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分类: LINUX

2015-06-30 23:33:19

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:


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