创客.掌控板.网络基础
网络基础
MicroPython :mod:network 模块用于配置WiFi连接。有两个WiFi接口,STA模式即工作站模式(ESP32连接到路由器), AP模式提供接入服务(其他设备连接到ESP32)。如需了解MicroPython的网络连接方法,请查阅 :mod:network 模块。
STA模式
掌控板以基于network模块封装 :mpython.wifi()<mpython.wifi> 类简化wifi连接设置:
from mpython import * #导入mpython模块 mywifi=wifi() #实例化wifi类 mywifi.connectWiFi("ssid","password") # WiFi连接,设置ssid 和password
注解:
实例化wifi()后,会构建 ``sta`` 和 ``ap`` 两个对象。 ``sta`` 对象为工作站模式,通过路由器连接至网络。``ap`` 为AP模式,提供wifi接入。
连接成功后Repl串口如下打印:
Connecting to network... Connecting to network... WiFi Connection Successful,Network Config:('192.168.0.2', '255.255.255.0', '192.168.0.1', '192.168.0.1')
断开WiFi连接:
mywifi.disconnectWiFi()
查询wifi连接是否已建立:
mywifi.sta.isconnected()
注解:
如已建立连接,返回 True ,否则 False 。
您可以通过以下方式查看网络设置::
mywifi.sta.ifconfig()
注解:
返回值4元组: (IP address, netmask, gateway, DNS)
ifconfig() 带参数时,配置静态IP。例如::
mywifi.sta.ifconfig(('192.168.0.4', '255.255.255.0', '192.168.0.1', '192.168.0.1'))
AP模式
除STA模式连接路由器wifi,掌控板还可以使用AP模式,提供wifi接入服务。
from mpython import wifi # 导入mpython模块的wifi类 mywifi=wifi() # 实例wifi mywifi.enable_APWiFi(essid = "mpython-wifi", password = "mpython123456") # 配置并打开AP模式
wifi.enable_APWiFi(essid,password) 用于配置并开启AP模式函数, essid 参数为wifi名称, password 参数为wifi密码设置。AP模式开启后,其他掌控板或网络设备就能连接该网络,进行网络通信。
注意:
AP模式并不是类似手机的热点功能,设备可以通过热点连接至互联网。这点需要注意。
一旦设置了WiFi,访问网络的方式就是使用套接字。 套接字表示网络设备上的端点,当两个套接字连接在一起时,可以继续进行通信。 Internet协议构建在套接字之上,例如电子邮件(SMTP),Web(HTTP),telnet,ssh等等。 为这些协议中的每一个分配一个特定的端口,它只是一个整数。给定IP地址和端口号,您可以连接到远程设备并开始与之通信。
TCP/IP简介
转载至 [廖雪峰Python教程] <https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/0014320037768360d53e4e935ca4a1f96eed1c896ad1217000>_
虽然大家现在对互联网很熟悉,但是计算机网络的出现比互联网要早很多。
计算机为了联网,就必须规定通信协议,早期的计算机网络,都是由各厂商自己规定一套协议,IBM、Apple和Microsoft都有各自的网络协议,互不兼容,这就好比一群人有的说英语,有的说中文,有的说德语,说同一种语言的人可以交流,不同的语言之间就不行了。
为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来,就必须规定一套全球通用的协议,为了实现互联网这个目标,互联网协议簇(Internet Protocol Suite)就是通用协议标准。Internet是由inter和net两个单词组合起来的,原意就是连接“网络”的网络,有了Internet,任何私有网络,只要支持这个协议,就可以联入互联网。
因为互联网协议包含了上百种协议标准,但是最重要的两个协议是TCP和IP协议,所以,大家把互联网的协议简称TCP/IP协议。
通信的时候,双方必须知道对方的标识,好比发邮件必须知道对方的邮件地址。互联网上每个计算机的唯一标识就是IP地址,类似 123.123.123.123 。如果一台计算机同时接入到两个或更多的网络,比如路由器,它就会有两个或多个IP地址,所以,IP地址对应的实际上是计算机的网络接口,通常是网卡。
IP协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机。数据被分割成一小块一小块,然后通过IP包发送出去。由于互联网链路复杂,两台计算机之间经常有多条线路,因此,路由器就负责决定如何把一个IP包转发出去。IP包的特点是按块发送,途径多个路由,但不保证能到达,也不保证顺序到达。
IP地址实际上是一个32位整数(称为IPv4),以字符串表示的IP地址如192.168.0.1实际上是把32位整数按8位分组后的数字表示,目的是便于阅读。
IPv6地址实际上是一个128位整数,它是目前使用的IPv4的升级版,以字符串表示类似于 2001:0db8:85a3:0042:1000:8a2e:0370:7334 。
TCP协议则是建立在IP协议之上的。TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接,保证数据包按顺序到达。TCP协议会通过握手建立连接,然后,对每个IP包编号,确保对方按顺序收到,如果包丢掉了,就自动重发。
许多常用的更高级的协议都是建立在TCP协议基础上的,比如用于浏览器的HTTP协议、发送邮件的SMTP协议等。
一个TCP报文除了包含要传输的数据外,还包含源IP地址和目标IP地址,源端口和目标端口。
端口有什么作用?在两台计算机通信时,只发IP地址是不够的,因为同一台计算机上跑着多个网络程序。一个TCP报文来了之后,到底是交给浏览器还是QQ,就需要端口号来区分。每个网络程序都向操作系统申请唯一的端口号,这样,两个进程在两台计算机之间建立网络连接就需要各自的IP地址和各自的端口号。
了解了TCP/IP协议的基本概念,IP地址和端口的概念,我们就可以开始进行网络编程了。
