学习目标

  • 理解TCP通讯协议
  • 理解UDP通讯协议
  • 能够编写TCP客户端
  • 能够编写TCP服务端
  • 能够编写UDP的发送端
  • 能够编写UDP的接收端
  • 能够使用UDP广播

    学习内容

    Socket通讯

    socket(简称 套接字) ，是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点，简单的说就是通信的两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。 网络通讯 - 图1
    它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的
    例如我们每天浏览网页、QQ 聊天、收发 email 等等

TCP协议

TCP协议，传输控制协议（英语：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信协议，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。
网络通讯 - 图2
TCP通信模型中，在通信开始之前，一定要先建立相关的链接，才能发送数据，类似于生活中，”打电话””
网络通讯 - 图3
网络通讯 - 图4
TCP的特点：

  1. 面向连接。
    1. 通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输，双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源，以管理连接的状态和连接上的传输。
    2. 双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。
    3. 完成数据交换后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。
  2. 传输可靠
    1. TCP采用发送应答机制。
    2. 超时重传。发送端发出一个报文段之后就启动定时器，如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。
    3. 错误校验。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。
    4. 流量控制和阻塞管理。流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下。

UDP协议

UDP是无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。
由于使用UDP协议消耗资源小，通信效率高，所以通常都会用于音频、视频和普通数据的传输例如视频会议都使用UDP协议，因为这种情况即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。
UDP传输的每个数据包被限制在64K以内（数据包大小由一个16位的无符号整数记录）。
网络通讯 - 图5
UDP (User Datagram Protocol )不提供复杂的控制机制, 如果传输过程中出现丢包, UDP 也不负责重发. 甚至当出现包到达顺序乱掉时候也没有纠正的功能. 由于 UDP 面向无连接, 它可以随时发送数据. 再加上 UDP 本身的处理既简单又高效, 因此常用于以下几个方面:

  • 包总量较少的通信(DNS).
  • 视频、音频等多媒体通信(即时通信).
  • 限定于 LAN 等特定网络中的应用通信.
  • 广播通信(广播、多播)

UDP的特点：

  • 需要资源少
  • 不保证接收
  • 无连接
  • 快

    UDP和TCP的区别

    | UDP | TCP | | —- | —- | | 面向无连接 | 面向有连接 | | 支持一对一、一对多、多对一、和多对多的通信 | 只能有两个端点，实现一对一的通信 | | 不保证数据传输的可靠性 | 传输数据无差错，不丢失，不重复，且按时序到达 | | 占用资源较少 | 占用资源较多 |

TCP编程

开发流程图

115.png

客户端开发

需求说明
  1. 确保设备能够连接网络
  2. 当前开发的是客户端，需要有一个服务端配合，实现两者通讯
  3. 确保服务端和客户端在同一个网络环境中（在同一个局域网）

  4. 客户端循环给服务端发送消息

    开发流程

    来到应用开发的根目录。
    我们编写代码的根目录为device/board/itcast/genkipi/app。

  5. 根目录下新建tcp_client文件夹，此为项目目录。

  6. 此项目目录下新建main.c文件
  7. 此项目目录下新建BUILD.gn文件
  8. 修改根目录下的BUILD.gn文件
    代码部分
    ```c

    include

    include

    include

include “cmsis_os2.h”

include “ohos_init.h”

include “wifi_sta.h”

include “lwip/sockets.h”

define SSID “xq”

define PASSWORD “qwer1234”

define HOSTNAME “itcast”

define SERVER_IP “192.168.137.1”

define SERVER_PORT 8080

static void start_tcp_client(void) { int sock_fd; int ret; sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sock_fd < 0) { perror(“[actuator_service]sock_fd create error\r\n”); return; }

  1. // receive addr config
  2. struct sockaddr_in server_addr;
  3. socklen_t server_addr_len = sizeof(server_addr);
  5. memset((void *) &server_addr, 0, server_addr_len);
  6. server_addr.sin_family = AF_INET;
  7. server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
  8. server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  10. ret = connect(sock_fd, (struct sockaddr *) &server_addr, server_addr_len);
  11. if (ret == -1) {
  12.     perror("connect error\r\n");
  13.     return;
  14. }
  16. char msg[1024];
  17. int cnt = 0;
  18. while (1) {
  19.     sprintf(msg, "hello %d\r\n", cnt++);
  20.     ret = send(sock_fd, msg, strlen(msg), 0);
  22.     if (ret == -1) {
  23.         perror("send error\r\n");
  24.         break;
  25.     }
  27.     usleep(1 * 1000 * 1000);
  28. }

