物联网lwIP网络开发（三）：Socket编程深入

所谓的封装无非就是去判断接口的返回值，并且根据返回值做一定的处理

Socket是一个在Windows或Linux下的接口集，比较丰富

socket_wrap.h

#ifndef _SOCKET_WRAP_H#define _SOCKET_WRAP_H
#include "lwip/sockets.h"
int Socket(int domain, int type, int protocol);
int Bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
int Listen(int sockfd, int backlog);
int Accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int Connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
int Write(int fd,const void *buf,size_t nbytes);int Read(int fd,void *buf,size_t nbyte);
int Sendto(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);int Recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);#endif

socket_wrap.c

#include "socket_wrap.h"#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"
/****************socket封装*******************/  * @brief 创建套接字 * @param domain: 协议域 * @param type: 协议类型  * @param protocol: 协议版本 * @retval int: 返回文件描述符，正确大于0 */int Socket(int domain, int type, int protocol){ int fd; fd = socket(domain, type, protocol); //当返回值为-1的时候，基本是lwip的内存不够 //只能将任务删除，用到freetos下的函数vTaskDelete() //参数为NULL时，表示删除任务自身 if(fd < 0){ printf("create socket error\r\n"); //当调用删除任务，就会切换上下文，CPU执行其他任务，这里是不会有返回的 vTaskDelete(NULL); } return fd;}

/****************bind封装*******************/ * @brief 绑定套接字 * @param sockfd: 文件描述符 * @param addr: 绑定的地址信息  * @param addrlen: 地址结构体长度 * @retval int: 返回值大于0，不大于0会自动处理 */int Bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen){ int ret; ret = bind(sockfd, addr, addrlen); if(ret < 0){ printf("bind socket error\r\n"); //当调用删除任务，就会切换上下文，CPU执行其他任务 vTaskDelete(NULL);  } return ret;}
/****************listen封装*******************/ * @brief 监听套接字 * @param sockfd: 要监听的文件描述符 * @param backlog: 监听队列的大小，默认为5，unix下为128 * @retval int: 大于0的值 */int Listen(int sockfd, int backlog){ int ret; ret = listen(sockfd, backlog); if(ret < 0){ printf("listen socket error\r\n"); //当调用删除任务，就会切换上下文，CPU执行其他任务 vTaskDelete(NULL);  } return ret;
}
/****************accept封装*******************/ * @brief 等待客户端建立好连接 * @param sockfd: 文件描述符 * @param addr: 绑定的地址信息  * @param addrlen: 地址结构体长度---指针类型 * @retval int: 大于0的值 */int Accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen){
 int fd;again: //accept 是阻塞函数，只有客户端连接成功后，才会返回，或者错误返回 fd = accept(sockfd, addr, addrlen); //客戶端连接错误 if(fd < 0){ printf("accept socket error\r\n"); goto again;  } return fd;}
/****************connect封装*******************/ * @brief 向目标服务器建立连接 * @param sockfd: 文件描述符 * @param addr: 绑定的地址信息  * @param addrlen: 地址结构体长度---指针 * @retval int: 成功：0，错误小于0 */int Connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen){ int ret; ret = connect(sockfd, addr, addrlen); if(ret < 0){ printf("connect socket error\r\n"); //先关闭当前的socket，其实内部是删除这个socket的内存块 //再次连接时应该创建新的socket的内存块，要将旧的删除  close(sockfd); } return ret;}/****************write封装*******************/ * @brief 向套接字发送数据 * @param fd: 文件描述符 * @param buf: 要发送的缓冲区  * @param nbytes: 发送数据的大小，单位为字节 * @retval int: 正确：返回已经发生的数据长度，错误小于0 */int Write(int fd,const void *buf,size_t nbytes){ int ret; ret = write(fd, buf, nbytes); //如果出错，基本上是socket错误了，比如对方socket关闭了 if(ret < 0){ printf("Write socket error\r\n"); //先关闭当前的socket，其实内部是删除这个socket的内存块 close(fd);  } return ret;
}/****************read封装*******************/
 * @brief 从套接字读取数据 * @param fd: 文件描述符 * @param buf: 要接收的缓冲区  * @param nbytes: 接收数据的大小，单位为字节 * @retval int: 正确：返回已经接收的数据长度，错误小于0,socket关闭等于0 */int Read(int fd,void *buf,size_t nbyte){ int ret; ret = read(fd, buf, nbyte); if(ret == 0){ printf("read socket is close\r\n"); close(fd); }else if(ret < 0){  printf("read socket error\r\n"); close(fd); } return ret;
}
/****************sendto封装*******************/ * @brief 发送数据到指定地址 * @param sockfd: 文件描述符 * @param msg: 要发送的缓冲区  * @param len: 要发送大小 * @param flags: 标志 默认传0 * @param to: 发送的地址信息 * @param tolen: 地址结构体长度 * @retval int: 正确：返回已经发送的数据长度，错误小于0 */int Sendto(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen){ int ret;again: ret = sendto(sockfd, msg, len, flags, to, tolen); if(ret < 0){ printf("sendto socket error\r\n"); goto again; } return ret;
}/****************recvfrom封装*******************/ * @brief 从socket接收数据 * @param sockfd: 文件描述符 * @param buf: 要接收的缓冲区  * @param len: 接收缓冲区的大小 * @param flags: 标志 默认传0 * @param from: 接收到的地址信息 * @param fromlen: 地址结构体大小 * @retval int: 正确：返回已经发送的数据长度，错误小于0 */int Recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen){ int ret;again: ret = recvfrom(sockfd, buf, len, flags, from, fromlen); if(ret < 0){ printf("recvfrom socket error\r\n"); goto again;  } return ret;}