套接字-TCP
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。
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:
Socket TCP通讯过程
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 :mod: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。 :download:Network Test Utility.apk </../tools/com.jca.udpsendreceive.2.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。
TCP客户端:
TCP编程的客户端一般步骤是:
- 创建一个socket,用函数socket()
- 设置socket属性,用函数setsockopt() , 可选
- 绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind() , 可选
- 设置要连接的对方的IP地址和端口等属性
- 连接服务器,用函数connect()
- 收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write()
- 关闭网络连接
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。
TCP服务端
TCP编程的服务端一般步骤是:
- 创建一个socket,用函数socket()
- 设置socket属性,用函数setsockopt() , 可选
- 绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind()
- 开启监听和设置最大监听数,用函数listen()
- 等待客户端請求一个连接,用函数accept()
- 收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write()
- 关闭网络连接
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。
套接字-UDP
UDP协议简介
UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)是一种无连接、不可靠、基于数据报的传输层通信协议。
UDP的通信过程与TCP相比较更为简单,不需要复制的三次握手与四次挥手,体现了无连接。 所以UDP传输速度比TCP快,但容易丟包、数据到达顺序无保证、缺乏拥塞控制、秉承尽最大努力交付的原则,体现了不可靠。
下图讲解服务器与客户端UDP通信連接的交互过程:
Socket UDP通讯过程
UDP编程
通常我们在说到的网络编程时默认是指TCP編程,即我们上章节说的TCP方式来通信。 socket函数创建socket对象时,不给定参数,默认为SOCK_STREAM 即socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),表示为创建创建一个socket用于流式网络通信。
SOCK_STREAM 是面向连接的,即每次收发数据之前必须通过 connect 创建连接,也是双向的,即任何一方都可以收发数据,协议本身提供了一些保障机制保证它是可靠的、有序的,即每个包按照发送的顺序到达接收方。
SOCK_DGRAM 是User Datagram Protocol协议的网络通信,它是无连接的,不可靠的,因为通讯双方发送数据后不知道对方是否已经收到数据,是否正常收到数据。
任何一方socket以后就可以用 sendto 发送数据,也可以用 recvfrom 接收数据。根本不关心对方是否存在,是否发送了数据。它的特点是通讯速度比较快。大家都知道TCP是要经过三次握手的,而UDP沒有。
UDP客户端
UDP编程的客户端一般步骤是:
- 创建一个UDP的socket,用函数socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
- 设置socket属性,用函数 setsockopt() 可选
- 绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数 bind() 可选
- 设置对方的IP地址和端口等属性
- 发送数据,用函数 sendto()
- 关闭网络连接
from mpython import * import socket mywifi=wifi() # 创建wifi对象 mywifi.connectWiFi("ssid","password") # 连接网络 dst = ("192.168.0.3", 6000) # 目的ip地址和端口号 # 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: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 创建UDP的套接字 s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) # 设置套接字属性 while True: s.sendto(b'hello message from mPython\r\n',dst) # 发送数据发送至目的ip sleep(2) # 当捕获异常,关闭套接字、网络 except: if (s): s.close() mywifi.disconnectWiFi()
UDP服务端
UDP編程的服务器端一般步骤是:
- 创建一个UDP的socket,用函数socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
- 设置socket属性,用函数 setsockopt() 可选
- 绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数 bind()
- 循环接收数据,用函数 recvfrom()
- 关闭连接
