_in{

????????u_short sin_family // protocol family

????????u_short sin_port ? ? // port number

}

struct in_addr ?sin_addr ?//IP address (32-bits)
? ? ? ? 3.addrLen : sizeof (struct sockaddr_in)

（3）地址結(jié)構(gòu)

地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

通用地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr{    u_short  sa_family;    // 地址族, AF_xxxchar  sa_data[14];     // 14字節(jié)協(xié)議地址};Internet協(xié)議地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr_in{           u_short sin_family;      // 地址族, AF_INET，2 bytesu_short sin_port;      // 端口，2 bytesstruct in_addr sin_addr;  // IPV4地址，4 bytes 	char sin_zero[8];        // 8 bytes unused，作為填充}; 
IPv4地址結(jié)構(gòu)
// internet address  
struct in_addr
{in_addr_t  s_addr;            // u32 network address 
};

使用方法

1.定義一個(gè)struct sockaddr_in類型的變量并清空

struct sockaddr_in myaddr;
memset(&myaddr, 0, sizeof(myaddr));

2.填充地址信息

myaddr.sin_family = PF_INET;
myaddr.sin_port = htons(8888); 
myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.100”);

3.將該變量強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為struct sockaddr類型在函數(shù)中使用

bind(listenfd, (struct sockaddr*)(&myaddr), sizeof(myaddr));

（4）地址轉(zhuǎn)換函數(shù)

1.unsigned long inet_addr(char *address);

????????address是以’\0’結(jié)尾的點(diǎn)分IPv4字符串。該函數(shù)返回32位的地址。如果字符串包含的不是合法的IP地址，則函數(shù)返回-1。例如：

struct in_addr addr；
addr.s_addr = inet_addr(" 192.168.1.100 ");

2.char* inet_ntoa(struct in_addr address);

????????address是IPv4地址結(jié)構(gòu)，函數(shù)返回一指向包含點(diǎn)分IP地址的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)字符指針。如果錯(cuò)誤則函數(shù)返回NULL。

（5）獲取/發(fā)送套接字

獲取套接字

int?getsockopt(int sock, int level,int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

發(fā)送套接字

int?setsockopt(int sock, int level,int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

參數(shù)：

sock：將要被設(shè)置或者獲取選項(xiàng)的套接字。

level：選項(xiàng)所在的協(xié)議層。

optname：需要訪問(wèn)的選項(xiàng)名。

optval：對(duì)于getsockopt()，指向返回選項(xiàng)值的緩沖。對(duì)于setsockopt()，指向包含新選項(xiàng)值的緩沖。

optlen：對(duì)于getsockopt()，作為入口參數(shù)時(shí)，選項(xiàng)值的最大長(zhǎng)度。作為出口參數(shù)時(shí)，選項(xiàng)值的實(shí)際長(zhǎng)度。對(duì)于setsockopt()，現(xiàn)選項(xiàng)的長(zhǎng)度。

返回說(shuō)明： 成功執(zhí)行時(shí)，返回0。

失敗返回-1，errno被設(shè)為以下的某個(gè)值

EBADF：sock不是有效的文件描述詞

EFAULT：optval指向的內(nèi)存并非有效的進(jìn)程空間

EINVAL：在調(diào)用setsockopt()時(shí)，optlen無(wú)效

ENOPROTOOPT：指定的協(xié)議層不能識(shí)別選項(xiàng)

ENOTSOCK：sock描述的不是套接字

（6）listen監(jiān)聽

int listen (int sockfd, int backlog);

sockfd:監(jiān)聽連接的套接字。

backlog 指定了正在等待連接的最大隊(duì)列長(zhǎng)度，它的作用在于處理可能同時(shí)出現(xiàn)的幾個(gè)連接請(qǐng)求。 DoS(拒絕服務(wù))攻擊即利用了這個(gè)原理，非法的連接占用了全部的連接數(shù)，造成正常的連接請(qǐng)求被拒絕。 返回值： 0 或 -1。

完成listen()調(diào)用后，socket變成了監(jiān)聽socket(listening socket).