—2—

TCP Server优化

socket_tcp_server.h

#ifndef _SOCKET_TCP_SERVER_H#define _SOCKET_TCP_SERVER_H#define SERVER_IP "192.168.1.178"#define SERVER_PORT 6666#define BUFF_SIZE 4096
void vTcpServerTask(void);


#endif

socket_tcp_server.c

可以很明显得看到优化只是将原来的接口换成了封装之后的接口，注意包含封装过.h的头文件"socket_wrap.h"

#include "socket_tcp_server.h"#include "socket_wrap.h"#include "ctype.h"
char ReadBuff[BUFF_SIZE];
/** * @brief TCP ·þÎñÆ÷ÈÎÎñ * @param None * @retval None */void vTcpServerTask(void){
 int sfd, cfd, n, i; struct sockaddr_in server_addr, client_addr; socklen_t client_addr_len;
   //创建socket sfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //绑定socket Bind(sfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)); //监听socket Listen(sfd, 5);  //等待客户端连接 client_addr_len = sizeof(client_addr);again: cfd = Accept(sfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len); printf("client is connect cfd = %d\r\n",cfd); while(1){ //等待客户端发送数据 n = Read(cfd, ReadBuff, BUFF_SIZE); if(n <= 0){ goto again; } //进行大小写转换 for(i = 0; i < n; i++){  ReadBuff[i] = toupper(ReadBuff[i]);  } //写回客户端 n = Write(cfd, ReadBuff, n); if(n < 0){ goto again; } }}

—3—

TCP Client优化

socket_tcp_client.h

#ifndef _SOCKET_TCP_CLIENT_H#define _SOCKET_TCP_CLIENT_H
void vTcpClientTask(void);
#endif

socket_tcp_client.c

#include "socket_tcp_server.h"#include "socket_tcp_client.h"#include "socket_wrap.h"#include "ctype.h"#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"
#include "string.h"
static char ReadBuff[BUFF_SIZE];

void vTcpClientTask(void){
 int cfd, n, i, ret; struct sockaddr_in server_addr; // int so_reuseaddr_val = 1;again: //创建socket cfd = Socket(AF_UNSPEC, SOCK_STREAM, 0);   server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);   //连接到服务器 //connect其实是一个阻塞接口，内部要完成TCP的三次握手， //当然有超时机制，所以我们需要等待一段时间，才能重新连接到服务器 ret = connect(cfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); if(ret < 0){ //100ms去连接一次服务器，如果没有这个延时，CPU会被一直占用去连接服务器 vTaskDelay(1000); printf("connect fail\r\n"); goto again;  }  printf("server is connect ok\r\n");  while(1){ //等待服务器发送数据 n = Read(cfd, ReadBuff, BUFF_SIZE); if(n <= 0){  goto again;  } //进行大小写转换 for(i = 0; i < n; i++){  ReadBuff[i] = toupper(ReadBuff[i]);  } //写回服务器 n = Write(cfd, ReadBuff, n); if(n <= 0){  goto again;  }  }}

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UDP编程模型

UDP C/S模型

UDP 的API

socket

在这里应当注意，UDP下该接口的第二个参数应当是SOCK_DGRAM

SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。

int socket(int domain, int type, int protocol);domain: AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用IPv4的地址 AF_INET6 与上面类似，不过是来用IPv6的地址 AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用type: SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。 SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。 SOCK_SEQPACKET该协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。 SOCK_RAW socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议） SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序protocol: 传0 表示使用默认协议。返回值： 成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，失败：返回-1，设置errno

sendto

int sendto（int sockfd， const void *msg，int len, unsigned int flags，  const struct sockaddr *to， int tolen）；msg: 表示要发送数据的缓冲区len: 发送缓冲区的长度flags: 默认情况下传0即可to: 表示目地机的IP地址和端口号信息，是一个指针类型tolen: 常常被赋值为sizeof（struct sockaddr）。sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回－1。

recvfrom

int recvfrom（int sockfd，void *buf，int len， unsigned int flags，struct sockaddr *from，int *fromlen）；buf: 接收数据的缓冲区len: 接收缓冲区的长度flags: 默认情况下传0即可from：是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号，是一个传出参数。fromlen: 常置为sizeof （struct sockaddr）。当recvfrom（）返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。recvfrom（）函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回－1，并置相应的errno。

—5—

UDP Server端实现

socket_udp_server.h

#ifndef _SOCKET_UDP_SERVER_H#define _SOCKET_UDP_SERVER_H
void vUdpServerTask(void);#endif

socket_udp_server.c

UDP服务端天生支持并发，可以同时连接多个客户端

#include "socket_udp_server.h"#include "socket_tcp_server.h"#include "socket_wrap.h"#include "ctype.h"
static char ReadBuff[BUFF_SIZE];
/** * @brief udp服务器任务 * @param None * @retval None */void vUdpServerTask(void){
 int sfd, n, i; struct sockaddr_in server_addr, client_addr; socklen_t client_addr_len; int optval = 1;  //创建socket udp通信 sfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &optval, sizeof(optval));  server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //绑定socket Bind(sfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)); client_addr_len = sizeof(client_addr); while(1){ //等待客户端发送数据 n = Recvfrom(sfd, ReadBuff, BUFF_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len); ReadBuff[n] = '\0'; printf("recv data:%s\r\n",ReadBuff); //进行大小写转换 for(i = 0; i < n; i++){  ReadBuff[i] = toupper(ReadBuff[i]);  } //写回客户端 Sendto(sfd, ReadBuff, n, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_addr_len); } }

UDP客户端实现比较简单，读者可自行思考。

本系列下期预告：物联网lwIP网络开发（四）：并发服务器编程

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