from mpython import * import socket mywifi=wifi() # 创建wifi对象 mywifi.connectWiFi("ssid","password") # 连接网络 # 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: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 创建UDP的套接字 s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET,socket.SO_REUSEADDR,1) # 设置套接字属性 ip=mywifi.sta.ifconfig()[0] # 获取本机ip地址 s.bind((ip,6000)) # 绑定ip和端口号 print('waiting...') oled.DispChar("%s:6000" %ip,0,0) oled.show() while True: data,addr=s.recvfrom(1024) # 接收对方发送过来的数据,读取字节设为1024字节,返回(data,addr)二元组 print('received:',data,'from',addr) # 打印接收到数据 oled.fill(0) # 清屏 oled.DispChar("%s" %data.decode(),0,15) # oled显示接收内容 oled.DispChar("from%s" %addr[0],0,31) oled.show() # 当捕获异常,关闭套接字、网络 except: if (s): s.close() mywifi.disconnectWiFi()
注解:
``recvfrom()`` 函数的返回值是二元組 (bytes, address),其中 bytes 是接收到的字节数据,address 是发送方的IP地址于端口号, 用二元組 (host, port) 表示。注意,recv() 函數的返回值只有bytes数据。UDP,在每次发送 ``sendto()`` 和接收数据 ``recvfrom`` 时均需要指定地址信息于TCP编程不同,不需要调用 ``listen()`` 和 ``accept()`` 。
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。这样就无需依赖其他路由器wifi网络。
HTTP
HTTP是基于客户端/服务端(C/S)的架构模型,通过一个可靠的链接来交换信息,是一个无状态的请求/响应协议。
一个HTTP"客户端"是一个应用程序(Web浏览器或其他任何客户端),通过连接到服务器达到向服务器发送一个或多个HTTP的请求的目的。
HTTP GET request
以下示例显示了如何下载网页。HTTP使用端口80,您首先需要发送“GET”请求才能下载任何内容。作为请求的一部分,您需要指定要检索的页面。
socket实现HTTP get方法import socket # 定义http get函数 def http_get(url): # 解析url _, _, host, path = url.split('/', 3) # 将网站的域名解析成IP地址 addr = socket.getaddrinfo(host, 80)[0][-1] # 构建socket s = socket.socket() # 连接IP地址 s.connect(addr) # 以http get 请求格式发送 s.send(bytes('GET /%s HTTP/1.0\r\nHost: %s\r\n\r\n' % (path, host), 'utf8')) while True: # socket接收 data = s.recv(100) if data: print(str(data, 'utf8'), end='') else: break s.close() # 访问 http://micropython.org/ks/test.html http_get('http://micropython.org/ks/test.html')
提示:
在使用socket模块时,请先连接wifi,并且确保可以访问互联网。有关如何wifi连接,请查看上章节 :ref:`配置wifi<network_base>` 。
http_get('http://micropython.org/ks/test.html') ,掌控板客户端向 micropython.org 服务端发送范围test路径资源的get请求。服务端收到请求后将返回数据给客户端。
urequest 模块
上面是使用socket来实现http的get请求。我们可以使用 :mod:urequests 模块,里面已封装HTTP协议一些常用的请求方式,使用更为简便。
使用urequest模块,访问网页import urequests from mpython import * my_wifi = wifi() my_wifi.connectWiFi('ssid','psw') # http get方法 r = urequests.get('http://micropython.org/ks/test.html') # 响应的内容 r.content
HTTP Server
以下示例,掌控板作为HTTP服务端,使用浏览器可以访问板载光线传感器:import socket import network,time from mpython import * # 实例化wifi类 mywifi=wifi() # WiFi连接,设置ssid 和password mywifi.connectWiFi("ssid","psw") def main(): s = socket.socket() ai = socket.getaddrinfo(mywifi.sta.ifconfig()[0], 80) print("Bind address info:", ai) addr = ai[0][-1] s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) s.bind(addr) s.listen(5) print("Listening, connect your browser to http://%s:80/" %addr[0]) # oled显示掌控板ip地址 oled.DispChar('Connect your browser',0,0,) oled.DispChar('http://%s' %addr[0],0,16) oled.show() while True: res = s.accept() client_s = res[0] client_addr = res[1] print("Client address:", client_addr) print("Client socket:", client_s) req = client_s.recv(4096) print("Request:") print(req) # 状态行 client_s.send(b'HTTP/1.0 200 OK\r\n') # 响应类型 client_s.send(b'Content-Type: text/html; charset=utf-8\r\n') # CRLF 回车换行 client_s.send(b'\r\n') # 响应内容 content = '欢迎使用掌控板mPython!你的光线传感器值是:%d' % light.read() client_s.send(content) # 关闭socket client_s.close()
