基于 Socket 的 UDP 和 TCP 編程介紹

growAriel 9年前發布 | 6K 次閱讀 Socket UDP TCP/IP 網絡技術

一、概述

TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議是網絡體系結構TCP/IP模型中傳輸層一層中的兩個不同的通信協議。

TCP：傳輸控制協議，一種面向連接的協議，給用戶進程提供可靠的全雙工的字節流，TCP套接口是字節流套接口(stream socket)的一種。

UDP：用戶數據報協議。UDP是一種無連接協議。UDP套接口是數據報套接口(datagram socket)的一種。

二、TCP和UDP介紹

1）基本TCP客戶—服務器程序設計基本框架

說明：（三路握手）

1.客戶端發送一個SYN段（同步序號）指明客戶打算連接的服務器端口，以及初始化序號(ISN) 。

2.服務器發回包含服務器的初始序號的SYN報文段作為應答。同時，將確認序號(ACK)設置為客戶的ISN加1以對客戶的SYN 報文段進行確認。一個SYN將占用一個序號。

3.客戶必須將確認序號設置為服務器的ISN加1以對服務器的SYN報文段進行確認。

2) 基本TCP客戶—服務器程序設計基本框架流程圖

3) UDP和TCP的對比：

從上面的流程圖比較我們可以很明顯的看出UDP沒有三次握手過程。

簡單點說。UDP處理的細節比TCP少。UDP不能保證消息被傳送到（它也報告消息沒有傳送到）目的地。UDP也不保證數據包的傳送順序。UDP把數據發出去后只能希望它能夠抵達目的地。

TCP優缺點：

優點：

1．TCP提供以認可的方式顯式地創建和終止連接。

2．TCP保證可靠的、順序的（數據包以發送的順序接收）以及不會重復的數據傳輸。

3．TCP處理流控制。

4．允許數據優先

5．如果數據沒有傳送到，則TCP套接口返回一個出錯狀態條件。

6．TCP通過保持連續并將數據塊分成更小的分片來處理大數據塊。—無需程序員知道

缺點： TCP在轉移數據時必須創建（并保持）一個連接。這個連接給通信進程增加了開銷，讓它比UDP速度要慢。

UDP優缺點：

1．UDP不要求保持一個連接

2．UDP沒有因接收方認可收到數據包（或者當數據包沒有正確抵達而自動重傳）而帶來的開銷。

3．設計UDP的目的是用于短應用和控制消息

4．在一個數據包連接一個數據包的基礎上，UDP要求的網絡帶寬比TDP更小。

三、Socket編程

Socket接口是TCP/IP網絡的API，Socket接口定義了許多函數或例程，程序員可以用它們來開發TCP/IP網絡上的應用程序。要學Internet上的TCP/IP網絡編程，必須理解Socket接口。

Socket接口設計者最先是將接口放在Unix操作系統里面的。如果了解Unix系統的輸入和輸出的話，就很容易了解Socket了。網絡的Socket數據傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似于打開文件的函數調用Socket()，該函數返回一個整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。

常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和數據報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對于面向連接的TCP服務應用；數據報式Socket是一種無連接的Socket，對應于無連接的UDP服務應用。

1、socket調用庫函數主要有：

創建套接字

Socket(af,type,protocol)

建立地址和套接字的聯系

bind(sockid, local addr, addrlen)

服務器端偵聽客戶端的請求

listen( Sockid ,quenlen)

建立服務器/客戶端的連接 (面向連接TCP）

客戶端請求連接

Connect(sockid, destaddr, addrlen)

服務器端等待從編號為Sockid的Socket上接收客戶連接請求

newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)

發送/接收數據

面向連接：send(sockid, buff, bufflen)

recv( )

面向無連接：sendto(sockid,buff,…,addrlen)

recvfrom( )

釋放套接字

close(sockid)

