灵动微课堂 (第183讲) | 基于MM32F3270 以太网 Server_Socket使用

来源:灵动MM32MCU发布时间:2021-09-16708浏览

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上一节我们对TCP的报文和连接过程做了介绍，本节通过Socket的方式对整个通信过程再次进行一次整理（使用Socket方式易于加深对以太网通信过程的理解，在此讲解使用的是完整版Socket）。

服务器端初始化

1）调用socket，向内核申请一个套接字sock

2）调用bind将sock与服务器端的IP与PORT绑定

3）调用listen将套接字设为监听模式，准备接收客户端连接请求

4）调用accept等待并接收客户端的连接请求，建立好TCP连接后，该函数会返回一个新的已连接套接字connected

创建连接

1）客户端调用socket创建套接字

2）调用connect，向服务器发送连接请求

3）connect会发送一个请求SYN段并阻塞等待服务器应答（第一次握手）

4）服务器收到SYN，会给客户端发送一个确认应答ACK，同时发送一个请求（SYN）建立连接（第二次握手）

5）客户端收到服务器发的SYN+ACK段，表明客户端连接已建立成功，进入已连接状态。客户端再向服务器发送一个ACK段，服务器收到后则服务器连接成功

数据传输

1）服务器端使用accept连接建立成功后（通信双方可同时写数据，支持全双工），调用read开始读数据，若没有数据则阻塞等待

2）客户端调用write向服务器发送数据请求，客户端收到之后调用read处理请求，此过程服务器调用read阻塞等待

3）服务器调用write将处理好的请求发送给客户端，再次调用read等待下一个请求

4）服务器收到SYN，会给客户端发送一个确认应答ACK，同时发送一个请求（SYN）建立连接（第二次握手）

4）客户端收到后从read返回，发送下一条请求，如此循环下去

断开连接

1）没有数据，则客户端调用close关闭连接，给服务器发送一个断开连接请求FIN段（第一次握手）

2）服务器收到客户端的FIN段，给客户端发送一个确认应答ACK段，表明同意断开连接。客户端收到ACK段并调用read返回0，表明客户端连接已经断开（第二次握手）

3）read返回0后，服务器知道客户端已经断开连接，它也调用close关闭连接，给客户端发送一个断开连接请求FIN段（第三次握手）

4）客户端收到服务器发送的FIN段，就给服务器一个确认应答ACK段，表明同意断开连接。客户端进入TIME_WAIT状态，服务器收到客户端的ACK段后也断开连接

实验使用MB-039开发板，在应用工程中使用LwIP+FreeRTOS，实验展示如何制作一个TCP Server_socket，并收发数据，实验使用到的硬件如下：

如图是MB-039（完整原理图可以通过MM32官网下载）的Ethermac部分。

各个信号引脚对应如下：

Server_socket实验用到的API大部分在前面已经进行讲解（只是对NETCONN接口编辑方式进行二次封装），本节只介绍一个比较关键的API：setsockopt(s,level,optname,opval,optlen)。

从名称中就可以看出函数功能用于设置套接字的一些选项，我们关注一下参数：

（1）level有多个常用的选项

SOL_SOCKET：表示在Socket层
IPPROTO_TCP：表示在TCP层
IPPROTO_IP：表示在IP层

（2）optname 表示该层的具体选项名称

level为SOL_SOCKET时，有以下选项：SO_REUSEADDR（允许重用本地地址和端口）、

SO_SNDTIMEO（设置发送数据超时时间）、SO_SNDTIMEO（设置接收数据超时时间）、SO_RCVBUF（设置发送数据缓冲区大小）等。

level为IPPROTO_TCP时，有以下选项：TCP_NODELAY（不使用Nagle算法）、TCP_KEEPALIVE（设置TCP保活时间）等。

level为IPPROTO_IP选项，有以下选项：IP_TTL（设置生存时间）、IP_TOS（设置服务类型）等。

实现Server_socket函数：

static void server_socket(void* thread_param)
{ 
    int sock = -1, connected;
    char* recv_data;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t sin_size;
    int recv_data_len;

    printf(The local port number is%d\n\n", LOCAL_PORT);
    recv_data = (char*)pvPortMalloc(RECV_DATA);
    if (recv_data == NULL) {
        printf(No memory\n");
        goto __exit;
    }
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) {
        printf(Socket error\n");
        goto __exit;
    }
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(LOCAL_PORT);
    memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        printf(Unable to bind\n");
        goto __exit;
    }
    if (listen(sock, 5) == -1) {                          （1）
        printf(Listen error\n");
        goto __exit;
    }
    while(1) {
        sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
        connected = accept(sock, (struct sockaddr*)&client_addr, &sin_size);   （2）
        printf(new client connected from (%s, %d)\n",
               inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
        {
            int flag = 1;
            setsockopt(connected,
                       IPPROTO_TCP,     * set option at TCP level */
                       TCP_NODELAY,     * name of option */
                       (void*) &flag,   * the cast is historical cruft */
                       sizeof(int));    * length of option value */       （3）
        }
        while(1) {
            recv_data_len = recv(connected, recv_data, RECV_DATA, 0);     （4）
            if (recv_data_len <= 0)
                break;
            printf(recv %d len data\n", recv_data_len);
            write(connected, recv_data, recv_data_len);    （5）
        }
        if (connected >= 0)
            closesocket(connected);                    （6）
        connected = -1;
    }
__exit:
    if (sock >= 0) closesocket(sock);
    if (recv_data) free(recv_data);
}

1）进入监听状态

2）阻塞应用线程直至与远端主机建立TCP连接，建立成功后远程主机的信息将保持在连接句柄中（connected）

3）对套接字connected进行设置：在TCP层，不使用Nagle算法

4）处理客户端的连接请求，接收远程主机信息

5）将接收的数据进行转发

6）主动关闭客户端的连接

到这里已经完成了Server_socket函数的创建，看一下PC的IP地址，设备需要处于同一网段方便测试。打开命令行窗口输入：ipconfig

PC的地址为：192.168.105.34，在sys_arch.h文件中对DEST_IP_ADDR0 、DEST_IP_ADDR1、DEST_IP_ADDR2、DEST_IP_ADDR3进行修改，DEST_PORT 随意修改。

#define LOCAL_PORT                 2021

#define IP_ADDR0                    192
#define IP_ADDR1                    168
#define IP_ADDR2                    105
#define IP_ADDR3                    26

将程序下载入开发板中，使用NetAssist进行如下设置：

1）协议设置，此时设备为Server，则PC为Client

2）设置远程主机地址（即设备地址）

3）端口号