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ESP8266入門指南-WiFi

ESP8266 Wi-Fi

將ESP8266用作簡單的微控制器非常棒，但大多數人使用它的原因是其Wi-Fi功能。本章中，我們會探討網路協議的美好世界，例如Wi-Fi，TCP，UDP，HTTP，DNS……所有這些縮寫詞可能會嚇倒您，但這裏會盡力向您解釋它們，讓學習輕鬆進行。
 
有些段落用斜體表示。這些提供了一些額外的信息，但對於理解ESP的Wi-Fi功能並不是至關重要的，因此，如果您不了解某些內容，請不要感到沮喪。
 
在不讓事情複雜化的同時又保持簡短的前提下，很難給出清晰的解釋。如果您有任何反饋或意見，請務必發表評論以幫助改進本文。謝謝！

TCP / IP堆疊

大多數人稱為“互聯網”的系統不僅僅是一個協議：它是協議各個層次的完整堆疊，通常稱為TCP / IP堆疊。我們將介紹這些不同的層，因為我們需要了解ESP8266如何與網路上的其他設備通信。
 
LayerProtocols
應用HTTP，FTP，mDNS，WebSocket，OSC …
傳輸TCP，UDP
InternetIP
LinkEthernet，Wi-Fi …

The Link layer

鏈接層包含兩個設備之間的物理鏈接，例如以太網電纜或Wi-Fi連接。這是最接近硬體的層。
要將ESP8266連接到網路，您必須建立一個Wi-Fi鏈接。這可以通過兩種不同的方式發生：
  1. ESP8266連接至無線存取點（WAP或簡稱AP）。例如，AP可以內建在modem或路由器中。
    在這種構造中，ESP的作用就像一個無線站。
  2. ESP8266作為存取點，無線工作站點可以連接到它。這些工作站可以是您的筆電，智能手機，甚至可以是處於工作站模式的其他ESP。
建立Wi-Fi鏈接後，ESP8266將成為區域網（LAN）的一部分。LAN上的所有設備都可以相互通信。
大多數情況下，AP也連接到物理以太網，這意味著ESP8266還可以通過有線以太網連接與連接到AP（modem/路由器）的設備通信（桌上型電腦，遊戲機和機頂盒）。
如果ESP8266處於存取點(AP)模式，它可以與與其連接的任何工作站點通信，並且兩個工作站點（例如筆電和智能手機）也可以相互通信。
 
ESP可以設定為AP-only、station-only或AP + station模式下使用。
 

摘要

鏈路層是設備之間的物理鏈接：對於ESP8266，這是WiFi連接。ESP可以充當工作站並連接到存取點，也可以當存取點並讓其他設備連接到它。
 

互聯網或網絡層

雖然設備已經物理連接（通過實際的電線（以太網）或通過無線波（Wi-Fi）），但是它們實際上還無法相互通信，因為它們無法知道將消息發送到哪裡。 。
這就是Internet協議（IP）的來源。網絡上的每個設備都有一個個人IP地址。DHCP服務器（動態主機設定協議服務器）確保這些地址是唯一的。
這意味著您現在可以將郵件發送到特定的地址。
 
Internet協議有兩種版本：IPv4和IPv6。IPv6是IPv4的改進版本，其地址比IPv4多得多（因為設備數量多於可用的IPv4地址）。在本文中，我們將僅討論IPv4地址，因為大多數LAN仍在使用它們。
 
IP地址由4個數字組成，例如192.168.1.5是有效的IPv4地址。它實際上由兩部分組成：第一部分是192.168.1，這是本地網絡的地址。最後一位數字（在這種情況下為5）特定於設備。
 
通過使用IP地址，我們可以找到ESP8266在網路上並向其發送消息。如果ESP知道它們各自的IP地址，它也可以找到我們的電腦或手機。
 

子網路遮罩(Sub-net mask)（可選）

IP地址的細分由子網路遮罩確定，通常寫為255.255.255.0。您可以看到它由四個數字組成，就像IP地址一樣。如果子網路遮罩的一部分為255，則意味著IP地址的對應部分是網絡地址的一部分，如果為0，則對應的IP部分是特定地址的地址的一部分。與“ IP：192.168.1.5，子網路遮罩：255.255.255.0”不同的表示法是“ 192.168.1.5/24”，因為子網路遮罩的二進製表示為11111111.11111111.11111111.00000000，並且有24個。
如果您想了解有關子網路的更多信息，建議您閱讀Wikipedia文章。
（可以幫助您記住的快速提示：這稱為子網路遮罩，因為如果您對IP地址和子網路遮罩執行位元運算與運作（即，將子網路遮罩用作IP地址的遮罩， ），您將獲得子網的地址。）
下面的例子可以看出這三個IP跟子網路遮罩做AND計算後，前面兩個IP屬同一個子網路，第三個屬另一個子網路。

 

MAC地址和ARP （可選）

實際上，僅使用IP地址不可能直接將資料包發送到另一台計算機。要將資料包發送到LAN上的特定設備（Wi-Fi或以太網），您必須知道其MAC地址。MAC地址是每個網絡設備唯一的唯一編號，並且永遠不會更改，它已固定在網絡晶片中。這意味著每個ESP8266、每個網卡、智能手機……都擁有不同的MAC地址。
因此，例如在ESP可以將資料包發送到智能手機之前，它必須知道其MAC地址。它尚不知道，ESP僅知道智能手機的IP地址，例如192.168.1.6。為此，ESP發送一條廣播消息（即發給LAN上所有設備的消息），說“我正在尋找IP地址為192.168.1.6的設備的MAC地址”。ESP還將在消息中包括其自己的IP和MAC地址。當智能手機收到此廣播消息時，它會識別自己的IP地址，並通過發送自己的MAC地址來響應ESP。現在，ESP和電話都知道彼此的IP和MAC地址，並且可以使用IP地址進行通信。此方法稱為地址解析協議或ARP。
 