2、TCP/IP應用編程接口（API）

服務器的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然后調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，然后調用listen在相應的socket上監聽，當accpet接收到一個連接服務請求時，將生成一個新的socket。服務器顯示該客戶機的IP地址，并通過新的socket向客戶端發送字符串” hi,I am server!”。最后關閉該socket。

main()
{
 int sock_fd, client_fd;    /*sock_fd：監聽socket；client_fd：數據傳輸socket */
 struct sockaddr_inser_addr;              /* 本機地址信息 */
 struct sockaddr_incli_addr;              /* 客戶端地址信息 */
 char msg[MAX_MSG_SIZE];      /* 緩沖區*/
 ser_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*創建連接的SOCKET */
 if ( ser_sockfd < 0 )
 {                                              /*創建失敗 */
 fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );
 exit( 1 );
 }
/* 初始化服務器地址*/
 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 )
 {      /*綁定失敗 */
 fprintf( stderr, "Bind Error:%sn", strerror( errno ) );
 exit( 1 );
 }
/*偵聽客戶端請求*/
 if ( listen( ser_sockfd, BACKLOG ) < 0 )
 {
 fprintf( stderr, "Listen Error:%sn", strerror( errno ) );
 close( ser_sockfd );
 exit( 1 );
 }
 while ( 1 )
 {                                                      /* 等待接收客戶連接請求*/
 cli_sockfd = accept( ser_sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &addrlen );
 if ( cli_sockfd <= 0 )
 {
 fprintf( stderr, "Accept Error:%sn", strerror( errno ) );
 }else  { /*開始服務*/
 recv( cli_addr, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 ); /* 接受數據*/
 printf( "received a connection from %sn", inet_ntoa( cli_addr.sin_addr ) );
 printf( "%sn", msg );                  /*在屏幕上打印出來 */
 strcpy( msg, "hi,I am server!" );
 send( cli_addr, msg, sizeof(msg), 0 );  /*發送的數據*/
 close( cli_addr );
 }
 }
 close( ser_sockfd );
}

客戶端的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然后調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，請求連接服務器，通過新的socket向客戶端發送字符串” hi,I am client!”。最后關閉該socket。

main()
{
 int cli_sockfd;            /*客戶端SOCKET */
 int addrlen;
 char seraddr[14];
 struct sockaddr_inser_addr,              /* 服務器的地址*/
 cli_addr;              /* 客戶端的地址*/
 char msg[MAX_MSG_SIZE];                        /* 緩沖區*/
 GetServerAddr( seraddr );
 cli_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*創建連接的SOCKET */
 if ( ser_sockfd < 0 )
 {                                              /*創建失敗 */
 fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );
 exit( 1 );
 }
/* 初始化客戶端地址*/
 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 )
 {
/*棒定失敗 */
 fprintf( stderr, "Bind Error:%sn", strerror( errno ) );
 exit( 1 );
 }
/* 初始化服務器地址*/
 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 ) /*請求連接*/
 {
/*連接失敗 */
 fprintf( stderr, "Connect Error:%sn", strerror( errno ) );
 close( cli_sockfd );
 exit( 1 );
 }
 strcpy( msg, "hi,I am client!" );
 send( sockfd, msg, sizeof(msg), 0 );    /*發送數據*/
 recv( sockfd, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 );  /* 接受數據*/
 printf( "%sn", msg );                  /*在屏幕上打印出來 */
 close( cli_sockfd );
}

服務器的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然后調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，接收到一個客戶端時，服務器顯示該客戶端的IP地址，并將字串返回給客戶端。

3、UDP/IP應用編程接口（API）

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);
 }
/填寫sockaddr_in 結構/
 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 );
 
 
/綁定客戶端

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);
/顯示client端的網絡地址/
printf( "receive from %sn", inet_ntoa( ser_addr.sin_addr ) );
/顯示客戶端發來的字串/
printf( "recevce:%s", seraddr );
/將字串返回給client端/
sendto( ser_sockfd, seraddr, len, 0, (struct sockaddr *) &ser_addr, addrlen );
}
</pre> 客戶端的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，填寫服務器地址及端口號，從標準輸入設備中取得字符串，將字符串傳送給服務器端，并接收服務器端返回的字符串。最后關閉該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_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);
}
/* 填寫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) );
/* 從標準輸入設備取得字符串*/
len = read( STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer) );
/* 將字符串傳送給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、調試 
Makefile文件為： 
CC=gcc
all:serverclient
CFLAGS=-o
server: server.c
$(CC) $(CFLAGS) $@ server.c
client: client.c
$(CC) $(CFLAGS) $@ client.c
clean:
rm -f serverclient
 
運行結果如下圖：在shell中執行make進行編譯，make clean刪除生成文件。 
 
 
  
來自：http://blog.jobbole.com/107210/

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Socket UDP TCP/IP 網絡技術

基于 Socket 的 UDP 和 TCP 編程介紹

一、概述

二、TCP和UDP介紹

三、Socket編程

四、調試

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