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
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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:
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：
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。
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。
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.contentHTTP Server
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）。
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'