TCP通信の確認

サーバに、クライアントが接続してクライアントで、キー入力文字列を送信して、サーバで受信文字列を送信するコードです。
サーバー側とクライアント側をそれぞれを示します。

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
#   サーバ側「sudo python3 umehosi.py」で動かす

import socket
portnumber=59154
hostname=socket.gethostname()
ip = socket.gethostbyname(hostname)
server_addr =(ip, portnumber)
print("Serverの情報：",hostname, server_addr)
serversock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
serversock.bind(server_addr)  # IPとポート番号を指定します
print("接続要求を待つ")
serversock.listen(5)
print("接続に対して許可")

sock, address = serversock.accept()#サーバの接続受け入れ
print("接続相手：",address)

while True:
    bin = sock.recv(1)#1byte受信
    if len(bin) != 1:
        break
    print( hex(bin[0]))

sock.close()

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
#  クライアント側 「sudo python3 umeclient.py」で動かす

import socket
portnumber=59154
ip="192.168.0.110"
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((ip, portnumber))
print("接続成功")

while True:
    s = input("送信文字列＞")
    if s == "" : break
    bin=s.encode("utf-8")#binaryへ変換
    sock.sendall(bin)#一括送信

sock.close()

最終的に、binaryファイルを送受信する目的で、バイト列で送信、バイト列の受信のプログラムになっている。この送受信の実験で分かるように、このような手法ではクライアント側入力した文字列を、サーバ側で復元して表示する繰り返しができません。

STEP2

STEP3

上記を利用して、ファイルや文字列を受信するサーバープログラムと、クライアントプログラムを紹介します。
FTPアプリ存在しない環境で、以下が動作すれば、簡単に任意のファイルを送り込めるでしょう。

まず、サーバープログラム（tcp_server.py）は次のようになります。

# tcp_server.py
import socket

def recieveFile(sock:socket):
    buf=b""
    while True:
        bin = sock.recv(1)        # receieve 1byte
        if len(bin) != 1: break   # close or error ?
        buf += bin
        if buf[-2:] == b"\r\n": # end line ?
            s = buf[0:-2].decode('utf-8')# binarry to str
            print(s)
            a=s.split(' ')
            filename, filesize = a[0], int(a[1])
            print("filename:", filename, ",  filesize:", filesize) 
            with open( filename, "wb") as f:
                for n in range(filesize):
                    bin = sock.recv(1)
                    f.write(bin)
            print("received:", filesize, "byte.")
            break

def receiveData(sock:socket) -> bool:
    bin = sock.recv(1) # receive 1byte
    if len(bin) != 1: return False # close or error ?
    if bin == b"M" :
        buf=b""
        while True:
            bin = sock.recv(1) # receive 1byte
            buf += bin
            if bin == b"\n": break # end ? 1 line str？
        #
        print(buf.decode('utf-8'), end="") 
    #
    if bin == b"f" : recieveFile(sock)
    return True

portnumber=3000
hostname=socket.gethostname()
#ip = socket.gethostbyname(hostname) # get local IP Address
ip = "192.168.0.110"
server_addr =(ip, portnumber)
serversock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
serversock.bind(server_addr) 
print(ip, " bind !");
serversock.listen(2) 
print("LISTENING")
while True:
    sock, address = serversock.accept()
    print("ESTABLISHED---------!")
    print("client：",address)
    while receiveData(sock) : pass 
    break

上記サーバへファイルや文字列を送信するクライアントプログラム（tcp_client.py）です。

import socket # tcp_client.py
import os
import sys

def sendFile(sock: socket, filename:str):
    filesize = os.path.getsize(filename)
    s = "f{} {}".format(filename, filesize)
    bin=(s+"\r\n").encode("utf-8") # to binary
    print(bin, end="  ")
    sock.sendall(bin) # send filename filesize
    with open(filename, "rb") as f:
        bin = f.read(filesize)
    # print("send data：" , bin )
    sock.sendall(bin) # send all file
    print("send byte：" , len(bin) )

def sendString(sock: socket, msg:str):
    bin=msg.encode("utf-8")# to binary
    sock.sendall(bin)# send all file

