基于 Socket 的 UDP 和 TCP 编程介绍
growAriel
8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>