使用Arduino开发ESP32（08）：TCP Client与TCP Server使用

目的

TCP是网络应用中常用的功能，很多高级功能也是建立在TCP的基础上的，学会使用TCP就可以开发很多网络应用了。

TCP Client

TCP Client主要是用来访问服务器的，很多可以通过外网访问的物联网设备主要就是工作在TCP Client下。设备主动去访问外部的服务器，与服务器建立连接，用户的app也是去访问这个服务器，这样变相实现了用户对设备的访问。

使用说明

TCP Client按如下方式使用：

1. 引用相关库#include ；
2. 连上网（好像是一句废话） ；
3. 声明WiFiClient对象用于连接服务器；
4. 使用connect方法连接服务器；
5. 进行数据读写通讯；

常用方法

• int connect(IPAddress ip, uint16_t port)
int connect(IPAddress ip, uint16_t port, int32_t timeout)
int connect(const char *host, uint16_t port)
int connect(const char *host, uint16_t port, int32_t timeout)
  用于和服务器建立连接，可以连接指定IP地址或是指定域名，连接成功返回1，失败返回0；
• size_t write(uint8_t data)
size_t write(const uint8_t *buf, size_t size)
size_t write_P(PGM_P buf, size_t size)
size_t write(Stream &stream)
  发送数据，发送成功返回发送字节数，失败返回0；
  除了用write()方法外也可以用print()等方法发送数据；
• int available()
  返回可读取数据长度，如果没有数据可读取则返回0；
• int read()
int read(uint8_t *buf, size_t size)
  从接收缓存读取数据并返回读取到的数据字节数，如果返回-1则表示读取失败，读取过的数据会从接收缓存删除；
• int peek()
  读取首字节数据，但并不从接收缓存中删除它；
• void flush()
  清空当前接收缓存；
• void stop()
  关闭客户端，释放资源；
• uint8_t connected()
  返回当前客户端是否与服务器建立连接；
• IPAddress remoteIP() const
IPAddress remoteIP(int fd) const
  返回服务器IP地址；
• uint16_t remotePort() const
uint16_t remotePort(int fd) const
  返回服务器端口号；
• IPAddress localIP() const
IPAddress localIP(int fd) const
  返回本地IP地址；
• uint16_t localPort() const
uint16_t localPort(int fd) const
  返回本地端口号；

基础使用演示

使用下面代码进行测试：

#include 

const char *ssid = "********";
const char *password = "********";

const IPAddress serverIP(192,168,50,14); //欲访问的地址
uint16_t serverPort = 50037;         //服务器端口号

WiFiClient client; //声明一个客户端对象，用于与服务器进行连接

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.println();

    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.setSleep(false); //关闭STA模式下wifi休眠，提高响应速度
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("Connected");
    Serial.print("IP Address:");
    Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop()
{
    Serial.println("尝试访问服务器");
    if (client.connect(serverIP, serverPort)) //尝试访问目标地址
    {
        Serial.println("访问成功");

        client.print("Hello world!");                    //向服务器发送数据
        while (client.connected() || client.available()) //如果已连接或有收到的未读取的数据
        {
            if (client.available()) //如果有数据可读取
            {
                String line = client.readStringUntil('\n'); //读取数据到换行符
                Serial.print("读取到数据：");
                Serial.println(line);
                client.write(line.c_str()); //将收到的数据回发
            }
        }
        Serial.println("关闭当前连接");
        client.stop(); //关闭客户端
    }
    else
    {
        Serial.println("访问失败");
        client.stop(); //关闭客户端
    }
    delay(5000);
}

上图中我们用工具建立的TCP Server进行测试；

作为WEB Client使用

使用下面代码进行测试：

#include 

const char *ssid = "********";
const char *password = "********";

const char *host = "www.example.com"; //欲访问的域名

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.println();

    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.setSleep(false); //关闭STA模式下wifi休眠，提高响应速度
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("Connected");
    Serial.print("IP Address:");
    Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop()
{
    WiFiClient client; //声明一个客户端对象，用于与服务器进行连接

    Serial.println("尝试访问服务器");
    if (client.connect(host, 80)) //80为一般网站的端口号
    {
        Serial.println("访问成功");

        //向服务器发送请求头，请求网页数据
        //******作为WEB Client使用最核心的就是和WEB Server连接成功后发送相应的请求头请求数据******
        //******WEB Server在收到请求头后返回对应的数据，比如返回网页、图片、文本等******
        //******关于请求头可以参考之前的文章《从零开始的ESP8266探索（06）-使用Server功能搭建Web Server》******
        client.print(String("GET /") + " HTTP/1.1\r\n" +
                     "Host: " + host + "\r\n" +
                     "Connection: close\r\n" +
                     "\r\n");