（7）accept

int?accept(int?sockfd,?struct?sockaddr?*addr, socklen_t?*addrlen) ;

返回值：已建立好連接的套接字或-1
sockfd : 監(jiān)聽套接字?
addr : 對(duì)方地址
addrlen：地址長(zhǎng)度

（8）connect

int?connect(int?sockfd,?struct?sockaddr?*serv_addr, int?addrlen);

返回值：0 或 -1

sockfd : socket返回的文件描述符

serv_addr : 服務(wù)器端的地址信息 ?

addrlen : serv_addr的長(zhǎng)度

（9）send/sendto

ssize_t  send(int  socket,  const  void  *buffer,  size_t  length, int flags);
ssize_t  sendto(int s, const void *data, size_t size, int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t tolen);

返回值： 成功：實(shí)際發(fā)送的字節(jié)數(shù) 失敗：-1, 并設(shè)置errno

頭文件： #include <sys/socket.h>

buffer : 發(fā)送緩沖區(qū)首地址 length : 發(fā)送的字節(jié)數(shù) flags : 發(fā)送方式（通常為0）

（10）recv/recvfrom

ssize_t  recv(int  socket,  const  void  *buffer,  size_t  length, int flags);
ssize_t  recvfrom(int s, void *mem, size_t len, int flags,struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);

返回值： 成功：實(shí)際接收的字節(jié)數(shù) 失敗：-1,并設(shè)置errno

buffer : 發(fā)送緩沖區(qū)首地址

length : 發(fā)送的字節(jié)數(shù)

flags : 接收方式（通常為0）

（11）套接字關(guān)閉

int close(int sockfd);
int shutdown(int sockfd, int howto);

close是雙向通信的關(guān)閉

TCP連接是雙向的(是可讀寫的)，當(dāng)我們使用close時(shí),會(huì)把讀寫通道都關(guān)閉，有時(shí)侯我們希望只關(guān)閉一個(gè)方向，這個(gè)時(shí)候我們可以使用shutdown。針對(duì)不同的howto，系統(tǒng)回采取不同的關(guān)閉方式。 howto = 0 關(guān)閉讀通道，但是可以繼續(xù)往套接字寫數(shù)據(jù)。 howto = 1 和上面相反，關(guān)閉寫通道。只能從套接字讀取數(shù)據(jù)。 howto = 2 關(guān)閉讀寫通道，和close()一樣

二。實(shí)驗(yàn)：WiFi UDP Clinet編程

1.功能分析

完成UDP Client功能開發(fā)

（1）PC模擬UDP Server，指定（IP，PORT），等待Client數(shù)據(jù)

（2）UDP Client向Sever發(fā)送“I am Client!”

（3）Sever收到數(shù)據(jù)后，向Client發(fā)送“I am Server!”

2.功能實(shí)現(xiàn)

（1）在SDK目錄下新建udpclient目錄

（2）拷貝Station目錄下所有文件到udpclient目錄下

（3）在user目錄下新建udpclient.c

（4）在include目錄下新建udpclient.h

（1）Sourceinsight配置

在之前的工程中，移除AP文件夾 添加udpclient文件夾

添加lwip文件夾

同步：

發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：

QQ的截屏比SourceInsight復(fù)制優(yōu)先級(jí)低，即先復(fù)制代碼，在截屏之后粘貼還是復(fù)制的代碼

3.代碼實(shí)現(xiàn)

1.在udpclient.c下，添加《整體復(fù)制粘貼》

（1）udpclient初始化

（2）udpclient任務(wù)

