【NodeMCU-ESP8266】Arduino环境下创建UDP服务器及WiFiUDP库常用函数详解
目录一、UDP协议概述
1、UDP基本概念
2、UDP的主要特点
3、UDP的基本报文格式
二、ESP8266官方UDP库相关函数详解
三、创建UDP服务器的一样平常流程
四、ESP8266官方库 UDP 示例步伐演示
五、ESP8266官方库 UDP 步伐运行阐明
1、将步伐编译并上传到开辟板。
2、运行串口网络数据调试器 对UDP服务器进行测试。
一、UDP协议概述
1、UDP基本概念
UDP（User Datagram Protocol）—— 用户数据报协议，是互联网传输层的一个重要协议。
UDP为应用步伐提供了一种无需创建连接就可以发送封装的 IP 数据包的方法，允许应用步伐在所需的层次上架构本身的协议之外，几乎没有做什么特别的事情。
UDP使用底层的互联网协议来传送报文，同IP一样提供不可靠的无连接数据包传输服务。它不提供报文到达确认、排序、及流量控制等功能。
由于使用UDP协议斲丧资源小，通信服从高，以是通常都会用于音频、视频和寻常数据的传输例如视频聚会会议都使用UDP协议，由于这种环境纵然偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
2、UDP的主要特点
（1）UDP是无连接的协议。即在发送数据前不需要创建连接，发送数据竣事也没有连接开释，因此减少了开销和发送数据前的时延。
（2）UDP使用尽最大努力交付。即不包管可靠交付，因此不需要维护复杂的连接状态表。
（3）UDP是面向数据报的。对于应用层交付的报文，发送方的UDP在添加首部后直接交付给IP层。UDP对应用层交付的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。也就是说，应用层给UDP多长报文，UDP就发多长，一次发送一个报文。
（4）在接收方的UDP，对于IP层交付的UDP用户数据报，在去除UDP首部后也直接交付应用层，不作任何处理，一次交付一个完整的报文。因此，控制报文长度的工作由应用层负责，应用层要选择合适大小的报文。若报文太长，UDP封装后交给IP层，IP层在传输时大概要进行分片处理，减低了IP层的服从。反之，应用层报文太短，服从也低。
（5）UDP没有拥塞控制机制。因此，网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率低落。这对某些实时应用很重要，如IP电话，实时视频聚会会议等，要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络拥塞时丢失一部分数据，但不允许数据有太大的时延。
（6）UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
（7）UDP的首部开销小，只有8字节，比TCP的20字节的首部短。
3、UDP的基本报文格式
UDP报头由4部分构成：
源端口号：发送方的端口号。
目的端口号：目的主机的端口号。
UDP长度：UDP报文的长度，单元字节，包括报头和有用载荷。
UDP校验和：包管报文完整性和正确性，出错就抛弃。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/e7c310c57a35854e0787d3370a779df7.png二、ESP8266官方UDP库相关函数详解
1. begin(uint16_t port)
功能：初始化 WiFiUDP库和网络设置，启动WiFiUDP套接字，侦听指定的本地端口
参数：port，指定侦听的本地端口号
返回值：1，成功；0，失败，表现没有可用的套接字
// initialize, start listening on specified port.
// Returns 1 if successful, 0 if there are no sockets available to use
uint8_t begin(uint16_t port) override; 2. available()
功能：返回当前数据包中，可从缓冲区读取的字节数。这是已经到达的数据。
参数：无
返回值：当前数据包中可用的字节数
注意：仅在调用分析数据包函数WiFiUDP.parsePacket()之后，才能成功调用此函数。
// Number of bytes remaining in the current packet
int available() override; 3. beginPacket(hostName, port) 或 beginPacket(hostIp, port)
功能：开始构建数据包，准备写入数据，以发送到指定ip和端口的长途主机。
参数：长途主机的IP地址（或域名）和端口号
返回值：假如成功，则返回1；假如提供的IP地址或端口有题目，则返回0。
// Start building up a packet to send to the remote host specific in ip and port
// Returns 1 if successful, 0 if there was a problem with the supplied IP address or port
int beginPacket(IPAddress ip, uint16_t port) override;
// Start building up a packet to send to the remote host specific in host and port
// Returns 1 if successful, 0 if there was a problem resolving the hostname or port
int beginPacket(const char *host, uint16_t port) override; 4. endPacket()
功能：写入UDP数据后，完成数据找包并发送。
参数：无
返回值：报文发送成功，返回1；如有错误，返回0
// Finish off this packet and send it
// Returns 1 if the packet was sent successfully, 0 if there was an error
int endPacket() override; 5. write(byte) 或 write(buffer, size)
功能：前者，将单个字节内容，写入UDP数据包；后者，将缓冲区中指定命目的字节数，写入UDP数据包。
参数：byte，发送的字节；buffer：数据缓冲区指针；size，缓冲区大小。
返回值：写入UDP数据包的字节数。
注意：此函数必须包装在beginPacket()和endPacket()之间。其中，beginPacket()初始化数据包，endPacket()完成数据包的发送。
// Write a single byte into the packet
size_t write(uint8_t) override;
// Write size bytes from buffer into the packet
size_t write(const uint8_t *buffer, size_t size) override; 6. parsePacket ()
功能：开始处理下一个可用的传入数据包
参数：无
返回值：返回数据包的大小（以字节为单元），如无可用的数据包，则返回0
注意：在使用UDP.read()读取缓冲区之前，必须先行调用parsePacket ()。
// Start processing the next available incoming packet
// Returns the size of the packet in bytes, or 0 if no packets are available
int parsePacket() override; 7. peek()
功能：从当前数据包中读取并返回下一个字节，但并不向前移动到下一个字节。也就是说，对peek()的连续调用将返回类似的值，与对下一个read()的调用类似。
返回值：下一个字节或字符；假如没有可供读取的字节则返回-1
// Return the next byte from the current packet without moving on to the next byte
int peek() override; 8. read() 或 read(buffer, len)
功能：前者，从当前数据包中读取一个字节；后者，从当前数据包中读取 len 个字节的数据，并将其存入buffer指定的缓冲区。
参数：buffer，将要生存数据的缓冲区指针；len，要求要读取的字节数。
返回值：前者，读取到的字节数据；后者，读取到的字节数。如无可供读取的字节则返回0
注意：在函数 parsePacket() 实行成功之后，才能调用此函数
// Read a single byte from the current packet
int read() override;
// Read up to len bytes from the current packet and place them into buffer
