linux的tcp/udp网络编程模型

快来打我* 2022-06-09 04:54 203阅读 0赞

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

![Column179-1.jpg][]

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。

![Column179-2.jpg][]

2) 基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

![Column179-3.jpg][]

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。

<table style="color:rgb(85,85,85); font-family:'microsoft yahei'; font-size:15px; line-height:35px; border-collapse:collapse"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <code>main() { &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int&nbsp;sock_fd,client_fd;&nbsp;/*sock_fd：监听socket；client_fd：数据传输socket */&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;struct&nbsp;sockaddr_in&nbsp;ser_addr;&nbsp;/* 本机地址信息 */&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;struct&nbsp;sockaddr_in&nbsp;cli_addr;&nbsp;/* 客户端地址信息 */&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;char&nbsp;msg[MAX_MSG_SIZE];/* 缓冲区*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*创建连接的SOCKET */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(ser_sockfd&lt;0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ /*创建失败 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"socker Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;}&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* 初始化服务器地址*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;addrlen=sizeof(struct&nbsp;sockaddr_in); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;bzero(&amp;ser_addr,addrlen); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_family=AF_INET; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(bind(ser_sockfd,(struct&nbsp;sockaddr*)&amp;ser_addr,sizeof(struct&nbsp;sockaddr_in))&lt;0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;/*绑定失败 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;}&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/*侦听客户端请求*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(listen(ser_sockfd,BACKLOG)&lt;0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"Listen Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;close(ser_sockfd); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;while(1) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ /* 等待接收客户连接请求*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_sockfd=accept(ser_sockfd,(struct&nbsp;sockaddr*)&nbsp;&amp;&nbsp;cli_addr,&amp;addrlen); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(cli_sockfd&lt;=0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"Accept Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;else &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ /*开始服务*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;recv(cli_addr,msg,MAX_MSG_SIZE,0);&nbsp;/* 接受数据*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf("received a connection from %sn",&nbsp;inet_ntoa(cli_addr.sin_addr)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf("%s\n",msg);/*在屏幕上打印出来 */&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;strcpy(msg,"hi,I am server!"); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;send(cli_addr,msg,sizeof(msg),0);&nbsp;/*发送的数据*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;close(cli_addr);&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;close(ser_sockfd); }</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table style="color:rgb(85,85,85); font-family:'microsoft yahei'; font-size:15px; line-height:35px; border-collapse:collapse"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <code>main() { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int&nbsp;cli_sockfd;/*客户端SOCKET */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int&nbsp;addrlen; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;char&nbsp;seraddr[14]; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;struct&nbsp;sockaddr_in&nbsp;ser_addr,/* 服务器的地址*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_addr;/* 客户端的地址*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;char&nbsp;msg[MAX_MSG_SIZE];/* 缓冲区*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;GetServerAddr(seraddr); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*创建连接的SOCKET */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(ser_sockfd&lt;0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ /*创建失败 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"socker Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* 初始化客户端地址*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;addrlen=sizeof(struct&nbsp;sockaddr_in); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;bzero(&amp;ser_addr,addrlen); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_addr.sin_family=AF_INET; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;cli_addr.sin_port=0; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(bind(cli_sockfd,(struct&nbsp;sockaddr*)&amp;cli_addr,addrlen)&lt;0) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/*棒定失败 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/* 初始化服务器地址*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;addrlen=sizeof(struct&nbsp;sockaddr_in); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;bzero(&amp;ser_addr,addrlen); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_family=AF_INET; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(seraddr); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ser_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;if(connect(cli_sockfd,(struct&nbsp;sockaddr*)&amp;ser_addr,&amp;addrlen)!=0)/*请求连接*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;{ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;/*连接失败 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;fprintf(stderr,"Connect Error:%s\n",strerror(errno)); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;close(cli_sockfd); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;exit(1); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;strcpy(msg,"hi,I am client!"); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;send(sockfd,msg,sizeof(msg),0);/*发送数据*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;recv(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0);&nbsp;/* 接受数据*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;printf("%s\n",msg);/*在屏幕上打印出来 */ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;close(cli_sockfd); }</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

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。

四、调试

Makefile文件为：

在shell中执行make进行编译，make clean删除生成文件。

本文转载至：http://blog.csdn.net/mao834099514/article/details/52763490

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[Column179-2.jpg]: /images/20220609/62702d7c3231440fae4964f096946f0a.png
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