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。