portnumber=3000
ip=input("server IP address:>>>")
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print(ip+":3000 connect")
sock.connect((ip, portnumber))
print("connected")
loopFlag = True
while loopFlag:
    s = input("send info input 'M'/'f'/'Q':>>>")
    if len(s) > 0 and s[0] == 'M' :
        msg = input("send str input: >>>");
        sendString(sock, 'M' + msg+"\r\n");
        continue;
    if len(s) > 0 and s[0] == 'f' :
        print( os.listdir('.') )
        filename = input("send file name: >>>")
        sendFile(sock, filename) # send file
        continue;
    if len(s) > 0 and s[0] == 'Q': loopFlag = False;

sock.close

Pico W をSTA（ステーション）モードで使い、TCPサーバーとして使う実験

Raspberry Pi Pico W（Raspberry Pi Zero 2 Wではない）のTCP通信の通信実験です。
このプログラムは、Pico W をSTA（ステーション）モードで起動します。
TCPサーバーを起動して、そのIPアドレスとポート番号を、ブロードキャストで配信します。
TCPサーバーは、ノンブロッキングモードにして、ブロードキャスト配信と共に、クライアントからの接続でブロードキャスト配信の繰り返しを止めています。
ブロードキャストの配信周期は2秒です。
これにより、ブロードキャスト配信ループが終わった時、クライアントからの接続を許可したことになる。
最後に『TCPクライアントから1byte受信後に、クライアントへ7byteのテスト用バイナリー送信』を繰り返す。

import socket
import network
import struct
from machine import Pin
import utime
import _thread

SSID='〇〇'# Wifi用　環境に合わせて設定
PW = '〇〇〇'# 上記に接続するためのパスフレーズ　環境に合わせて設定

def wifi__connect(): # STA（ステーション）モードで既存のWi-Fiに接続して、確定したらリターン
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    wlan.connect(SSID, PW)
    while wlan.isconnected() == False:
        print('Connecting to Wi-Fi AP')
        utime.sleep(1)
    #
    wlan_status = wlan.ifconfig()
    return wlan_status

target_pin = Pin(14,Pin.OUT) # 使用LED(GPIO14接続)利用の準備
onboard_led = Pin( "LED", Pin.OUT )

target_pin.high()# 外付けLED点灯
wlan_status = wifi__connect()# Wifi接続
print( f'''Connected!
    Pico IP Address:{wlan_status[0]} Netmask:{wlan_status[1]}
    Default Gateway:{wlan_status[2]} Name Server: {wlan_status[3]}''' ) # Wifi接続情報表示
utime.sleep(1)
target_pin.low()# 外付けLED消灯

# TCP サーバー起動
server_port=59154
server_addr = socket.getaddrinfo('0.0.0.0', server_port)[0][-1]
serversock = socket.socket()
print(f"start server:{server_addr}")# TCPサーバーのIPアドレスとポート番号
serversock.bind(server_addr)
serversock.listen(1) # TCPサーバ受け入れ待機
#serversock.setblocking(False)  # ← ノンブロッキングモードにする
client=None # TCP 通信用ソケット
address=None # TCP remort address

BROADCAST_PORT = 59001 
MESSAGE = f"{wlan_status[0]},{server_port}"
MESSAGE = MESSAGE.encode('utf-8')
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# ブロードキャストを有効にする 
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)

# 自身TCPサーバーに、クライアントが接続するまで、サーバー情報をブロードキャストで配信する繰り返し
count=0
while True:
    sock.sendto(MESSAGE, ('255.255.255.255', BROADCAST_PORT))
    print(f"[{count}] Sent: {MESSAGE}")
    try:
        client, address = serversock.accept() # クライアントの接続許可
        serversock.close()
        break  # 接続したらループ抜ける
    except OSError:# 接続なしの時はここに来る
        print("まだ接続なし。処理続行。")
    utime.sleep(2)
    count+=1