}

static void startSta(void) { wifi_sta_connect(SSID, PASSWORD, HOSTNAME); start_tcp_client(); }

static void main(void) { osThreadAttr_t attr;

  1. attr.name = "tcp_client";
  2. attr.attr_bits = 0U;
  3. attr.cb_mem = NULL;
  4. attr.cb_size = 0U;
  5. attr.stack_mem = NULL;
  6. attr.stack_size = 1024 * 4;
  7. attr.priority = 25;
  9. // Create the Thread1 task
  10. if (osThreadNew((osThreadFunc_t)startSta, NULL, &attr) == NULL) {
  11.     printf("Failed to create say hello Thread!\n");
  12. }

}

APP_FEATURE_INIT(main);

  1. ```c
  2. static_library("tcp_client") {
  3.   sources = [ "main.c" ]
  5.   include_dirs = [
  6.     "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
  7.     "../../services/wifi/include",
  8.   ]
  9.   deps = [
  10.     "../../services:genkipi_services",
  11.   ]
  12. }
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
  3. lite_component("app") {
  4.   features = [
  5.     "tcp_client"
  6.   ]
  7. }

校验方式

打开网络调试助手，当前编写的代码为tcp 客户端，那么我们需要将调试助手配置为tcp 服务端。配置如图:
116.png
观察输出结果：
117.png

服务端开发

需求说明
  1. 确保设备能够连接网络
  2. 当前开发的是服务端，需要有一个客户端配合，实现两者通讯
  3. 确保服务端和客户端在同一个网络环境中（在同一个局域网）

  4. 服务端等待客户端发送消息

    开发流程

    来到应用开发的根目录。
    我们编写代码的根目录为device/board/itcast/genkipi/app。

  5. 根目录下新建tcp_server文件夹，此为项目目录。

  6. 此项目目录下新建main.c文件
  7. 此项目目录下新建BUILD.gn文件
  8. 修改根目录下的BUILD.gn文件
    代码部分
    ```c

    include

    include

    include

include “cmsis_os2.h”

include “ohos_init.h”

include “wifi_sta.h”

include “lwip/sockets.h”

define SSID “xq”

define PASSWORD “qwer1234”

define HOSTNAME “itcast”

define SERVER_PORT 8080

static void start_tcp_server(void) { int sock_fd; int ret; sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sock_fd < 0) { perror(“[actuator_service]sock_fd create error\r\n”); return; } // config receive addr struct sockaddr_in recvfrom_addr; socklen_t recvfrom_addr_len = sizeof(recvfrom_addr);

  1. memset((void *) &recvfrom_addr, 0, recvfrom_addr_len);
  2. recvfrom_addr.sin_family = AF_INET;
  3. recvfrom_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  4. recvfrom_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  5. // bind
  6. ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &recvfrom_addr, recvfrom_addr_len);
  7. if (ret == -1) {
  8.     perror("bind error\r\n");
  9.     return;
  10. }
  12. // listen, just listen 1 connect
  13. ret = listen(sock_fd, 1);
  14. if (ret == -1) {
  15.     perror("[actuator_service]listen error\r\n");
  16.     return;
  17. }
  19. while (1) {
  20.     int client_fd;
  21.     struct sockaddr_in client_addr;
  22.     socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
  24.     client_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *) &client_addr, &client_addr_len);
  25.     if (client_fd < 0) {
  26.         perror("accept client error\r\n");
  27.         continue;
  28.     }
  30.     printf("client connect: %s\r\n", inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)(&client_addr))->sin_addr));
  31.     char recv_buf[1024];
  32.     int recv_len;
  33.     while (1) {
  34.         recv_len = recv(client_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);
  35.         if (recv_len <= 0) {
  36.             break;
  37.         }
  38.         char recv_data[recv_len];
  39.         memcpy(recv_data, recv_buf, recv_len);
  40.         recv_data[recv_len] = '\0';
  41.         printf("len: %d data: %s\r\n", recv_len, recv_data);
  42.     }
  43. }

