第19章 RL-TCPnet之BSD Socket服务器

STM32

转帖，最新网络教程 19章简介本章节为大家讲解RL-TCPnet的BSD Socket，学习本章节前，务必要优先学习第18章的Socket基础知识。有了这些基础知识之后，再搞本章节会有事半功倍的效果。另外RL-TCPnet的socket仅支持UDP协议和TCP协议，我们本章节仅讲解了TCP协议方式的BSD Socket。本章教程含STM32F407开发板和STM32F429开发板。 19.1 初学者重要提示 19.2 BSD Socket相关的头文件定义 19.3 BSD Socket函数 19.4 BSD Socket的参数配置特别说明 19.5 函数htonl，htons，ntohl和ntohs 19.6 BSD Socket配置说明（Net_Config.c） 19.7 BSD Socket调试说明（Net_Debug.c） 19.8 BSD Socket通信的实现方法 19.9 网络调试助手和板子的操作步骤 19.10 实验例程说明（RTX） 19.11 总结

lee_st · 2017-11-17 11:08:48

19.1 初学者重要提示

1、学习本章节前，务必保证已经学习了第18章的基础知识。
2、本章要掌握的函数稍多，可以先学会基本的使用，然后再深入了解这些函数使用时的注意事项，争取能够熟练运用。
3、Socket编程的这些函数要熟练使用还是要花些时间和精力的，每个函数的注意事项在函数讲解和例子中都有说明，需要大家多做练习，实际体会下。
4、BSD Socket编程需要多任务的支持，所以没有做裸机的例子，而RTX，uCOS-III和FreeRTOS的都做了。

lee_st · 2017-11-17 11:09:03

19.2 BSD Socket相关的头文件定义

学习socket编程的函数之前，优先认识下BSD Socket头文件中相关的定义，后面讲解函数的时候要用到：
/* BSD Socket Address Family */
#define AF_UNSPEC          0      /* Unspecified                             */
#define AF_INET            1      /* Internet Address Family (UDP, TCP)      */
#define AF_NETBIOS         2      /* NetBios-style addresses                 */

/* BSD Protocol families, same as address families */ //--------------（1）
#define PF_UNSPEC          AF_UNSPEC
#define PF_INET            AF_INET
#define PF_NETBIOS         AF_NETBIOS

/* BSD Socket Type */
#define SOCK_STREAM        1      /* Stream Socket (Connection oriented)     */
#define SOCK_DGRAM         2      /* Datagram Socket (Connectionless)        */

/* BSD Socket Protocol */
#define IPPROTO_TCP        1      /* TCP Protocol                            */
#define IPPROTO_UDP        2      /* UDP Protocol                            */

/* BSD Internet Addresses */  //--------------（2）
#define INADDR_ANY     0x00000000 /* All IP addresses accepted               */
#define INADDR_NONE    0xffffffff /* No IP address accepted                  */

/* BSD Socket Return values */  //--------------（3）
#define SCK_SUCCESS         0     /* Success                                 */
#define SCK_ERROR         (-1)    /* General Error                           */
#define SCK_EINVALID      (-2)    /* Invalid socket descriptor               */
#define SCK_EINVALIDPARA  (-3)    /* Invalid parameter                       */
#define SCK_EWOULDBLOCK   (-4)    /* It would have blocked.                  */
#define SCK_EMEMNOTAVAIL  (-5)    /* Not enough memory in memory pool        */
#define SCK_ECLOSED       (-6)    /* Connection is closed or aborted         */
#define SCK_ELOCKED       (-7)    /* Socket is locked in RTX environment     */
#define SCK_ETIMEOUT      (-8)    /* Socket, Host Resolver timeout           */
#define SCK_EINPROGRESS   (-9)    /* Host Name resolving in progress         */
#define SCK_ENONAME       (-10)   /* Host Name not existing                  */

/* BSD Socket typedef's */ //--------------（4）
typedef struct sockaddr {         /* << Generic Socket Address structure >>  */
  U16  sa_family;                 /* Address family                          */
  char sa_data[14];               /* Direct address (up to 14 bytes)         */
} SOCKADDR;

