TCP和udP的区别

TCP和udP的区别_第1张图片

TCP和UDP编程区别

TCP编程的服务器端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt(); * 可选 

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();

4、开启监听,用函数listen();

5、接收客户端上来的连接,用函数accept();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

8、关闭监听;

TCP编程的客户端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选 

  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选 

4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性;

5、连接服务器,用函数connect();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

与之对应的UDP编程步骤要简单许多,分别如下:

UDP编程的服务器端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选 

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();

4、循环接收数据,用函数recvfrom();

5、关闭网络连接;

UDP编程的客户端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选

  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选 

4、设置对方的IP地址和端口等属性;

5、发送数据,用函数sendto();

6、关闭网络连接;

一、网络中进程之间如何通信?

     本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

1、消息传递(管道、FIFO、消息队列)

2、同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)

3、共享内存(匿名的和具名的)

4、远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。


TCP和udP的区别_第2张图片

intsocket(int domain, int type, int protocol);

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。

protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

         注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.2、bind()函数

     正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数的三个参数分别为:

sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。

addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是:

struct sockaddr_in {

    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */

    in_port_t      sin_port;  /* port in network byte order */

    struct in_addr sin_addr;  /* internet address */

};

/* Internet address. */

struct in_addr {

    uint32_t      s_addr;    /* address in network byte order */

};

ipv6对应的是:

struct sockaddr_in6 {

    sa_family_t    sin6_family;  /* AF_INET6 */

    in_port_t      sin6_port;    /* port number */

    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */

    struct in6_addr sin6_addr;    /* IPv6 address */

    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */

};

struct in6_addr {

    unsigned char  s6_addr[16];  /* IPv6 address */

};

addrlen:对应的是地址的长度。

         通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。

3.3、网络字节序与主机字节序

而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。

3.3、网络字节序与主机字节序

主机字节序:就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指整数在内存中保存的顺序,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:

  a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。

  b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

3.4、listen()、connect()函数

    如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

     int listen(int sockfd, int backlog);

     int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

   listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

    connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

3.5、accept()函数

   TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后,就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了,即类同于普通文件的读写I/O操作。

        int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

        accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。

      注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

3.6、read()、write()等函数

万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

read()/write()

recv()/send()

readv()/writev()

recvmsg()/sendmsg()

recvfrom()/sendto()

开发语言不同可能读写函数也就不同,只要把自己想要发送的消息,以字节流的方式写入Socket或者从Socket读出来即可实现网络的I/O操作。

3.7、close()函数

      在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include

int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭,然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用,也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1,只有当引用计数为0的时候,才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

SYN表示建立连接,

FIN表示关闭连接,

ACK表示响应,

PSH表示有 DATA数据传输,

RST表示连接重置。

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

客户端向服务器发送一个SYN J

服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1

客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

       只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:


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                                                                                       图1、socket中发送的TCP三次握手

       从图中可以看出,当客户端调用connect时,触发了连接请求,向服务器发送了SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+1时,accept返回,至此三次握手完毕,连接建立。

5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

     上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图


TCP和udP的区别_第4张图片


图示过程如下:

某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;

另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;

一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;

接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

https://www.cnblogs.com/LUO77/p/5801977.html

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