}

static void startSta(void) { wifi_sta_connect(SSID, PASSWORD, HOSTNAME); start_tcp_server(); }

static void main(void) { osThreadAttr_t attr;

  1. attr.name = "tcp_server";
  2. attr.attr_bits = 0U;
  3. attr.cb_mem = NULL;
  4. attr.cb_size = 0U;
  5. attr.stack_mem = NULL;
  6. attr.stack_size = 1024 * 4;
  7. attr.priority = 25;
  9. // Create the Thread1 task
  10. if (osThreadNew((osThreadFunc_t)startSta, NULL, &attr) == NULL) {
  11.     printf("Failed to create say hello Thread!\n");
  12. }

}

APP_FEATURE_INIT(main);

  1. ```c
  2. static_library("tcp_server") {
  3.   sources = [ "main.c" ]
  5.   include_dirs = [
  6.     "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
  7.     "../../services/wifi/include",
  8.   ]
  9.   deps = [
  10.     "../../services:genkipi_services",
  11.   ]
  12. }
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
  3. lite_component("app") {
  4.   features = [
  5.     "tcp_server"
  6.   ]
  7. }

校验方式

打开网络调试助手，当前编写的代码为tcp 服务端，那么我们需要将调试助手配置为tcp 客户端。配置如图:
119.png
服务器IP的获取方式需要通过路由器获得，我使用的是PC机作为热点，可以通过热点中进行设备ip的查询：
118.png
点击连接网络，查看串口打印：
120.png
客户端已经连接到自己编写的服务器上了。
在网络调试工具中输入要发送的内容，点击发送，查看服务端的打印结果：
121.png
122.png

UDP编程

网络通讯 - 图14

客户端开发

需求说明
  1. 确保设备能够连接网络
  2. 当前开发的是客户端，需要有一个服务端配合，实现两者通讯
  3. 确保服务端和客户端在同一个网络环境中（在同一个局域网）

  4. 客户端循环给服务端发送消息

    开发流程

    来到应用开发的根目录。
    我们编写代码的根目录为device/board/itcast/genkipi/app。

  5. 根目录下新建udp_client文件夹，此为项目目录。

  6. 此项目目录下新建main.c文件
  7. 此项目目录下新建BUILD.gn文件
  8. 修改根目录下的BUILD.gn文件
    代码部分
    ```c

    include

    include

    include

include “cmsis_os2.h”

include “ohos_init.h”

include “wifi_sta.h”

include “lwip/sockets.h”

define SSID “xq”

define PASSWORD “qwer1234”

define HOSTNAME “itcast”

define SERVER_IP “192.168.137.1”

define SERVER_PORT 8080

static void start_udp_client(void) { // 创建udp int sock_fd; int ret; sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (sock_fd < 0) { perror(“sock_fd create error\r\n”); return; }

  1. // config send addr
  2. struct sockaddr_in send_addr;
  3. socklen_t send_addr_len = sizeof(send_addr);
  4. // 初始化发送地址
  5. memset((void *) &send_addr, 0, send_addr_len);
  6. send_addr.sin_family = AF_INET;
  7. //这个位置是否是inet_addr_t
  8. send_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
  9. send_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  11. char msg[1024];
  12. int cnt = 0;
  13. while (1) {
  14.     sprintf(msg, "hello %d\r\n", cnt++);
  15.     ret = sendto(sock_fd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr *) &send_addr, send_addr_len);
  17.     usleep(1 * 1000 * 1000);
  18. }

}

static void startSta(void) { wifi_sta_connect(SSID, PASSWORD, HOSTNAME); start_udp_client(); }

static void main(void) { osThreadAttr_t attr;

  1. attr.name = "udp_client";
  2. attr.attr_bits = 0U;
  3. attr.cb_mem = NULL;
  4. attr.cb_size = 0U;
  5. attr.stack_mem = NULL;
  6. attr.stack_size = 1024 * 4;
  7. attr.priority = 25;
  9. // Create the Thread1 task
  10. if (osThreadNew((osThreadFunc_t)startSta, NULL, &attr) == NULL) {
  11.     printf("Failed to create say hello Thread!\n");
  12. }

}

APP_FEATURE_INIT(main);