# client, address = serversock.accept() # クライアントの接続許可
print(f"{address}からの接続を許可しました。")

client.setblocking(True)# ← ロッキングモードにする
count=0

while True: # 『TCPクライアントから1byte受信後に、クライアントへ7byteのテスト用バイナリー送信』を繰り返す。
    client.recv(1) # 【A】 100回程度後に、ここで次のエラーが生じる→OSError: [Errno 103] ECONNABORTED
    client.send(b'\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07')  # 固定7バイト送信
    # 【A】のコメントがある1byte受信処理を無効化すると数千回の送信を行った後、OSError: [Errno 103] ECONNABORTEDのエラーが上記で生じる
    utime.sleep(0.01)
    count+=1
    print(f"{count}回目の送信")

初期は、TCPの1byte受信はしていませんでした。7バイト送信の繰り返しで、数千回の送信を行った後にOSError: [Errno 103] ECONNABORTEDのエラーが発生して止まります。
原因調査で、「一部のOSやルーター/ネットワーク機器が、アイドル状態（双方向通信なし）を不正接続と判断して TCP RST を返すことがある。また一定時間応答がないと切断するケースがある（特に家庭用ルーター環境で起きやすい）」という情報から送信だけのための失敗か？と考えて、1byteの受信処理を追加してみました。
すると、 100回程度受信送信の繰り返し後、client.recv(1) の受信部で、同じようエラーが起きるようになりました。

その後、ブロードキャスト配信を止めて、TCPノンブロッキングモードの使用を止めて、通常のシンプルな送受信に変更しても、エラーが起きるようです。

以前に、PicoWの開発環境として遠隔制御用のTCPサーバーを構築していますが、その時のTCPサーバー側からの送受信でこのようなエラーが起きていません。
このTCP送受信エラーが起きない環境は、PicoWをAP（アクセスポイント）モードで使っています。
そして、今回のエラーが起きる方はPicoWをSTA（ステーション）モードで使っています。
STAモードでは、既存のWi-Fiに接続しており、そのアクセスポイントを介して通信しています。対してAPモードの場合、中継を介さずに直接通信するため、問題が起きにくいのではないかと考えています。

現状(2025年6月)において、PicoWをSTA（ステーション）モードでTCPサーバーを利用した場合に、安定した通信が得られないという結果になったのでこの手法を避けてことにする。そこで、TCPの代わりにUDPのユニキャストを使う試みを行う。
なお、上記の実験で使ったクライアント側の実験コードを下記に示します。

import socket
import struct

def receiveBroadcast(portNo): #ブロードキャスト受信関数
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    s.bind(('', portNo))
    print("Waiting for broadcast...")
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(f"Received: {data} from {addr}")
    s.close()
    return data

ip_port_bin = receiveBroadcast(59001) # 接続サーバIPアドレスとポート番号の受信
print(f"受信データ：{ip_port_bin}")
rec_data=ip_port_bin.decode('utf-8')
ip_port_a = rec_data.split(',')

ip=ip_port_a[0]			# 接続サーバーのIPアドレス取得
portnumber=int(ip_port_a[1])	# 接続サーバーのポート番号取得
print(f"Multicast Recive IP:PORT:{ip}:{portnumber}")

#ip='192.168.0.38'
#portnumber=59154

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# サーバーへの接続
sock.connect((ip, portnumber))
print("接続成功")

while True:
    sock.send(b"G") 	# 【A】1byteの送信
    bin = sock.recv(7)	#　7byte受信
    if bin == b"" : break
    print(f"{bin}")

sock.close()

Pico W をSTA（ステーション）モードで使い、TCPクライアントとして使う実験

実験で動作したコード(picowtcp.py)
動作ができるが、OSError: [Errno 103] ECONNABORTEDのエラーが時々発生して止まります。
検討中

import socket
import network
import utime
import struct

def print_pass(*args, **kwargs):
    pass

# print=print_pass

SSID='〇〇'# Wifi用
PW = '〇〇〇'# 上記に接続するためのパスフレーズ

ip, portnumber="192.168.0.110",59000#接続先サーバのアドレスデフォルト（マルチキャスト受信で変更）

def wifi__connect():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    wlan.connect(SSID, PW)
    while wlan.isconnected() == False:
        print('Connecting to Wi-Fi AP')
        utime.sleep(1)
    #
    wlan_status = wlan.ifconfig()
    return f'''Connected!
    Pico IP Address:{wlan_status[0]} Netmask:{wlan_status[1]}
    Default Gateway:{wlan_status[2]} Name Server: {wlan_status[3]}'''