        //以下代码将收到的网页数据按行打印输出
        //如果是常见的WEB Client（浏览器）的话会将收到的html文件渲染成我们一般看到的网页
        while (client.connected() || client.available()) //如果已连接或有收到的未读取的数据
        {
            if (client.available()) //如果有数据可读取
            {
                String line = client.readStringUntil('\n'); //按行读取数据
                Serial.println(line);
            }
        }

        client.stop(); //关闭当前连接
    }
    else
    {
        Serial.println("访问失败");
        client.stop(); //关闭当前连接
    }
    delay(10000);
}

上图测试中（虽然是拿了以前的图，但结果是一样的）我们首先去访问 www.example.com（该网址是专门用于测试的），在连接成功后我们向服务器发送请求头请求网页数据，服务器在收到请求头向我们返回了响应头和网页数据（数据可以参考下图，你也可以在浏览器中打开此页面然后右击查看源代码）；

TCP Server

使用说明

TCP Server按如下方式使用：

• 引用相关库#include ；
• 声明WiFiServer对象；
• 使用begin方法启动监听；
• 监听客户端连接并处理数据通讯；

常用方法

• WiFiServer(uint16_t port=80, uint8_t max_clients=4)
  在声明WiFiServer对象可以选择输入要监听的端口号和最大接入客户数量；
• WiFiClient available()
WiFiClient accept(){return available();}
  尝试建立客户对象；
• void begin(uint16_t port=0)
  服务器启动监听；
• void setNoDelay(bool nodelay)
  设置是否延时发送（使用begin方法时会被设置为false，这样服务器会合并小数据包后发送，产生延时）；
  开启NoDelay可以提高应答速度，但有些情况下会降低总传输效率，需要根据需求设置；
• bool getNoDelay()
  返回是否延时发送；
• bool hasClient()
  返回是否有客户端尝试接入；
• size_t write(const uint8_t *data, size_t len)
size_t write(uint8_t data){return write(&data, 1);}
  发送数据，发送成功返回发送字节数，失败返回0；
  除了用write()方法外也可以用print()等方法发送数据；
• void end()
void close()
void stop()
  停止当前监听；
• int setTimeout(uint32_t seconds)
  设置超时时间；

基础使用演示

使用下面代码进行测试：

#include 

const char *ssid = "********";
const char *password = "********";

WiFiServer server; //声明服务器对象

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    Serial.println();

    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.setSleep(false); //关闭STA模式下wifi休眠，提高响应速度
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("Connected");
    Serial.print("IP Address:");
    Serial.println(WiFi.localIP());

    server.begin(22333); //服务器启动监听端口号22333
}

void loop()
{
    WiFiClient client = server.available(); //尝试建立客户对象
    if (client) //如果当前客户可用
    {
        Serial.println("[Client connected]");
        String readBuff;
        while (client.connected()) //如果客户端处于连接状态
        {
            if (client.available()) //如果有可读数据
            {
                char c = client.read(); //读取一个字节
                                        //也可以用readLine()等其他方法
                readBuff += c;
                if(c == '\r') //接收到回车符
                {
                    client.print("Received: " + readBuff); //向客户端发送
                    Serial.println("Received: " + readBuff); //从串口打印
                    readBuff = "";
                    break; //跳出循环
                }
            }
        }
        client.stop(); //结束当前连接:
        Serial.println("[Client disconnected]");
    }
}

作为WEB Server使用

后面会介绍更加方便的WebServer功能，如果想用TCP Server实现这个的话可以参考官方例程：
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries/WiFi/examples/SimpleWiFiServer
或是下面文章：
《从零开始的ESP8266探索（06）-使用Server功能搭建Web Server》

总结

TCP Client与TCP Server的基本使用主要就是上面这些了，结合之前的UDP功能，已经可以开发很多网络应用了。更多内容可以参考如下：
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries/WiFi
另外如果作为客户端使用有安全方面需求可以参考下面连接：
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries/WiFiClientSecure

The WiFiClientSecure class implements support for secure connections using TLS (SSL). It inherits from WiFiClient and thus implements a superset of that class’ interface. There are three ways to establish a secure connection using the WiFiClientSecure class: using a root certificate authority (CA) cert, using a root CA cert plus a client cert and key, and using a pre-shared key (PSK).