基于 Socket 的 UDP 和 TCP 编程介绍

Posted 2020-08-17

基于 Socket 的 UDP 和 TCP 编程介绍

 

一、概述

 

TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议是网络体系结TCP/IP模型中传输层一层中的两个不同的通信协议。

 

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。

 

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。

 

二、TCP和UDP介绍

 

1）基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

 

 

说明：（三路握手）

 

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) 。

 

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。

 

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。

 

 

2) 基本TCP客户—服务器程序设计基本框架流程图

 

3) UDP和TCP的对比：

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。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。

 

TCP优缺点：

优点：

1．TCP提供以认可的方式显式地创建和终止连接。
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。
3．TCP处理流控制。
4．允许数据优先
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。
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

 

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。

 

UDP优缺点：

1．UDP不要求保持一个连接
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。
3．设计UDP的目的是用于短应用和控制消息
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。

 

三、Socket编程

 

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。

 

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。

 

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。

 

1、socket调用库函数主要有：

创建套接字

 

Socket(af,type,protocol)

 

建立地址和套接字的联系

 

bind(sockid, local addr, addrlen)

 

服务器端侦听客户端的请求

 

listen( Sockid ,quenlen)

建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP）

客户端请求连接

 

Connect(sockid, destaddr, addrlen)

服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求

newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)

发送/接收数据

面向连接：

 

send(sockid, buff, bufflen)

recv( )

面向无连接：

 

sendto(sockid,buff,…,addrlen)

recvfrom( )

释放套接字

 

close(sockid)

 

2、TCP/IP应用编程接口（API）

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。

 

main()

{

int sock_fd, client_fd;     /*sock_fd：监听socket；client_fd：数据传输socket */

struct sockaddr_in ser_addr;               /* 本机地址信息 */

struct sockaddr_in cli_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 );

}

 

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。

 

main()

{

int cli_sockfd;             /*客户端SOCKET */

int addrlen;

char seraddr[14];

struct sockaddr_in ser_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 );

}

 

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。

 

3、UDP/IP应用编程接口（API）

 

int main( int argc, char **argv )

{

int ser_sockfd;

int len;

/* int addrlen; */

socklen_t addrlen;

char seraddr[100];

struct sockaddr_in ser_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 );

}

 

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。

 

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_t addrlen;

char seraddr[14];

struct sockaddr_in cli_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 );

}

 

四、调试

 

Makefile文件为：

 

CC=gcc

all:server client

CFLAGS=-o

server: server.c

$(CC) $(CFLAGS) [email protected] server.c

client: client.c

$(CC) $(CFLAGS) [email protected] client.c

clean:

rm -f server client

 

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。