  1. ```c
  2. static_library("udp_client") {
  3.   sources = [ "main.c" ]
  5.   include_dirs = [
  6.     "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
  7.     "../../services/wifi/include",
  8.   ]
  9.   deps = [
  10.     "../../services:genkipi_services",
  11.   ]
  12. }
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
  3. lite_component("app") {
  4.   features = [
  5.     "udp_client"
  6.   ]
  7. }

校验方式

打开网络调试助手，当前编写的代码为udp客户端，那么我们需要将调试助手配置为UDP服务端。配置如图:
123.png
服务器IP也是本机IP地址，我们可以通过命令行查询本机的IP：

  1. ipconfig

结果如图：
124.png
我查看的是无线局域网适配器，因为我的PC作为热点和我们的开发板进行连接的。查询结果有两个，两个都可以使用。

点击连接网络后，观察输出结果：
125.png

服务端开发

需求说明
  1. 确保设备能够连接网络
  2. 当前开发的是服务端，需要有一个客户端配合，实现两者通讯
  3. 确保服务端和客户端在同一个网络环境中（在同一个局域网）

  4. 服务端等待客户端发送消息

    开发流程

    来到应用开发的根目录。
    我们编写代码的根目录为device/board/itcast/genkipi/app。

  5. 根目录下新建udp_server文件夹，此为项目目录。

  6. 此项目目录下新建main.c文件
  7. 此项目目录下新建BUILD.gn文件
  8. 修改根目录下的BUILD.gn文件
    代码部分
    ```c

    include

    include

    include

include “cmsis_os2.h”

include “ohos_init.h”

include “wifi_sta.h”

include “lwip/sockets.h”

define SSID “xq”

define PASSWORD “qwer1234”

define HOSTNAME “itcast”

define SERVER_PORT 8080

static void start_udp_server(void) { // udp create int sock_fd; int ret; sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (sock_fd < 0) { perror(“sock_fd create error\r\n”); return; }

  1. // config receive addr
  2. struct sockaddr_in recvfrom_addr;
  3. socklen_t recvfrom_addr_len = sizeof(recvfrom_addr);
  5. memset((void *) &recvfrom_addr, 0, recvfrom_addr_len);
  6. recvfrom_addr.sin_family = AF_INET;
  7. recvfrom_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  8. recvfrom_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  10. // bind receive addr
  11. // bind
  12. ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &recvfrom_addr, recvfrom_addr_len);
  13. if (ret == -1) {
  14.     perror("bind error\r\n");
  15.     return;
  16. }
  18. char recv_buf[1024];
  19. int recv_len;
  20. while (1) {
  21.     struct sockaddr_in sender_addr;
  22.     int sender_addr_len;
  24.     recv_len = recvfrom(sock_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr *) &sender_addr,
  25.                         sender_addr_len);
  27.     if (recv_len <= 0) {
  28.         continue;
  29.     }
  31.     char recv_data[recv_len];
  32.     memcpy(recv_data, recv_buf, recv_len);
  33.     printf("len: %d data: %s\r\n", recv_len, recv_data);
  34. }

}

static void startSta(void) { wifi_sta_connect(SSID, PASSWORD, HOSTNAME); start_udp_server(); }

static void main(void) { osThreadAttr_t attr;

  1. attr.name = "udp_server";
  2. attr.attr_bits = 0U;
  3. attr.cb_mem = NULL;
  4. attr.cb_size = 0U;
  5. attr.stack_mem = NULL;
  6. attr.stack_size = 1024 * 4;
  7. attr.priority = 25;
  9. // Create the Thread1 task
  10. if (osThreadNew((osThreadFunc_t)startSta, NULL, &attr) == NULL) {
  11.     printf("Failed to create say hello Thread!\n");
  12. }

}

APP_FEATURE_INIT(main);

  1. ```c
  2. static_library("tcp_server") {
  3.   sources = [ "main.c" ]
  5.   include_dirs = [
  6.     "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
  7.     "../../services/wifi/include",
  8.   ]
  9.   deps = [
  10.     "../../services:genkipi_services",
  11.   ]
  12. }
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
  3. lite_component("app") {
  4.   features = [
  5.     "tcp_server"
  6.   ]
  7. }