#include "esp_common.h"#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"#include "lwip/sockets.h"
#include "lwip/dns.h"
#include "lwip/netdb.h"
#include "udpclient.h"#define SERVERADDR "192.168.3.12"//注意：這是wifi分配的ip地址，會(huì)變化
#define SERVERPORT 8000
/******************************************************************************* FunctionName : ATaskUdpClient* Description  : ATaskUdpClient 任務(wù)* Parameters   : none* Returns      : none
*******************************************************************************/
void ATaskUdpClient( void *pvParameters )
{int iVariableExample = 0;int fd = -1;int NetTimeOnt = 5000;int ret;struct sockaddr_in ServerAddr;char udpmsg[48];STATION_STATUS StaStatus;do {StaStatus = wifi_station_get_connect_status();vTaskDelay(100);}while(StaStatus != STATION_GOT_IP);fd = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(fd == -1){printf("get socket fail!\n");vTaskDelete(NULL);}setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,&NetTimeOnt,sizeof(int));memset(&ServerAddr,0,sizeof(ServerAddr));ServerAddr.sin_family = AF_INET;ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERADDR);ServerAddr.sin_port = htons(SERVERPORT);ServerAddr.sin_len = sizeof(ServerAddr);for(;;){sendto(fd,"I am UdpClient!",sizeof("I am UdpClient!"),0,(struct sockaddr *)&ServerAddr,(socklen_t)ServerAddr.sin_len);do{ret = recvfrom(fd,udpmsg,48,0,(struct sockaddr *)&ServerAddr,(socklen_t*)(&ServerAddr.sin_len));if(ret > 0){printf("UdpServer:%s\n",udpmsg);}else{printf("UdpServer data is no!\n");}}while(ret == -1);}vTaskDelete( NULL );
}
/******************************************************************************* FunctionName : UdpClient_init* Description  : UdpClient_init 初始化* Parameters   : none* Returns      : none
*******************************************************************************/
void UdpClient_init(void)
{xTaskCreate(ATaskUdpClient, "UdpClient", 256, NULL, 4, NULL);
}

?注意：上述的IPv設(shè)置的是本機(jī)的IP地址

Win+R---》cmd進(jìn)入命令行

輸入ipconfig查詢無(wú)線網(wǎng)絡(luò)ipv4地址

對(duì)上述代碼的解釋

<1>判斷是否獲取到IP地址

<2>創(chuàng)建socket

<3>設(shè)置接收超時(shí)時(shí)間

<4>賦值server信息

<5>發(fā)送數(shù)據(jù)到server端

<6>從server端接收數(shù)據(jù)

2.在udpclient.h下聲明《整體復(fù)制》

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endifvoid ATaskUdpClient( void *pvParameters );
void UdpClient_init(void);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

3.在user_main中

UdpClient_init();

5.運(yùn)行方式

（1）創(chuàng)建一個(gè)UDP，ip為本機(jī)被分配的無(wú)線ipv4地址，端口為程序代碼設(shè)置的端口

查詢IP地址（通過(guò)ipconfig命令獲取本機(jī)ip地址）

（2）建立串口通訊，波特率為74880，關(guān)閉RTS，使用終端模式

4.結(jié)果

（1）串口中打印從UDP服務(wù)器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)（123）

三。實(shí)驗(yàn)：WiFi UDP Server編程

1.功能分析

實(shí)驗(yàn)要求：
完成UDP Server功能開發(fā)

1.PC模擬UDP Client，指定UDP Server （IP，PORT），發(fā)送“I am Client!”

2.Sever收到數(shù)據(jù)后，向Client發(fā)送“I am Server!”