#pragma push
#pragma anon_unions

typedef struct in_addr {          /* << Generic IPv4 Address structure >>    */ //--------------（5）
  union {
    struct {
      U8 s_b1,s_b2,s_b3,s_b4;     /* IP address, byte access                 */
    };
    struct {
      U16 s_w1,s_w2;              /* IP address, short int access            */
    };
    U32 s_addr;                   /* IP address in network byte order        */
  };
} IN_ADDR;
#pragma pop

typedef struct sockaddr_in {      /* << IPv4 Socket Address structure >>     */ //--------------（6）
  S16 sin_family;                 /* Socket domain                           */
  U16 sin_port;                   /* Port                                    */
  IN_ADDR sin_addr;               /* IP address                              */
  S8  sin_zero[8];                /* reserved                                */
} SOCKADDR_IN;

typedef struct hostent {          /* << BSD Host Entry structure >>          */
  char *h_name;                   /* Official name of host                   */
  char **h_aliases;               /* Pointer to an array of alias names      */
  S16  h_addrtype;                /* Address Type: AF_INET, AF_NETBIOS       */
  S16  h_length;                  /* Length of address in bytes              */
  char **h_addr_list;             /* Pointer to an array of IPv4 addresses   */
} HOSTENT;

lee_st · 2017-11-17 11:09:23

1.    BSD Socket的地址族（Address Family）和协议栈（Protocol family）的定义是一样的。
2.    INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或所有地址，任意地址。程序中使用的话表示监控某一端口的所有IP地址消息，一般主要用于有多个网卡或者IP地址的情况。开发板只用了DM9161的网口，就是监听这个网口的IP地址。
3.    这里是socket函数的返回值类型，比较重要，下面要讲解的大部分函数都要用到。
4.    上面代码中第4个标记和第6个标记，其实是一样的，只是第6个标记中的结构体分出更多的结构体成员。这点要知道，下面要讲解的函数也要用到。
5.    IPv4地址结构体，支持字节、半字和字的访问，方便了程序使用。
6.    同第4条说明。

lee_st · 2017-11-17 11:09:41

19.3 BSD Socket函数

使用如下14个函数可以实现RL-TCPnet的socket通信：
（1）accept
（2）bind
（3）closesocket
（4）connect
（5）gethostbyname
（6）getpeername
（7）getsockname
（8）ioctlsocket
（9）listen
（10）recv
（11）recvfrom
（12）send
（13）sendto
（14）socket

lee_st · 2017-11-17 11:10:08

关于这14个函数的讲解及其使用方法可以看教程第 3 章 3.4 小节里面说的参考资料 rlarm.chm 文件：

lee_st · 2017-11-17 11:10:24

这里我们重点的说以下7个函数，因为本章节配套的例子使用的是这7个函数：
（1）accept
（2）bind
（3）closesocket
（4）listen
（5）recv
（6）send
（7）socket
关于这些函数注意以下三点：
1、BSD接口函数执行的是标准Berkeley Socket通信接口，但不是将BSD Socket的所有API都实现了。
2、BSD Socket是线程安全的，也就是支持多任务，因此使用Socket是务必需要多任务支持的。使用的RTOS不限，任何主流的RTOS都可以支持。
3、BSD Socket的底层是由前面章节讲解的TCP和UDP实现的。

lee_st · 2017-11-17 11:10:40

19.3.1 函数socket

函数原型：
int socket (
    int family,         /* 地址族  */
    int type,           /* 通信类型 */
int protocol);      /* 通信协议 */

lee_st · 2017-11-17 11:11:13

函数描述：
函数socket用于创建一个socket。
（1）第1个参数用于指定地址族，当前仅支持AF_INET。
（2）第2个参数是通信类型，有如下两种可选。

lee_st · 2017-11-17 11:11:41

（3）第3个参数是协议类型，支持以下三种。

lee_st · 2017-11-17 11:11:58

（4）返回值有以下几种：
a. 创建成功的话，返回socket的句柄。
b. 返回SCK_EINVALIDPARA，表示函数参数无效或者参数不支持。
c. 返回SCK_ERROR，表示创建失败。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 调用任何其它BSD Socket函数之前，务必优先调用函数socket。
2. 返回负值表示错误。所有错误类型代表的数值，详见本章节19.2小节。

lee_st · 2017-11-17 11:12:16

使用举例：
/*
*********************************************************************************************************
*    函数名: TCPnetTest
*    功能说明: TCPnet应用
*    形    参: 无
*    返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TCPnetTest(void)
{
     char dbuf[10];
     int len;
     int sock, sd, res;
     SOCKADDR_IN addr;
     SOCKADDR_IN ReAddr;


     while (1)
     {
          /* 创建一个socket
            第1个参数AF_INET：当前仅支持这个类型的地址族。
            第2个参数SOCK_STREAM：表示数据流通信类型，即使用的TCP。
            第3个参数0 ：配置为0的话，自动跟第2个参数进行协议匹配，这里就是TCP协议。
         */
         sock = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

