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【LwIP学习营】【第二周telnet】获取天气预报

发布于 2018-05-26 14:28:06 浏览：2422 订阅该版

[tocm]

# LWIP学习笔记 #
2018/5/24

## TCP/IP 基础知识 ##
### TCP/IP 的分层 ###

**应用层:**应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。比如,FTP（FileTransfer Protocol， 文件传输协议） , DNS（Domain Name System， 域名系统） 服务以及 HTTP (Hypertext Transfer Protocol)协议。

**传输层:**传输层对上层应用层， 提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层有两个性质不同的协议： TCP（Transmission ControlProtocol， 传输控制协议） 和 UDP（User Data Protocol， 用户数据报协议） 。

**网络层:**网络层用来处理在网络上流动的数据包。 数据包是网络传输的最小数据单位。 该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线） 到达对方计算机， 并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时， 网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。

**链路层:**用来处理连接网络的硬件部分。 包括控制操作系统、 硬件的设备驱动、 NIC（Network Interface Card， 网络适配器， 即网卡） ， 及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介） 。 硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

| TCP/IP四层概念模型   |对应网络协议|
| ---------- | --------- |
| 应用层|HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP,Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher,SMTP, DNS|
| 传输层|TCP, UDP|
| 网络层|IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP|
| 数据链路层|FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP,IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802.11|

### TCP/IP 通信传输流 ###
![](https://i.imgur.com/NEQ1OXS.png)

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如下图所示,发送端在层与层之间传输数据时， 每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。 反之， 接收端在层与层传输数据时， 每经过一层时会把对应的首部消去。这种把数据信息包装起来的做法称为封装（encapsulate） 。
![](https://i.imgur.com/PcIELYT.png)

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###ARP协议###

地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的一个网络层协议。
ARP首先会发起一个请求数据包，数据包的首部包含了目标主机的IP地址，然后这个数据包会在链路层进行再次包装，生成以太网数据包，最终由以太网广播给子网内的所有主机，每一台主机都会接收到这个数据包，并取出标头里的IP地址，然后和自己的IP地址进行比较，如果相同就返回自己的MAC地址，如果不同就丢弃该数据包。ARP接收返回消息，以此确定目标机的MAC地址；与此同时，ARP还会将返回的MAC地址与对应的IP地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。cmd输入 arp -a 就可以查询本机缓存的ARP数据。

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###IP 协议###
由于MAC地址只与厂商有关，与所处的网络无关，所以无法通过MAC地址来判断两台主机是否属于同一个子网,所以网络层引入了IP协议，制定了一套新地址，使得我们能够区分两台主机是否同属一个网络，这套地址就是网络地址，也就是所谓的IP地址。
IP地址目前有两个版本，分别是IPv4和IPv6，IPv4是一个32位的地址，常采用4个十进制数字表示。IP协议将这个32位的地址分为两部分，前面部分代表网络地址，后面部分表示该主机在局域网中的地址。由于各类地址的分法不尽相同，以C类地址192.168.24.1为例，其中前24位就是网络地址，后8位就是主机地址。因此， 如果两个IP地址在同一个子网内，则网络地址一定相同。为了判断IP地址中的网络地址，IP协议还引入了子网掩码， IP地址和子网掩码通过按位与运算后就可以得到网络地址。
由于发送者和接收者的IP地址是已知的(应用层的协议会传入)， 因此我们只要通过子网掩码对两个IP地址进行AND运算后就能够判断双方是否在同一个子网了。

> ####如何判断是否在同一个子网:####
> 例子: 两个主机IP地址分别为202.117.179.158和202.117.179.60，子网掩码都为255.255.255.192
> 
> 子网掩码都为255.255.255.192,二进制表示形式11111111.11111111.11111111.11000000，子网掩码的前26为是1，所以只需要看IP地址前26位是否相同，相同为同一子网，否则不在。
> IP地址202.117.179.158 为202.117.179（前24位相同不需要写出来了）.10011110
> IP地址202.117.179.60   为202.117.179（前24位相同不需要写出来了）.00111100
> 看两个IP中二进制表示部分，前两位分别是10、00不相同，所以不在同一子网.
> 
> **总结:子网掩码跟IP地址换算成二进制，然后与运算，结果相同者在同一子网.**

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###TCP 协议采用了"三次握手连接"与"四次挥手断开"###
**建立连接的过程**：
TCP 连接是通过三次握手进行初始化的。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息。以下步骤概述了通常情况下客户端计算机联系服务器计算机的过程：

1. 客户端向服务器发送一个SYN置位的TCP报文，其中包含连接的初始序列号x和一个窗口大小（表示客户端上用来存储从服务器发送来的传入段的缓冲区的大小）。
2. 服务器收到客户端发送过来的SYN报文后，向客户端发送一个SYN和ACK都置位的TCP报文，其中包含它选择的初始序列号y、对客户端的序列号的确认x+1和一个窗口大小（表示服务器上用来存储从客户端发送来的传入段的缓冲区的大小）。
3. .客户端接收到服务器端返回的SYN+ACK报文后，向服务器端返回一个确认号y+1和序号x+1的ACK报文，一个标准的TCP连接完成。

**断开连接的过程**：
由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

1. 第一次挥手：主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了；
2. 第二次挥手：主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态；主机2告诉主机1，我“同意”你的关闭请求；
3. 第三次挥手：主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态；
4. 第四次挥手：主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

**建立TCP需要三次握手才能建立，而断开连接则需要四次握手。整个过程如下图所示：**
![](https://i.imgur.com/vUCiEXY.png)

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###域名解析的 DNS 服务###
DNS（Domain Name System） 服务是位于应用层的协议。 
用户通常使用主机名或域名来访问对方的计算机， 而不是直接通过 IP地址访问。 因为与 IP 地址的一组纯数字相比， 用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址， 或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

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> **HTTP请求头详解** [https://blog.csdn.net/zdw19861127/article/details/53444142](https://blog.csdn.net/zdw19861127/article/details/53444142)

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## 小挑战:获取天气预报 ##
在原来TCPClient的基础上稍加修改.