校验方式

打开网络调试助手，当前编写的代码为tcp 服务端，那么我们需要将调试助手配置为tcp 客户端。配置如图:
126.png
服务器IP的获取方式需要通过路由器获得，我使用的是PC机作为热点，可以通过热点中进行设备ip的查询：
118.png
点击连接网络，查看串口打印：
127.png

广播开发

需求说明
  1. 确保设备能够连接网络
  2. 当前开发的是广播端，需要多个接收端配合，实现一对多通讯
  3. 确保服务端和客户端在同一个网络环境中（在同一个局域网）

  4. 广播端循环给接收端发送消息

    开发流程

    来到应用开发的根目录。
    我们编写代码的根目录为device/board/itcast/genkipi/app。

  5. 根目录下新建udp_broadcast文件夹，此为项目目录。

  6. 此项目目录下新建main.c文件
  7. 此项目目录下新建BUILD.gn文件
  8. 修改根目录下的BUILD.gn文件
    代码部分
    ```c

    include

    include

    include

include “cmsis_os2.h”

include “ohos_init.h”

include “wifi_sta.h”

include “lwip/sockets.h”

define SSID “xq”

define PASSWORD “qwer1234”

define HOSTNAME “itcast”

define SERVER_PORT 8080

static void start_udp_broadcast(void) { // udp create int sock_fd; int ret; sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if (sock_fd < 0) { perror(“sock_fd create error\r\n”); return; }

  1. // set broadcast mode
  2. int yes = 1;
  3. ret = setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char *) &yes, sizeof(yes));
  4. if (ret == -1) {
  5.     perror("setsockopt error\r\n");
  6.     return;
  7. }
  9. // config broadcast addr
  10. struct sockaddr_in broadcast_addr;
  11. socklen_t broadcast_addr_len = sizeof(broadcast_addr);
  13. memset((void *) &broadcast_addr, 0, broadcast_addr_len);
  14. broadcast_addr.sin_family = AF_INET;
  15. broadcast_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_BROADCAST);
  16. broadcast_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  18. char msg[1024];
  19. int cnt = 0;
  20. while (1) {
  21.     sprintf(msg, "hello %d\r\n", cnt++);
  22.     ret = sendto(sock_fd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr *) &broadcast_addr, broadcast_addr_len);
  24.     usleep(1 * 1000 * 1000);
  25. }

}

static void startSta(void) { wifi_sta_connect(SSID, PASSWORD, HOSTNAME);

  1. start_udp_broadcast();

}

static void main(void) { osThreadAttr_t attr;

  1. attr.name = "tcp_client";
  2. attr.attr_bits = 0U;
  3. attr.cb_mem = NULL;
  4. attr.cb_size = 0U;
  5. attr.stack_mem = NULL;
  6. attr.stack_size = 1024 * 4;
  7. attr.priority = 25;
  9. // Create the Thread1 task
  10. if (osThreadNew((osThreadFunc_t)startSta, NULL, &attr) == NULL) {
  11.     printf("Failed to create say hello Thread!\n");
  12. }

}

APP_FEATURE_INIT(main);

  1. ```c
  2. static_library("udp_broadcast") {
  3.   sources = [ "main.c" ]
  5.   include_dirs = [
  6.     "//base/iothardware/peripheral/interfaces/inner_api",
  7.     "../../services/wifi/include",
  8.   ]
  9.   deps = [
  10.     "../../services:genkipi_services",
  11.   ]
  12. }
  1. import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
  3. lite_component("app") {
  4.   features = [
  5.     "udp_broadcast"
  6.   ]
  7. }

校验方式

打开网络调试助手，当前编写的代码为UDP广播端，那么我们需要将调试助手配置为UDP接收端，而且不止一个UDP接收端，这个时候我们需要多台电脑，每台电脑都打开网络调试助手。网络调试助手配置如图:
128.png
点击连接网络，观察打印输出结果。
129.png
在这里需要特别强调的是，多台接收电脑和广播端必须在同一个局域网内。

练习题

  1. 实现TCP 客户端的编写，进行调试。
  2. 实现TCP 服务端的编写，进行调试。
  3. 实现UDP 客户端的编写，进行调试。
  4. 实现UDP 服务端的编写，进行调试。
  5. 实现UDP 广播端的编写，进行调试。