基于 Socket 的 UDP 和 TCP 编程介绍

growAriel 3年前
   <h2><strong>一、概述</strong></h2>    <p>TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议是网络体系结构TCP/IP模型中传输层一层中的两个不同的通信协议。</p>    <p>TCP:传输控制协议,一种面向连接的协议,给用户进程提供可靠的全双工的字节流,TCP套接口是字节流套接口(stream socket)的一种。</p>    <p>UDP:用户数据报协议。UDP是一种无连接协议。UDP套接口是数据报套接口(datagram socket)的一种。</p>    <h2><strong>二、TCP和UDP介绍</strong></h2>    <p>1)基本TCP客户—服务器程序设计基本框架</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/faaf03224511b0dc0fd0d3b92a878c53.jpg"></p>    <p>说明:(三路握手)</p>    <p>1.客户端发送一个SYN段(同步序号)指明客户打算连接的服务器端口,以及初始化序号(ISN) 。</p>    <p>2.服务器发回包含服务器的初始序号的SYN报文段作为应答。同时,将确认序号(ACK)设置为客户的ISN加1以对客户的SYN 报文段进行确认。一个SYN将占用一个序号。</p>    <p>3.客户必须将确认序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认。</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/ebda89378fd446c2d1549ba54113d3f2.jpg"></p>    <p>2) 基本TCP客户—服务器程序设计基本框架流程图</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/b353de8cbcb38daf693b7500f1fbe9b6.jpg"></p>    <p>3) UDP和TCP的对比:</p>    <p>从上面的流程图比较我们可以很明显的看出UDP没有三次握手过程。</p>    <p>简单点说。UDP处理的细节比TCP少。UDP不能保证消息被传送到(它也报告消息没有传送到)目的地。UDP也不保证数据包的传送顺序。UDP把数据发出去后只能希望它能够抵达目的地。</p>    <p>TCP优缺点:</p>    <p>优点:</p>    <p>1.TCP提供以认可的方式显式地创建和终止连接。</p>    <p>2.TCP保证可靠的、顺序的(数据包以发送的顺序接收)以及不会重复的数据传输。</p>    <p>3.TCP处理流控制。</p>    <p>4.允许数据优先</p>    <p>5.如果数据没有传送到,则TCP套接口返回一个出错状态条件。</p>    <p>6.TCP通过保持连续并将数据块分成更小的分片来处理大数据块。—无需程序员知道</p>    <p>缺点: TCP在转移数据时必须创建(并保持)一个连接。这个连接给通信进程增加了开销,让它比UDP速度要慢。</p>    <p>UDP优缺点:</p>    <p>1.UDP不要求保持一个连接</p>    <p>2.UDP没有因接收方认可收到数据包(或者当数据包没有正确抵达而自动重传)而带来的开销。</p>    <p>3.设计UDP的目的是用于短应用和控制消息</p>    <p>4.在一个数据包连接一个数据包的基础上,UDP要求的网络带宽比TDP更小。</p>    <h2><strong>三、Socket编程</strong></h2>    <p>Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。</p>    <p>Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话,就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。</p>    <p>常用的Socket类型有两种:流式Socket(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。</p>    <p>1、socket调用库函数主要有:</p>    <p>创建套接字</p>    <p>Socket(af,type,protocol)</p>    <p>建立地址和套接字的联系</p>    <p>bind(sockid, local addr, addrlen)</p>    <p>服务器端侦听客户端的请求</p>    <p>listen( Sockid ,quenlen)</p>    <p>建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP)</p>    <p>客户端请求连接</p>    <p>Connect(sockid, destaddr, addrlen)</p>    <p>服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求</p>    <p>newsockid=accept(Sockid,Clientaddr, paddrlen)</p>    <p>发送/接收数据</p>    <p>面向连接:send(sockid, buff, bufflen)</p>    <p>recv( )</p>    <p>面向无连接:sendto(sockid,buff,…,addrlen)</p>    <p>recvfrom( )</p>    <p>释放套接字</p>    <p>close(sockid)</p>    <p>2、TCP/IP应用编程接口(API)</p>    <p>服务器的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,然后调用listen在相应的socket上监听,当accpet接收到一个连接服务请求时,将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址,并通过新的socket向客户端发送字符串” hi,I am server!”。最后关闭该socket。</p>    <pre>  main()  {   int sock_fd, client_fd;    /*sock_fd:监听socket;client_fd:数据传输socket */   struct sockaddr_inser_addr;              /* 本机地址信息 */   struct sockaddr_incli_addr;              /* 客户端地址信息 */   char msg[MAX_MSG_SIZE];      /* 缓冲区*/   ser_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*创建连接的SOCKET */   if ( ser_sockfd < 0 )   {                                              /*创建失败 */   fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );   exit( 1 );   }  /* 初始化服务器地址*/   addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);   bzero( &ser_addr, addrlen );   ser_addr.sin_family = AF_INET;   ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY );   ser_addr.sin_port = htons( SERVER_PORT );   if ( bind( ser_sockfd, (struct sockaddr *) &ser_addr, sizeof(struct sockaddr_in) ) < 0 )   {      /*绑定失败 */   fprintf( stderr, "Bind Error:%sn", strerror( errno ) );   exit( 1 );   }  /*侦听客户端请求*/   if ( listen( ser_sockfd, BACKLOG ) < 0 )   {   fprintf( stderr, "Listen Error:%sn", strerror( errno ) );   close( ser_sockfd );   exit( 1 );   }   while ( 1 )   {                                                      /* 等待接收客户连接请求*/   cli_sockfd = accept( ser_sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &addrlen );   if ( cli_sockfd <= 0 )   {   fprintf( stderr, "Accept Error:%sn", strerror( errno ) );   }else  { /*开始服务*/   recv( cli_addr, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 ); /* 接受数据*/   printf( "received a connection from %sn", inet_ntoa( cli_addr.sin_addr ) );   printf( "%sn", msg );                  /*在屏幕上打印出来 */   strcpy( msg, "hi,I am server!" );   send( cli_addr, msg, sizeof(msg), 0 );  /*发送的数据*/   close( cli_addr );   }   }   close( ser_sockfd );  }  </pre>    <p>客户端的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,请求连接服务器,通过新的socket向客户端发送字符串” hi,I am client!”。最后关闭该socket。