// Returns the number of bytes read, or 0 if none are available
int read(unsigned char* buffer, size_t len) override; 9. flush()
功能：等待发送所有传出字符，此调用后输出缓冲区将被清空
// wait for all outgoing characters to be sent, output buffer is empty after this call
void flush() override; 10. stop()
功能：断开 UDP 连接，开释 UDP 会话期间所使用的资源。
// Finish with the UDP connection
void stop() override; 11. remotelP()
功能：获取发送当前数据包的长途主机的IP地址
返回值：发送当前数据包的长途主机IP地址（4个字节的IPAddress结构）
注意：必须在WiFiUDP.parsePacket()之后，才能调用此函数
// Return the IP address of the host who sent the current incoming packet
IPAddress remoteIP() override; 12. remotePort()
功能：获取长途连接主机的端口号
返回值：发送当前数据包的长途主机的端口号
注意：必须在WiFiUDP.parsePacket()之后，才能调用此函数
// Return the port of the host who sent the current incoming packet
uint16_t remotePort() override; 三、创建UDP服务器的一样平常流程
1、将ESP8266模组或开辟板设置在station工作模式：WiFi.mode(WIFI_STA)。
2、将ESP8266模组或开辟板接入到WIFI 网络：WiFi.begin(SSID,PSSD)。
3、实例化 WiFiUDP对象，开始在指定侦听端口号创建UDP连接，启动自动侦听。
4、等待输入的UDP包，处理收到的数据，并回复客户端请求的信息。
四、ESP8266官方库 UDP 示例步伐演示
启动 ArduinoIDE，从菜单栏依次点选【文件】——【示例】——【ESP8266WiFi】——【UDP】，在IDE窗口主界面打开官方 UDP 示例步伐。
将步伐编译\上传到NodeMCU-ESP8266开辟板。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0dbbeb7f3354d6662a8032b388c86dbc.png
/*
UDPSendReceive.pde:
This sketch receives UDP message strings, prints them to the serial port
and sends an "acknowledge" string back to the sender
A Processing sketch is included at the end of file that can be used to send
and received messages for testing with a computer.
created 21 Aug 2010
by Michael Margolis
This code is in the public domain.
adapted from Ethernet library examples
*/
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>
#ifndef STASSID
#define STASSID "xcb940" //将SSID更改成可用的名称
#define STAPSK "87589940abc" //更改成可用的密码
#endif
unsigned int localPort = 8888;// local port to listen on
// buffers for receiving and sending data
char packetBuffer;// buffer to hold incoming packet,
char ReplyBuffer[] = "acknowledged\r\n"; // a string to send back
WiFiUDP Udp;
void setup() {
Serial.begin(115200);
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.begin(STASSID, STAPSK);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
Serial.print('.');
delay(500);
}
Serial.print("Connected! IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
Serial.printf("UDP server on port %d\n", localPort);
Udp.begin(localPort);
}
void loop() {
// if there's data available, read a packet
int packetSize = Udp.parsePacket();
if (packetSize) {
Serial.printf("Received packet of size %d from %s:%d\n (to %s:%d, free heap = %d B)\n", packetSize, Udp.remoteIP().toString().c_str(), Udp.remotePort(), Udp.destinationIP().toString().c_str(), Udp.localPort(), ESP.getFreeHeap());
// read the packet into packetBufffer
int n = Udp.read(packetBuffer, UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE);
packetBuffer = 0;
Serial.println("Contents:");
Serial.println(packetBuffer);
// send a reply, to the IP address and port that sent us the packet we received
Udp.beginPacket(Udp.remoteIP(), Udp.remotePort());
Udp.write(ReplyBuffer);
Udp.endPacket();
}
}
五、ESP8266官方库 UDP 步伐运行阐明
1、将步伐编译并上传到开辟板。
如在串口监视器可以看到如下信息，阐明步伐已成功运行。
信息提示：（1）开辟板成功连接到本地WiFi，获取到IP地址为：192.168.0.103。
（2）创建UDP服务器成功，并在8888端口启动侦听。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/eecfdb57ed3c1304dcf594727d481027.png
2、运行串口网络数据调试器 对UDP服务器进行测试。
（1）调试工具：SSCOM V5.13.1 百度网盘点击下载， 提取码：b89u。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/bc6da07cb6da8bca951ddc0aad12dc48.png
（2）运行调试工具，按照开辟板串口输出信息中的UDP服务器IP地址和端口号，设置调试工具窗口左下角的长途主机IP地址和端口号，本地IP地址和端口号由软件自动填充。
（3）点击调试工具窗口左下角【连接】按钮，在右下角空白窗口输入待发送的信息，再点击【发送】按钮，就可以向UDP服务器发送信息了。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/a2509dc151b8d7574dc521ffa4c6117f.png
（4）假如信息发送成功，开辟板串口监视器和调试工具上方的信息窗口，就可以看到有关信息了。
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/50fab229e181c1c5fef8529c134090a6.pnghttps://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0ee00497d1371a2a3fe8d1753ae0e0d4.png
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