基于Socket的UDP和TCP编程介绍

引用地址http://hi.baidu.com/luohb2325/blog/item/257a19d0d44448339a502771.html

 

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TCP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);

         }