互聯網呢？

您可能已經注意到，我只談論了區域網，這些是您自己家裡的計算機。您可能會問，ESP8266如何與互聯網通信？嗯，“ Internet”涉及很多網絡基礎架構，並且它們都遵守IP規則，以確保您的大多數資料包到達目的地。當然，它並不是那麼簡單，例如路由器和網路地址轉換（NAT），但這不在本文的討論範圍之內，而且大多數人不必擔心。
 

摘要

Internet層使用IP地址來知道應該將資料發送到哪裡。意思是兩個設備可以通過Internet相互發送資料包。
 

傳輸層

網絡中的不同設備會盡力將這些IP資料包傳遞給收件人，但是，資料包丟失並不少見，因此它永遠不會到達。否則，資料包可能會在途中損壞：資料不再正確。IP也不能保證資料包以發送時的順序到達。
這意味著我們還不能僅通過鏈接和Internet層來可靠地發送消息，因為我們永遠無法知道資料包何時和是否到達，或者無法確定接收到的資料包是否正確。
我們需要在Internet層之上的第三層：傳輸層。
 
第三層主要有兩個協定：傳輸控制協定（TCP）和用戶資料包協定（UDP）。
  • TCP確保接收到所有資料包，這些資料包按順序排列，並且重新發送損壞的資料包。這意味著它可用於多個應用程序之間的通信，而不必擔心資料完整性或資料包丟失。這就是為什麼它用於諸如下載網頁，發送電子郵件，上傳文件等之類的原因。
  • 另一方面，UDP不能保證每個資料包都到達目的地，但是它確實檢查錯誤，但是當發現一個資料包時，它只是破壞了資料包，而沒有重新發送它。這意味著它不像TCP那樣可靠，不過它更快而且延遲更低，因為它不需要像TCP那樣的開放連接來發送消息。這就是為什麼它用於語音和影像聊天，例如在線遊戲中的原因。
如果您想進一步了解TCP和UDP之間的區別，請觀看此視頻。

摘要

IP協定不可靠，並且沒有錯誤檢查。TCP通過重新發送丟失或損壞的程序包來解決此問題，並以錯誤的順序對收到的資料包進行排序。UDP還檢查損壞的程序包，但不會重新發送它們，因此它的延遲比TCP少。
 

應用層

現在，我們可以使用TCP進行可靠的通信，但是仍然存在一個問題。想像一下：您正在發送一封信，TCP保證它會到達目的地，但是如果接收方不理解所寫的語言，他將不知道該怎麼做。
換句話說，我們需要第四層協議，以便兩個程序能夠相互通信。
這裡有很多不同的協議，但是我們主要集中在Web服務器和瀏覽器的協定上。
 

超文本傳輸協議

超文本傳輸協議（HTTP）是Web服務器和Web客戶端為了進行通信而使用的協定。它使用文本執行從客戶端到服務器並再次返回的發送請求和響應。
例如，當您在網絡瀏覽器（客戶端）的地址欄中輸入http://www.google.com時，它將向Google網絡服務器發送HTTP GET請求。服務器理解了此HTTP請求，並將發送Google網頁作為響應。或者，當您將圖像上傳到Instagram時，瀏覽器會發送HTTP POST請求，並將您的自拍照附加到Instagram服務器。服務器理解請求，將圖像保存並添加到資料庫中，將新圖像的URL發送回瀏覽器，然後瀏覽器會將圖像加到網頁上。
如您所見，客戶端和服務器都不必擔心它們發送的消息的完整性，並且他們知道收件人理解他們的語言，並且知道如何處理特定的HTTP請求。
大多數現代網站使用小號 HTTP secure版本，稱為HTTPS。出於安全原因，此安全連接會加密資料。（例如，您不希望任何人從您的郵件服務器讀取資料包，或您發送到銀行的資料包。）
 

WebSocket

HTTP非常適合諸如下載網頁，上傳照片等之類的事情，但是它很慢：每次發送HTTP請求時，都必須啟動與服務器的新TCP連接，然後發送請求，等待服務器響應，並下載響應。如果我們不必每次都想發送一些資料時都必須打開一個新的連接，並且我們可以隨時隨地同時發送和接收資料，那不是很好嗎？這就是WebSocket解救的地方：您可以始終保持與服務器的TCP連接保持打開狀態，獲得完美的TCP可靠性，而且速度非常快。
 

打開聲音控制

HTTP和WebSocket都使用TCP連接。如果要降低延遲怎麼辦？好吧，Open Sound Control或OSC使用UDP發送小資料片段，例如int，float，短文本等……延遲非常低。它最初是為控制低延遲音頻應用而設計的，但是它是一種非常靈活的協議，因此它通常用於除音頻控制之外的低延遲任務。
 

域名系統(DNS)

如前所述，您只能在知道另一台計算機的IP地址的情況下將消息發送到另一台計算機。但是，當您瀏覽Internet時，您只會知道網站的域名（例如www.google.com）。您的計算機使用域名系統將該域名轉換為正確的IP地址。之後再詳細介紹。
 

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