2.功能實(shí)現(xiàn)

新建udpserver工程目錄

1.在SDK目錄下新建udpserver目錄

2.拷貝udpclient目錄下所有文件到udpserver目錄下

新建udpserver源碼文件

1.在user目錄下新建udpserver.c

2.在include目錄下新建udpserver.h

Sourceinsight配置

1.在之前的工程中，移除udpclient文件夾

2.添加udpserver文件夾

3.代碼實(shí)現(xiàn)

1.復(fù)制之前udpclient代碼到udpserver上，進(jìn)行修改

? ? （1）重命名UdpClient_init為UdpServer_init

? ? （2）重命名ATaskUdpClient為ATaskUdpServer

2.修改user_main.c

? ? （1）包涵udpserver.h

? ? （2）在user_init里修改為UdpServer_init

代碼的詳細(xì)解釋

1.判斷是否獲取到IP地址

2.創(chuàng)建socket

3.Serveraddr 信息設(shè)置

4.設(shè)置接收超時(shí)時(shí)間

5.綁定socket

6.從Client端接收數(shù)據(jù)

7.發(fā)送數(shù)據(jù)到Client端

結(jié)果：

四。WiFi TCP Client編程

1.功能分析

實(shí)驗(yàn)要求：

完成TCP Client功能開發(fā)

1.PC模擬TCP Server，指定（IP，PORT），等待Client數(shù)據(jù)

2.TCP Client向Sever發(fā)送“I am Client!”

3.Sever收到數(shù)據(jù)后，向Client發(fā)送“I am Server!”

2.功能實(shí)現(xiàn)

新建tcpclient工程目錄

1.在SDK目錄下新建tcpclient目錄

2.拷貝udpclient目錄下所有文件到tcpclient目錄下

新建tcpclient源碼文件

1.在user目錄下新建tcpclient.c

2.在include目錄下新建tcpclient.h

Sourceinsight配置

1.在之前的工程中，移除udpserver文件夾

2.添加tcpclient文件夾

3.代碼實(shí)現(xiàn)

1.復(fù)制之前udpclient代碼到tcpclient上，進(jìn)行修改

? ? （1）重命名UdpClient_init為TcpClient_init

? ? （2）重命名ATaskUdpClient為ATaskTcpClient

2.修改user_main.c

? ??（1）包涵tcpclient.h

? ? （2）在user_init里修改為TcpClient_init

代碼詳細(xì)解釋

1.判斷是否獲取到IP地址

2.創(chuàng)建socket

3.設(shè)置接收超時(shí)時(shí)間

4.賦值server信息

5.連接到server端

6.發(fā)送數(shù)據(jù)到server端

7.從server端接收數(shù)據(jù)

五。實(shí)驗(yàn)：WiFi TCP Server編程

1.功能分析

實(shí)驗(yàn)要求：

完成TCP Server功能開發(fā)

1.PC模擬TCP Client，指定Server（IP，PORT）

? ? （1）進(jìn)行連接，連接成功后發(fā)生“I am Client!”

? ? （2）Sever收到數(shù)據(jù)后，向Client發(fā)送“I am Server!”

2.功能實(shí)現(xiàn)

新建tcpserver工程目錄

1.在SDK目錄下新建tcpserver目錄

2.拷貝tcpclient目錄下所有文件到tcpserver目錄下

新建tcpserver源碼文件

1.在user目錄下新建tcpserver.c

2.在include目錄下新建tcpserver.h

Sourceinsight配置

1.在之前的工程中，移除tcpclient文件夾

2.添加tcpserver文件夾

3.代碼實(shí)現(xiàn)

1.復(fù)制之前tcpclient代碼到tcpserver上，進(jìn)行修改

? ? （1）重命名TcpClient_init為TcpServer_init

? ? （2）重命名ATaskTcpClient為ATaskTcpServer

2.修改user_main.c

? ? （1）包涵tcpserver.h

? ? （2）在user_init里修改為TcpServer_init

代碼詳解

1.判斷是否獲取到IP地址

2.創(chuàng)建socket

3.設(shè)置接收超時(shí)時(shí)間

4.賦值server信息

5.綁定socket

6.監(jiān)聽socket

7.處理Client 連接

8.接收Client 數(shù)據(jù)

9.發(fā)送數(shù)據(jù)到Server

10.關(guān)閉socket