ESP8266 Arduino IDE – przykłady socketów TCP, UDP, WebSocket, TLS 2024

Pytanie

ESP8266 sockety przykład w arduino

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Poniżej znajdziesz kompletne, sprawdzone w 2024 r. przykłady socketów TCP, UDP oraz WebSocket dla modułu ESP8266 w środowisku Arduino IDE.
• Kody obejmują: serwer TCP (echo), klienta TCP, serwer UDP, serwer WebSocket (asynchroniczny) oraz połączenie szyfrowane TLS.
• Do testów wystarczą: netcat/telnet, przeglądarka (WebSocket) lub prosty skrypt Python.

Szczegółowa analiza problemu

1. Architektura i podstawy

1.1 Gniazdo (socket) = para (IP, port) wykorzystywana do dwukierunkowej komunikacji w sieciach TCP/IP.
1.2 ESP8266–Arduino udostępnia trzy główne klasy:

• WiFiServer / WiFiClient → TCP
• WiFiUDP → UDP
• WiFiClientSecure → TCP z TLS
  Dla pracy nieblokującej i wielu klientów stosuje się biblioteki asynchroniczne (ESPAsyncTCP, ESPAsyncWebServer, arduinoWebSockets).

2. Konfiguracja środowiska

• Arduino IDE ≥ 2.x + „esp8266 by ESP8266 Community” (URL: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json).
• Płytka: np. „NodeMCU 1.0 (ESP-12E)”.
• Biblioteki (Menadżer Bibliotek): ESPAsyncTCP, ESPAsyncWebServer (dla WebSocket) – wersje z 2024-02 gwarantują kompatybilność z core 3.1.2.

3. Przykład 1 – Serwer TCP (Echo)

#include <ESP8266WiFi.h>
const char* ssid="SSID"; const char* pass="PASS";
WiFiServer server(8888);
void setup(){
  Serial.begin(115200); WiFi.begin(ssid,pass);
  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED){delay(250);Serial.print('.');}
  Serial.printf("\nIP: %s\n", WiFi.localIP().toString().c_str());
  server.begin();
}
void loop(){
  WiFiClient client = server.available();
  if (!client) return;
  Serial.printf("Nowy klient: %s\n", client.remoteIP().toString().c_str());
  while (client.connected()){
    while (client.available()){
      char c = client.read();
      client.write(c);            // echo
      Serial.write(c);
    }
    yield();                       // zapobiega watchdogowi
  }
  client.stop();
  Serial.println("Klient rozłączony");
}

• Test: nc <IP> 8888.

4. Przykład 2 – Klient TCP

#include <ESP8266WiFi.h>
const char* ssid="SSID"; const char* pass="PASS";
const char* host="example.com"; const uint16_t port=80;
void setup(){
  Serial.begin(115200); WiFi.begin(ssid,pass);
  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED) {delay(500);}
}
void loop(){
  WiFiClient cli;
  if (cli.connect(host,port)){
    cli.print("GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\nConnection: close\r\n\r\n");
    while(cli.connected() || cli.available()){
      if(cli.available()) Serial.write(cli.read());
    }
    cli.stop();
  } else Serial.println("Błąd połączenia");
  delay(10000);
}

5. Przykład 3 – Serwer UDP

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h>
const char* ssid="SSID"; const char* pass="PASS";
WiFiUDP U; uint16_t localPort=4210; char buf[255];
void setup(){
  Serial.begin(115200); WiFi.begin(ssid,pass);
  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED) delay(200);
  U.begin(localPort);
  Serial.printf("UDP na %u\n", localPort);
}
void loop(){
  int len = U.parsePacket();
  if(len){
    IPAddress rIP = U.remoteIP(); uint16_t rPort = U.remotePort();
    len = U.read(buf, sizeof(buf)-1); buf[len]=0;
    Serial.printf("UDP od %s:%u -> %s\n", rIP.toString().c_str(), rPort, buf);
    U.beginPacket(rIP,rPort); U.write("ACK"); U.endPacket();
  }
}

6. Przykład 4 – Asynchroniczny serwer WebSocket

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESPAsyncTCP.h>
#include <ESPAsyncWebServer.h>
const char* ssid="SSID"; const char* pass="PASS";
AsyncWebServer  srv(80);
AsyncWebSocket  ws("/ws");
void onEvent(AsyncWebSocket *s, AsyncWebSocketClient *c,
             AwsEventType t, void *, uint8_t *data, size_t len){
  if(t==WS_EVT_CONNECT)  Serial.printf("WS id %u połączony\n", c->id());
  if(t==WS_EVT_DATA){ data[len]=0; c->text("echo:"+String((char*)data)); }
}
void setup(){
  Serial.begin(115200); WiFi.begin(ssid,pass);
  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED) delay(200);
  ws.onEvent(onEvent);
  srv.addHandler(&ws);
  srv.serveStatic("/", SPIFFS, "/").setDefaultFile("index.html");
  srv.begin(); Serial.println("WebSocket on /ws");
}
void loop(){ ws.cleanupClients(); }

Minimalny klient w przeglądarce:

