基於socket的TCP和UDP編程

 

　　一、概述

　　TCP（傳輸控制通訊協定）和UDP（使用者資料包通訊協定是網路體繫結構TCP/IP模型中傳輸層一層中的兩個不同的通訊協定。

　　TCP：傳輸控制通訊協定，一種連線導向的協議，給使用者進程提供可靠的全雙工系統的位元組流，TCP套介面是位元組流套介面(STream
socket)的一種。

　　UDP：使用者資料包通訊協定。UDP是一種無連線協定。UDP套介面是資料報套介面(datagram
Socket)的一種。

　　二、TCP和UDP介紹

　　1）基本TCP客戶—伺服器伺服器

　　伺服器是指在網路環境下運行相應的應用軟體，為網上使用者提供共用資訊資源和各種服務的一種高效能運算機，英文名稱叫做Server。
[全文]

程式設計基本架構

 

　　說明：（三路握手）

　　1.用戶端發送一個SYN段（同步序號）指明客戶打算已連線的服務器伺服器

　　伺服器是指在網路環境下運行相應的應用軟體，為網上使用者提供共用資訊資源和各種服務的一種高效能運算機，英文名稱叫做Server。

連接埠，以及初始化序號(ISN) 。

　　2.伺服器發回包含伺服器的初始序號的SYN報文段作為應答。同時，將確認序號(ACK)設定為客戶的ISN加1以對客戶的SYN 報文段進行確認。一個SYN將佔用一個序號。

　　3.客戶必須將確認序號設定為伺服器的ISN加1以對伺服器的SYN報文段進行確認。

　　2) 基本TCP客戶—伺服器程式設計基本架構流程圖

 

　　3) UDP和TCP的對比：

　　從上面的流程圖比較我們可以很明顯的看出UDP沒有三向交握過程。

　　簡單點說。UDP處理的細節比TCP少。UDP不能保證訊息被傳送到（它也報告訊息沒有傳送到）目的地。UDP也不保證資料包的傳送順序。UDP把資料發出去後只能希望它能夠抵達目的地。

　　TCP優缺點：

　　優點：

　　1．TCP提供以認可的方式顯式地建立和終止串連。

　　2．TCP保證可靠的、順序的（資料包以發送的順序接收）以及不會重複的資料轉送。

　　3．TCP處理流量控制。

　　4．允許資料優先

　　5．如果資料沒有傳送到，則TCP套介面返回一個出錯狀態條件。

　　6．TCP通過保持連續並將資料區塊分成更小的分區來處理大資料區塊。—無需程式員知道

　　缺點： TCP在轉移資料時必須建立（並保持）一個串連。這個串連給通訊進程增加了開銷，讓它比UDP速度要慢。

　　UDP優缺點：

　　1．UDP不要求保持一個串連

　　2．UDP沒有因接收方認可收到資料包（或者當資料包沒有正確抵達而自動重傳）而帶來的開銷。

　　3．設計UDP的目的是用於短應用和控制訊息

　　4．在一個資料包串連一個資料包的基礎上，UDP要求的網路頻寬比TDP更小。

　　三、SOCKET編程

　　Socket介面是TCP/IP網路的API，Socket介面定義了許多函數或常式，程式員可以用它們來開發TCP/IP網路上的應用程式。要學Internet上的TCP/IP網路編程，必須理解Socket介面。

　　Socket介面設計者最先是將介面放在Unix作業系統裡面的。如果瞭解Unix系統的輸入和輸出的話，就很容易瞭解Socket了。網路的Socket資料轉送是一種特殊的I/O，Socket也是一種檔案描述符。Socket也具有一個類似於開啟檔案的函數調用Socket()，該函數返回一個整型的Socket描述符，隨後的串連建立、資料轉送等操作都是通過該Socket實現的。常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和資料報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種連線導向的Socket，針對於連線導向的TCP服務應用；資料報式Socket是一種不需連線的Socket，對應於不需連線的UDP服務應用。

　　1、socket調用庫函數主要有：

　　建立通訊端

　　Socket(af,type,protocol)

　　建立地址和通訊端的聯絡

　　bind(sockid, local aDDR, addrlen)

　　伺服器端偵聽用戶端的請求

　　listen( Sockid ,quenlen)

　　建立伺服器/用戶端的串連 (連線導向TCP）

　　用戶端請求串連

　　CONnect(sockid, destaddr, addrlen)

　　伺服器端等待從編號為Sockid的Socket上接收客戶串連請求

　　newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)

　　發送/接收資料

　　連線導向：send(sockid,
buff, bufflen)

　　recv( )

　　面向無串連：sendto(sockid,buff,…,addrlen)

　　recvfrom( )

　　釋放通訊端

　　close(sockid)

