TCP-UDP Socket

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构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UDP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:%s/n",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:%s/n",strerror(errno));
                        exit(1);
                }
            /*侦听客户端请求*/
        if(listen(ser_sockfd,BACKLOG)<0)
           {
                   fprintf(stderr,"Listen Error:%s/n",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:%s/n",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("%s/n",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:%s/n",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:%s/n",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:%s/n",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("%s/n",msg);/*在屏幕上打印出来 */
        close(cli_sockfd);
        }

3、UDP/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，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。

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 success/n");
        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 %s/n",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 success/n");
        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 %s/n",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) $@ server.c
        client: client.c
        $(CC) $(CFLAGS) $@ client.c

clean:
        rm -f server client

在shell中执行make进行编译，make clean删除生成文件。

运行结果如下图：