基于socket的TCP和UDP编程

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—服务器服务器

　　服务器是指在网络环境下运行相应的应用软件，为网上用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机，英文名称叫做Server。 [全文]

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服务器

　　服务器是指在网络环境下运行相应的应用软件，为网上用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机，英文名称叫做Server。

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*，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 SERSER

　　软误差率(SER)问题是于上个世纪70年代后期作为一项存储器数据课题而受到人们的广泛关注的，当时DRAM开始呈现出随机故障的征兆。随着工艺几何尺寸的不断缩小，引起失调所需的临界电荷的减少速度要比存储单元中的电荷聚集区的减小速度快得多。这意味着： 当采用诸如90nm这样的较小工艺几何尺寸时，软误差是一个更加值得关注的问题，并需要采取进一步的措施来确保软误差率被维持在一个可以接受的水平上。

ver!"。最后关闭该socket。

main()
        { 
                int sock_fd,client_fd; /*sock_fd：*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);
        }