</p>    <pre>  main()  {   int cli_sockfd;            /*客户端SOCKET */   int addrlen;   char seraddr[14];   struct sockaddr_inser_addr,              /* 服务器的地址*/   cli_addr;              /* 客户端的地址*/   char msg[MAX_MSG_SIZE];                        /* 缓冲区*/   GetServerAddr( seraddr );   cli_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*创建连接的SOCKET */   if ( ser_sockfd < 0 )   {                                              /*创建失败 */   fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );   exit( 1 );   }  /* 初始化客户端地址*/   addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);   bzero( &ser_addr, addrlen );   cli_addr.sin_family = AF_INET;   cli_addr.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY );   cli_addr.sin_port = 0;   if ( bind( cli_sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, addrlen ) < 0 )   {  /*棒定失败 */   fprintf( stderr, "Bind Error:%sn", strerror( errno ) );   exit( 1 );   }  /* 初始化服务器地址*/   addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);   bzero( &ser_addr, addrlen );   ser_addr.sin_family = AF_INET;   ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr( seraddr );   ser_addr.sin_port = htons( SERVER_PORT );   if ( connect( cli_sockfd, (struct sockaddr *) &ser_addr, &addrlen ) != 0 ) /*请求连接*/   {  /*连接失败 */   fprintf( stderr, "Connect Error:%sn", strerror( errno ) );   close( cli_sockfd );   exit( 1 );   }   strcpy( msg, "hi,I am client!" );   send( sockfd, msg, sizeof(msg), 0 );    /*发送数据*/   recv( sockfd, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 );  /* 接受数据*/   printf( "%sn", msg );                  /*在屏幕上打印出来 */   close( cli_sockfd );  }  </pre>    <p>服务器的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,接收到一个客户端时,服务器显示该客户端的IP地址,并将字串返回给客户端。</p>    <p>3、UDP/IP应用编程接口(API)</p>    <pre>  int main( int argc, char **argv )  {   int ser_sockfd;   int len;  /* int addrlen; */   socklen_taddrlen;   char seraddr[100];   struct sockaddr_inser_addr;  /*建立socket*/   ser_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );   if ( ser_sockfd < 0 )   {   printf( "I cannot socket successn" );   return(1);   }  /*填写sockaddr_in 结构*/   addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);   bzero( &ser_addr, addrlen );   ser_addr.sin_family = AF_INET;   ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY );   ser_addr.sin_port = htons( SERVER_PORT );        /*绑定客户端  * if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0)  * {  * printf("connect");  * return 1;  * }  * while(1)  * {  * bzero(seraddr,sizeof(seraddr));  * len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen);  * /*显示client端的网络地址*/   printf( "receive from %sn", inet_ntoa( ser_addr.sin_addr ) );  /*显示客户端发来的字串*/   printf( "recevce:%s", seraddr );  /*将字串返回给client端*/   sendto( ser_sockfd, seraddr, len, 0, (struct sockaddr *) &ser_addr, addrlen );  }  </pre>    <p>客户端的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,填写服务器地址及端口号,从标准输入设备中取得字符串,将字符串传送给服务器端,并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。</p>    <pre>  int GetServerAddr( char * addrname )  {   printf( "please input server addr:" );   scanf( "%s", addrname );   return(1);  }        int main( int argc, char **argv )  {   int cli_sockfd;   int len;   socklen_taddrlen;   char seraddr[14];   struct sockaddr_incli_addr;   char buffer[256];   GetServerAddr( seraddr );  /* 建立socket*/   cli_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );   if ( cli_sockfd < 0 )   {   printf( "I cannot socket successn" );   return(1);   }  /* 填写sockaddr_in*/   addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);   bzero( &cli_addr, addrlen );   cli_addr.sin_family = AF_INET;   cli_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr( seraddr );  /* cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); */   cli_addr.sin_port = htons( SERVER_PORT );   bzero( buffer, sizeof(buffer) );  /* 从标准输入设备取得字符串*/   len = read( STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer) );  /* 将字符串传送给server端*/   sendto( cli_sockfd, buffer, len, 0, (struct sockaddr *) &cli_addr, addrlen );  /* 接收server端返回的字符串*/   len = recvfrom( cli_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *) &cli_addr, &addrlen );  /* printf("receive from %sn",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr)); */      printf( "receive: %s", buffer );   close( cli_sockfd );  }  </pre>    <h2><strong>四、调试</strong></h2>    <p>Makefile文件为:</p>    <pre>  CC=gcc  all:serverclient  CFLAGS=-o  server: server.c  $(CC) $(CFLAGS) $@ server.c  client: client.c  $(CC) $(CFLAGS) $@ client.c  clean:  rm -f serverclient  </pre>    <p>运行结果如下图:在shell中执行make进行编译,make clean删除生成文件。</p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/94e14eef11b7358dab90c21b5972ef88.jpg"></p>    <p style="text-align: center;"><img src="https://simg.open-open.com/show/1db4f7dd10c5945154885ff73630be47.jpg"></p>    <p> </p>    <p>来自:http://blog.jobbole.com/107210/</p>    <p> </p>