         /* 端口号设置为1001 */
         addr.sin_port        = htons(LocalPort_NUM);

          /* 与函数socket中的AF_INET作用一样 */
         addr.sin_family      = PF_INET;
         /*
            INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或所有地址，
            任意地址。用在这里的话就表示监控端口号为ddr.sin_port的所有IP地址消息。一般主要用
            于有多个网卡或者IP地址的情况。开发板只用了DM9161的网口，就是监听这个网口的IP地址。
         */
         addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

          /* 给socket绑定IP和端口号 */
         bind (sock, (SOCKADDR *)&addr, sizeof(addr));

         /* 设置监听，最大监听1个连接 */
         listen (sock, 1);

          /*
            等待soket连接请求，有的话，自动创建1个新的socket进行连接通信，没有的话，等待连接。
            注意，能够accept的个数受到listen函数的限制，而listen函数又受到Net_Config.c中宏定义
            BSD_NUMSOCKS 的限制。
         */
         len = sizeof(ReAddr);
         sd = accept (sock, (SOCKADDR *)&ReAddr, &len);
         printf_debug ("远程客户端请求连接IP: %d.%d.%d.%dn", ReAddr.sin_addr.s_b1,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b2,
                                                                       ReAddr.sin_addr.s_b3,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b4);
         printf_debug ("远程客户端端口号: %dn", ntohs(ReAddr.sin_port));

          /* 关闭监听socket，这个监听socket是调用函数socket后自动创建的 */
         closesocket (sock);
         sock = sd;


         /* 省略 */

     }
}

lee_st · 2017-11-17 11:12:36

19.3.2 函数bind

函数原型：
int bind (
    int sock,              /* Socket句柄 */
    const SOCKADDR *addr,  /* 本地地址指针变量 */
    int addrlen);          /* SOCKADDR结构体变量大小，单位字节 */

lee_st · 2017-11-17 11:13:06

函数描述：
函数bind用于给创建的socket分配一个名称，主要是IP地址和端口号。
（1）第1个参数是Socket句柄，即函数socket的返回值。
（2）第2个参数是SOCKADDR类型结构体指针变量，此结构体变量中定义了IP地址和端口号。
（3）第3个参数是结构体变量SOCKADDR的大小，单位字节。
（4）返回值有以下几种：
a. 返回SCK_SUCCESS，表示函数调用成功。
b. 返回SCK_EINVALID，表示函数socket句柄参数无效。
c. 返回SCK_EINVALIDPARA，表示其它参数无效或者不支持。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 调用此函数之前，务必优先调用函数socket。
2. 返回负值表示错误。所有错误类型代表的数值，详见本章节19.2小节。

lee_st · 2017-11-17 11:13:22

使用举例：
/*
*********************************************************************************************************
*    函数名: TCPnetTest
*    功能说明: TCPnet应用
*    形    参: 无
*    返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TCPnetTest(void)
{
     char dbuf[10];
     int len;
     int sock, sd, res;
     SOCKADDR_IN addr;
     SOCKADDR_IN ReAddr;


     while (1)
     {
          /* 创建一个socket
            第1个参数AF_INET：当前仅支持这个类型的地址族。
            第2个参数SOCK_STREAM：表示数据流通信类型，即使用的TCP。
            第3个参数0 ：配置为0的话，自动跟第2个参数进行协议匹配，这里就是TCP协议。
         */
         sock = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

         /* 端口号设置为1001 */
         addr.sin_port        = htons(LocalPort_NUM);

          /* 与函数socket中的AF_INET作用一样 */
         addr.sin_family      = PF_INET;
         /*
            INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或所有地址，
            任意地址。用在这里的话就表示监控端口号为ddr.sin_port的所有IP地址消息。一般主要用
            于有多个网卡或者IP地址的情况。开发板只用了DM9161的网口，就是监听这个网口的IP地址。
         */
         addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

          /* 给socket绑定IP和端口号 */
          bind (sock, (SOCKADDR *)&addr, sizeof(addr));

         /* 设置监听，最大监听1个连接 */
         listen (sock, 1);

          /*
            等待soket连接请求，有的话，自动创建1个新的socket进行连接通信，没有的话，等待连接。
            注意，能够accept的个数受到listen函数的限制，而listen函数又受到Net_Config.c中宏定义
            BSD_NUMSOCKS 的限制。
         */
         len = sizeof(ReAddr);
         sd = accept (sock, (SOCKADDR *)&ReAddr, &len);
         printf_debug ("远程客户端请求连接IP: %d.%d.%d.%dn", ReAddr.sin_addr.s_b1,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b2,
                                                                       ReAddr.sin_addr.s_b3,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b4);
         printf_debug ("远程客户端端口号: %dn", ntohs(ReAddr.sin_port));