　　2、TCP/IP應用編程介面（API）

　　伺服器的工作流程：首先調用socket函數建立一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地連接埠號碼綁定，然後調用listen在相應的socket上*，當accpet接收到一個串連服務要求時，將產生一個新的socket。伺服器顯示該客戶機的IP地址，並通過新的socket向用戶端發送字串" hi,I am
SERSER

　　軟誤差率(SER)問題是於上個世紀70年代後期作為一項儲存空間資料課題而受到人們的廣泛關注的，當時DRAM開始呈現出隨機故障的徵兆。隨著工藝幾何尺寸的不斷縮小，引起失調所需的臨界電荷的減少速度要比儲存單元中的電荷聚集區的減小速度快得多。這意味著： 當採用諸如90nm這樣的較小工藝幾何尺寸時，軟誤差是一個更加值得關注的問題，並需要採取進一步的措施來確保軟誤差率被維持在一個可以接受的水平上。

ver!"。最後關閉該socket。

main()
        {
                int sock_fd,client_fd; /*sock_fd：*socket；client_fd：資料轉送socket */
                struct sockaddr_in ser_addr; /* 本機地址資訊 */
                struct sockaddr_in cli_addr; /* 用戶端地址資訊 */
                char msg[MAX_MSG_SIZE];/* 緩衝區*/
                ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*建立串連的SOCKET */
                if(ser_sockfd<0)
                       {/*建立失敗 */
                              fprintf(stderr,"socker
Error:%s\n",strerror(errno));
                              exit(1);
                      }
            /* 初始化伺服器位址*/
                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)
                  { /*綁定失敗 */
                         fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
                        exit(1);
                }
            /*偵聽用戶端請求*/
        if(listen(ser_sockfd,BACKLOG)<0)
           {
                   fprintf(stderr,"Listen Error:%s\n",strerror(errno));
                   close(ser_sockfd);
                   exit(1);
           }
        while(1)
        {/* 等待接收客戶串連請求*/
              cli_sockfd=accept(ser_sockfd,(struct sockaddr*) &        cli_addr,&addrlen);
              if(cli_sockfd<=0)
              {
                    fprintf(stderr,"Accept Error:%s\n",strerror(errno));
             }
              else
              {/*開始服務*/
                    recv(cli_addr,msg,MAX_MSG_SIZE,0); /* 接受資料*/
                   printf("received a connection from %sn", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr));
                   printf("%s\n",msg);/*在螢幕上列印出來 */
                   strcpy(msg,"hi,I am server!");
                   send(cli_addr,msg,sizeof(msg),0); /*發送的資料*/
                   close(cli_addr);
                   }
             }
        close(ser_sockfd);
 }

　　用戶端的工作流程：首先調用socket函數建立一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地連接埠號碼綁定，請求串連伺服器，通過新的socket向用戶端發送字串" hi,I am client!"。最後關閉該socket。

main()
        {
               int cli_sockfd;/*用戶端SOCKET */
               int addrlen;
               char seraddr[14];
               struct sockaddr_in ser_addr,/* 伺服器的地址*/
                                    cli_addr;/* 用戶端的地址*/
        char msg[MAX_MSG_SIZE];/* 緩衝區*/
         GetServerAddr(seraddr);
        cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*建立串連的SOCKET */
        if(ser_sockfd<0)
        {/*建立失敗 */
        fprintf(stderr,"socker Error:%s\n",strerror(errno));
        exit(1);
        }
        /* 初始化用戶端地址*/
        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)
        {
        /*棒定失敗 */
        fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
        exit(1);
         }
        /* 初始化伺服器位址*/
        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)/*請求串連*/
        {
        /*串連失敗 */
        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);/*發送資料*/
         recv(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0); /* 接受資料*/
        printf("%s\n",msg);/*在螢幕上列印出來 */
        close(cli_sockfd);
        }

　　3、UDP/IP應用編程介面（API）

　　伺服器的工作流程：首先調用socket函數建立一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地連接埠號碼綁定，接收到一個用戶端時，伺服器顯示該用戶端的IP地址，並將字串返回給用戶端。

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;
         }
        /*填寫sockaddr_in 結構*/
        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);
        /*綁定用戶端
        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);
        /*顯示client端的網路地址*/
        printf("receive from %s\n",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr));
        /*顯示用戶端發來的字串*/
        printf("recevce:%s",seraddr);
        /*將字串返回給client端*/
        sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen);
        }
        }

　　用戶端的工作流程：首先調用socket函數建立一個Socket，填寫伺服器位址及連接埠號碼，從標準輸入裝置中取得字串，將字串傳送給伺服器端，並接收伺服器端返回的字串。最後關閉該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;
        }
        /* 填寫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));
        /* 從標準輸入裝置取得字串*/
        len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
        /* 將字串傳送給server端*/
        sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
        /* 接收server端返回的字串*/
        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);
        }