# https://micropython-docs-ja.readthedocs.io/ja/latest/library/socket.html

def ipv4_inet_pton(ip: str)->bytes:# iPv4のアドレス文字列に対応する4byteバイナリを返す
    a=ip.split('.')
    return bytes(map(int,a))

def receiveIpMulticast_new(multicast_group, portNo): #マルチキャスト
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    local_ip = ipv4_inet_pton(wlan.ifconfig()[0])
    print(f"local_ip:{local_ip}")
    group = ipv4_inet_pton(multicast_group)

    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    s.bind(('', portNo))

    mreq = struct.pack('4s4s', group, local_ip)
    s.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_ADD_MEMBERSHIP, mreq)

    print(f"Multicast-----{multicast_group}:{portNo}-----Wait !!!")

    #s.settimeout(5)  # optional
    try:
        data, addr = s.recvfrom(1024)
        print(f"Multicast-----receive data: {data.decode()} from {addr}")
        s.close()
        return data
    except OSError as e:
        print("Multicast receive failed:", e)
        s.close()
        return None

def receiveIpMulticast(multicast_group, portNo): #マルチキャスト
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # ソケットの作成
    # server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) # ★
    server_socket.bind(('', portNo)) # ソケットにアドレスをバインド
    
    # マルチキャストグループに参加
    group = ipv4_inet_pton(multicast_group) # 引数のIPアドレス文字列に対応する4byteバイナリ取得
    mreq = struct.pack('4sL', group, 0)
    server_socket.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_ADD_MEMBERSHIP, mreq)
    
    # 受信
    print(f"Multicast-----{multicast_group}:{portNo}-----Wait !!!")
    data, addr = server_socket.recvfrom(1024)  # データとアドレスを受信
    print(f"Multicast-----receive data: {data.decode('utf-8')} from {addr}")
    server_socket.close()
    return data

def receiveBroadcast(portNo): #ブロードキャスト
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    s.bind(('', portNo))
    print("Waiting for broadcast...")
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(f"Received: {data} from {addr}")
    s.close()
    return data

def receiveUnicast(portNo): #ユニキャスト
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    sock.bind(('0.0.0.0', portNo))
    print(f"UDP 受信待機中 (ポート {portNo})...")
    data, addr = sock.recvfrom(1024)
    print(f"受信: {data.decode('utf-8')} from {addr}")
    sock.close()
    return data    

    
def tcp_connect():
   client=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
   print(f'Connecting to {ip}:{portnumber}')
   client.connect((ip, portnumber))
   client.setblocking(True)# client.settimeout(None)  # タイムアウトを秒数で指定
   #client.setblocking(False)
   return client

def send_data(sock:socket, prefix:str, d16s:list):
    bin=prefix.encode('utf-8') + int(d16s[0]).to_bytes(2,'big')
    bin+=int(d16s[1]).to_bytes(2,'big')+int(d16s[2]).to_bytes(2,'big')
    n=0
    while n < len(bin):#上記の(1+2*3)=7byteを送る。(非ブロッキングにも対応)
        n+=sock.write(bin[n:])
    #sock.write(bin)、 sock.send(bin)、sock.sendall(bin)# などで全てOSError: [Errno 103] ECONNABORTED
    return bin
    
print( wifi__connect() )
client = tcp_connect()
bin=send_data(client, 'M', [50, 127, -1]) # 7byteのバイト例で送信
print( f"送信データ:{bin}")
while True:
     client.write(bin)
     #utime.sleep(0.001)
    
client.close()

TCP通信の確認

STEP1

STEP2

STEP3

Pico W をSTA（ステーション）モードで使い、TCPサーバーとして使う実験

Pico W をSTA（ステーション）モードで使い、TCPクライアントとして使う実験