在REPL中运行main:
>>> main()
手机或笔记本电脑连接相同wifi,使其在同个局域网内。按打印提示或oled屏幕显示ip,使用浏览器访问掌控板主机IP地址。
解析JSON解析JSON
JSON(JavaScript Object Notation, JS 对象简谱) 是一种轻量级的数据交换格式。采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据,易于人阅读和编写,同时也易于机器解析和生成,所以在互联网应用非常广泛。
在python中,json和dict非常类似,都是key-value的形式,而且json、dict也可以非常方便的通过 :mod:json 模块互转。
-
json:是一种数据格式,是纯字符串,本质是一种文件组织方式,比如您熟悉的txt、csv、doc、docx、xls、xlsx文件等。
-
dict:是一种数据结构,比如列表list、集合set、字符串str、数组array。
网络获取解析JSON网络获取解析JSON
http协议采用的是请求/响应模型,浏览器或客户端发出请求,服务器给与响应。
例如,想从 http://ip-api.com/json/ 这个开放的接口中获取IP地址等信息,我们将地址直接在浏览器输入,可以看到:
这是一个json数组,包含有IP地址等信息。我们通过访问这个url,获取到这些信息然后返回字符串text,通过ujson.loads(str)把字符串给生成dict字典类型,就可以直接读关键字(key)获取对应的值(value)。
将网站中的部分信息显示在OLED显示屏上from mpython import* import json import urequests # urequests模块是一个用于网络访问的模块 mywifi=wifi() mywifi.connectWiFi('yourESSID', 'yourpassword') #连接 WiFi 网络 url_ip ="http://ip-api.com/json/" #添加请求地址 rsp=urequests.get(url_ip) #发送get请求 ipJson=rsp.text ipDict=json.loads(ipJson) oled.DispChar('国家:%s' % ipDict['country'],0,5) #将国家信息显示到OLED显示屏上 oled.show() oled.DispChar('城市:%s' % ipDict['city'],0,25) #将城市信息显示到OLED显示屏上 oled.show() oled.DispChar('IP:%s' % ipDict['query'],0,45) #将IP地址信息显示到OLED显示屏上 oled.show()
我们在REPL交互式的编程环境下逐步解析,能更加直观地查看结果。
使用前,导入mpython、json、urequests模块:
>>> from mpython import* >>> import json >>> import urequests
连接您的 WiFi 网络,需要设置您的WiFi名称和密码:
>>> mywifi=wifi() >>> mywifi.connectWiFi('yourESSID', 'yourpassword') Connecting to network... Connecting to network... Connecting to network... WiFi Connection Successful,Network Config:('','','','')
添加请求地址,发送get请求,获取网页第三方接口返回的数据:
>>> url_ip ="http://ip-api.com/json/" >>> rsp=urequests.get(url_ip)
获取的数据返回为json数据文本格式,打印输出,我们可以看到返回的数据:
>>> ipJson=rsp.text >>> print(jpJson) {"as":"AS56040 China Mobile Communications Corporation","city":"Guangzhou","country":"China","countryCode":"CN","isp":"China Mobile communications corporation","lat":23.1292,"lon":113.264,"org":"China Mobile","query":"120.234.223.173","region":"GD","regionName":"Guangdong","status":"success","timezone":"Asia/Shanghai","zip":""}
注意
rsp.text 返回为json数据文本格式。
将获取的数据转换为dict字典类型,打印输出,我们可以看到返回的数据:
>>> ipDict=json.loads(ipJson) >>> print(ipDict) {'countryCode': 'CN', 'lon': 113.264, 'regionName': 'Guangdong', 'query': '120.234.223.173', 'city': 'Guangzhou', 'status': 'success', 'org': 'China Mobile', 'timezone': 'Asia/Shanghai', 'region': 'GD', 'lat': 23.1292, 'isp': 'China Mobile communications corporation', 'as': 'AS56040 China Mobile Communications Corporation', 'zip': '', 'country': 'China'}
注意
json.loads(str) 解析 JSON 字符串并返回对象。
我们可以在dict字典中键入关键字(key),获取对应的信息值(value),比如城市、IP地址:
>>> ipDict['city'] 'Guangzhou' >>> ipDict['query'] '120.234.223.173'
<< 上一篇
下一篇 >>
网友留言(0 条)