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```
#include <rtthread.h>

#include <sys/socket.h> /* 使用BSD socket，需要包含socket.h头文件 */
#include "netdb.h"
#include "lwip/sockets.h"
#include "cJSON.h"

#define BUFSZ   1024

static char *recv_data;
static int sock = -1, bytes_received;

static const char send_data[] =
 "GET /data/sk/101210202.html "
 "Host: mobile.weather.com.cn "
 ;

void tcpweatherclient(const char *url, int port)
{
    struct sockaddr_in server_addr;

struct hostent *host; /*用于通过DNS解析服务器端信息*/
 /* 通过函数入口参数url获得host地址（如果是域名，会做域名解析） */
 host = gethostbyname(url);
 /* 分配用于存放接收数据的缓冲 */
 recv_data = rt_malloc(BUFSZ);
 if (recv_data == RT_NULL)
 {
 rt_kprintf("No memory ");
 return;
 }
 /* 创建一个socket，类型是SOCKET_STREAM，TCP类型 */
 if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1)
 {
 /* 创建socket失败 */
 rt_kprintf("Socket error ");
 /* 释放接收缓冲 */
 rt_free(recv_data);
 return;
 }
 /* 初始化预连接的服务端地址 */
 server_addr.sin_family = AF_INET;
 server_addr.sin_port = htons(port);
 server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr); /* 主机IP信息*/
 rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
 /* 连接到服务端 */
 if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
 {
 /* 连接失败 */
 rt_kprintf(" Connect fail! ");
 closesocket(sock);
 sock = -1;
 /*释放接收缓冲 */
 rt_free(recv_data);
 return;
 }
 rt_kprintf(" connect success! ");
 send(sock, send_data, strlen(send_data), 0);
 while (1)
 {
 /* 从sock连接中接收最大BUFSZ - 1字节数据 */
 bytes_received = recv(sock, recv_data, BUFSZ - 1, 0);
 /* 如果返回的<=0这说明出错,此时需要断开连接. */
 if (bytes_received <= 0)
 {
 /* 接收失败，关闭这个连接 */
 closesocket(sock);
 sock = -1;
 rt_kprintf(" close the socket. ");
 /* 释放接收缓冲 */
 rt_free(recv_data);
 break;
 }
 cJSON *root = cJSON_Parse(recv_data);
 cJSON *object = cJSON_GetObjectItem(root, "sk_info");
 cJSON *item = cJSON_GetObjectItem(object, "cityName");
 rt_kprintf(" cityName:%s ", item->valuestring);
 item = cJSON_GetObjectItem(object, "temp");
 rt_kprintf(" temp :%s ", item->valuestring);
 item = cJSON_GetObjectItem(object, "wd");
 rt_kprintf(" wd :%s ", item->valuestring);
 item = cJSON_GetObjectItem(object, "ws");
 rt_kprintf(" ws :%s ", item->valuestring);
 item = cJSON_GetObjectItem(object, "sd");
 rt_kprintf(" sd :%s ", item->valuestring);
 }
 return;
}
void tcp_weather_thread(void *parameter)
{
 rt_kprintf(" please waiting connect. ");
 tcpweatherclient("mobile.weather.com.cn", 80);
 rt_kprintf(" disconnect. ");
}

int weather_init()
{
 rt_thread_t tid;
 /* 创建test线程 */
 tid = rt_thread_create("weather",
 tcp_weather_thread,
 RT_NULL,
 1024,
 10,
 20);
 /* 创建成功则启动线程 */
 if (tid != RT_NULL)
 rt_thread_startup(tid);
 return 0;
}
void weather(int argc, char **argv)
{
 if (argc >= 1)
 {
 weather_init();
 }
 else
 {
 rt_kprintf("warning ! ");
 }
}
MSH_CMD_EXPORT(weather, weather);

```

## 解析JSON步骤 ##

1. 调用cJSON_Parse()函数，解析JSON数据包。cJSON*root=cJSON_Parse(json_string); 
2. 调用一次cJSON_GetObjectItem()函数，获取到对象person。cJSON *object=cJSON_GetObjectItem(root,"person");
3. 如果需要使用cJSON结构体中的内容，可通过cJSON结构体中的valueint和valuestring取出有价值的内容（即键的值）

示例如下:
```
cJSON*item;
PERSONperson;
item=cJSON_GetObjectItem(object,"firstName");
memcpy(person.firstName,item->valuestring,strlen(item->valuestring));
item=cJSON_GetObjectItem(object,"lastName");
memcpy(person.lastName,item->valuestring,strlen(item->valuestring));
item=cJSON_GetObjectItem(object,"email");
memcpy(person.email,item->valuestring,strlen(item->valuestring));
item=cJSON_GetObjectItem(object,"age");
person.age=item->valueint;
item=cJSON_GetObjectItem(object,"height");
person.height=item->valuedouble;
```

实验效果:

![w天气预报.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/201805/26/143349ss55h5pwt33ss38l.png)