          /* 关闭监听socket，这个监听socket是调用函数socket后自动创建的 */
         closesocket (sock);
         sock = sd;


         /* 省略 */

     }
}

lee_st · 2017-11-17 11:13:42

19.3.3 函数listen

函数原型：
int listen (
int sock, /* Socket句柄 */
int backlog); /* 可以监听的最大连接数 */

lee_st · 2017-11-17 11:14:03

函数描述：
函数listen用于设置创建的socket工作在监听模式，调用此函数前务必优先调用bind。
（1）第1个参数是Socket句柄，即函数socket的返回值。
（2）第2个参数是可以监听的最大连接数，连接请求会放在一个专门的队列里面。
（3）返回值有以下几种：
a. 返回SCK_SUCCESS，表示函数调用成功。
b. 返回SCK_EINVALID，表示函数socket句柄参数无效。
c. 返回SCK_EINVALIDPARA，表示其它参数无效或者不支持。
d. 返回SCK_ERROR，表示没有socket可供使用了，即可用的socket数量小于第2个参数中设置的最大连接数。

lee_st · 2017-11-17 12:08:22

使用这个函数要注意以下问题：
1.    调用此函数之前，务必优先调用函数socket。
2.    返回负值表示错误。所有错误类型代表的数值，详见本章节19.2小节。
3.    可供用户使用的socket数量是在Net_Config.c文件中定义的：#defineBSD_NUMSOCKS 5 设置监听数量的时候切不可超过这里定义的数值，此宏定义可设置的范围是1-20个socket。
4.    调用监听函数后，系统会自动开启一个socket用于监听连接请求。这个自动开启的socket不在宏定义BSD_NUMSOCKS配置的范围内。

lee_st · 2017-11-17 12:08:38

使用举例：
/*
*********************************************************************************************************
*    函数名: TCPnetTest
*    功能说明: TCPnet应用
*    形    参: 无
*    返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TCPnetTest(void)
{
     char dbuf[10];
     int len;
     int sock, sd, res;
     SOCKADDR_IN addr;
     SOCKADDR_IN ReAddr;


     while (1)
     {
          /* 创建一个socket
            第1个参数AF_INET：当前仅支持这个类型的地址族。
            第2个参数SOCK_STREAM：表示数据流通信类型，即使用的TCP。
            第3个参数0 ：配置为0的话，自动跟第2个参数进行协议匹配，这里就是TCP协议。
         */
         sock = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

         /* 端口号设置为1001 */
         addr.sin_port        = htons(LocalPort_NUM);

          /* 与函数socket中的AF_INET作用一样 */
         addr.sin_family      = PF_INET;
         /*
            INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或所有地址，
            任意地址。用在这里的话就表示监控端口号为ddr.sin_port的所有IP地址消息。一般主要用
            于有多个网卡或者IP地址的情况。开发板只用了DM9161的网口，就是监听这个网口的IP地址。
         */
         addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

          /* 给socket绑定IP和端口号 */
         bind (sock, (SOCKADDR *)&addr, sizeof(addr));

         /* 设置监听，最大监听1个连接 */
          listen (sock, 1);

          /*
            等待soket连接请求，有的话，自动创建1个新的socket进行连接通信，没有的话，等待连接。
            注意，能够accept的个数受到listen函数的限制，而listen函数又受到Net_Config.c中宏定义
            BSD_NUMSOCKS 的限制。
         */
         len = sizeof(ReAddr);
         sd = accept (sock, (SOCKADDR *)&ReAddr, &len);
         printf_debug ("远程客户端请求连接IP: %d.%d.%d.%dn", ReAddr.sin_addr.s_b1,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b2,
                                                                       ReAddr.sin_addr.s_b3,
                                                             ReAddr.sin_addr.s_b4);
         printf_debug ("远程客户端端口号: %dn", ntohs(ReAddr.sin_port));

          /* 关闭监听socket，这个监听socket是调用函数socket后自动创建的 */
         closesocket (sock);
         sock = sd;


         /* 省略 */

     }
}

lee_st · 2017-11-17 12:09:01

19.3.4 函数accept

函数原型：
int accept (
    int sock,          /* Socket 句柄 */
    SOCKADDR *addr,    /* 远程连接的指针变量 */
int *addrlen);     /* 远程连接SOCKADDR结构体大小的指针变量，结构体大小的单位是字节  */

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