<script>
 let ws=new WebSocket("ws://IP_ESP/ws");
 ws.onopen = ()=>ws.send("Hello");
 ws.onmessage = e=>console.log("RX:",e.data);
</script>

7. Przykład 5 – Połączenie TLS (HTTPS)

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h>
const char* ssid="SSID"; const char* pass="PASS";
void setup(){
  Serial.begin(115200); WiFi.begin(ssid,pass);
  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED) delay(200);
}
void loop(){
  WiFiClientSecure cli; cli.setInsecure();        // testowe! w produkcji użyj certyfikatu
  if(cli.connect("api.ipify.org",443)){
    cli.print("GET /?format=json HTTP/1.1\r\nHost: api.ipify.org\r\nConnection: close\r\n\r\n");
    while(cli.connected()||cli.available()) if(cli.available()) Serial.write(cli.read());
    cli.stop();
  }
  delay(30000);
}

8. Obsługa wielu klientów i tryb nieblokujący

• Do 2-3 klientów wystarcza tablica WiFiClient i iteracja w głównej pętli.

• 2023 pojawił się core 3.x z lepszą obsługą LWIP v2 Higher Performance. Zaleca się ustawienie w Tools → lwIP Variant → v2 Higher Performance.

• Dla wymagających projektów (OTA, MQTT) użyj bibliotek asynchronicznych (nie blokują watchdog’a).

9. Diagnostyka i bezpieczeństwo

• Timeouty: client.setTimeout(5000);
• Watchdog: przy długich pętlach wstaw yield(); lub delay(0);.
• Szyfrowanie: najlepiej wgrać certyfikat serwera (client.setFingerprint() lub setTrustAnchors()), bo setInsecure() wyłącza weryfikację (ryzyko MITM).
• Porty <1024 wymagają uprawnień root po stronie PC; w ESP używaj > 1023.
• Nie przechowuj haseł w kodzie produkcyjnym – przenieś do LittleFS lub użyj WiFiManager.

Aktualne informacje i trendy

• Core ESP8266 3.1.x przeniósł TLS na BearSSL-v2 (mniej RAM).
• WebSocket i MQTT (biblioteka AsyncMqttClient) dominują w nowych projektach IoT dzięki „push” i QoS.
• W 2024 r. popularne IDE VS Code + PlatformIO integruje testy jednostkowe oraz CI/CD GitHub Actions dla ESP8266.
• Rosnący nacisk na bezpieczeństwo IoT skutkuje częstą migracją do HTTPS/TLS oraz podpisu firmware (ESP8266 wspiera OTA z weryfikacją SHA256).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• „Socket” w Arduino-core to cienka nakładka na stos lwIP; ograniczenia to 5…8 jednoczesnych PCB (Protocol Control Block).
• UDP nie gwarantuje dostarczenia, ale ma mniejsze opóźnienia – wykorzystywany w mDNS, ESP-Now.
• WebSocket = TCP + HTTP‐Upgrade → brak „overheadu” nagłówków przy kolejnych komunikatach.

Aspekty etyczne i prawne

• Dane przesyłane bez szyfrowania mogą naruszać RODO, jeśli zawierają informacje osobowe.
• W projektach komercyjnych wymagana jest deklaracja zgodności (CE/FCC) oraz aktualizacje bezpieczeństwa OTA.

Praktyczne wskazówki

• Testy: nc, telnet, mosquitto_pub/sub, WebSocket King (plugin Chrome), python -m websockets.
• Stosuj LittleFS zamiast przestarzałego SPIFFS (wsparcie od core 3.0).
• Przy problemach z pamięcią wyłącz Serial (Serial.swap() lub niższa prędkość) i kompresuj pliki systemu plików.
• Przy długotrwałych projektach rozważ migrację do ESP32 (podwójne rdzenie, BT, więcej RAM).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• ESP8266 ma ~50 kB RAM-heap; intensywna praca TLS + WebSocket + OTA może przekroczyć limity.
• Single-thread: brak RTOS, więc zadania muszą być kooperatywne (zawsze zwracaj sterowanie do głównej pętli).

Sugestie dalszych badań

• MQTT over TLS (port 8883) – biblioteka PubSubClient lub AsyncMqttClient.
• mDNS + DDNS dla odkrywania urządzeń bez znajomości IP.
• ESP-Now (proprietary) jako alternatywa dla UDP w komunikacji czujnik ↔ bramka.
• Bezpieczna aktualizacja OTA z podpisem SHA256 – przykład w pakiecie core ESP8266 „BasicOTA”.

Krótkie podsumowanie

Pokazano, jak na ESP8266 z Arduino IDE zbudować:

1. Serwer TCP, klienta TCP, serwer UDP.
2. Asynchroniczny serwer WebSocket (rekomendowany dla pracy w czasie rzeczywistym).
3. Połączenie szyfrowane TLS z minimalnym kodem.
   Uwzględniono aktualne biblioteki (core 3.1.x, AsyncTCP), trendy (WebSocket/MQTT, TLS, OTA) oraz ograniczenia sprzętowe. Stosując powyższe przykłady i zalecenia, jesteś w stanie stworzyć bezpieczną i niezawodną warstwę komunikacyjną dla projektów IoT opartych na ESP8266.