初识-----基于Socket的UDP和TCP编程及测试代码

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UDP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()//未测试
{
    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,);/*创建连接的SOCKET */
    if(ser_sockfd<)
    {/*创建失败 */
        fprintf(stderr,"socker Error:%s\n",strerror(errno));
        exit();
    }
    /* 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))<)
    { /*绑定失败 */
        fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
        exit();
    }
    /*侦听客户端请求*/
    if(listen(ser_sockfd,BACKLOG)<)
    {
        fprintf(stderr,"Listen Error:%s\n",strerror(errno));
        close(ser_sockfd);
        exit();
    }
    while()
    {/* 等待接收客户连接请求*/
        cli_sockfd=accept(ser_sockfd,(struct sockaddr*) & cli_addr,&addrlen);
        if(cli_sockfd<=)
        {
            fprintf(stderr,"Accept Error:%s\n",strerror(errno));
        }
        else
        {/*开始服务*/
            recv(cli_addr,msg,MAX_MSG_SIZE,); /* 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),); /*发送的数据*/
            close(cli_addr);
        }
    }
    close(ser_sockfd);
}

//TCP server 测试通过

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
    //版本协商
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;
    int err;
    wVersionRequested = MAKEWORD(, ); //0x0101
    err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
    if (err != )
    {
        return;
    }
    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) !=  || HIBYTE(wsaData.wVersion) != )  //wsaData.wVersion!=0x0101
    {
        WSACleanup();
        return;
    }
    //创建Socket
    SOCKET sockSvr = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
    //创建IP地址和端口
    SOCKADDR_IN addrSvr;
    addrSvr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addrSvr.sin_family = AF_INET;
    addrSvr.sin_port = htons();
    //绑定端口监听
    bind(sockSvr, (SOCKADDR*)&addrSvr, sizeof(SOCKADDR));
    listen(sockSvr, );
    sockaddr_in addrClient;
    int len = sizeof(sockaddr);
    while (true)
    {
        //阻塞方法，获得一个客户Socket连接
        SOCKET sockConn = accept(sockSvr, (sockaddr*)&addrClient, &len);
        char sendbuffer[];
        sprintf(sendbuffer, "Welcom %s!", inet_ntoa(addrClient.sin_addr));
        //向客户Socket发送数据
        send(sockConn, sendbuffer, strlen(sendbuffer) + , );
        char recvbuffer[];
        //从客户Soc接受数据
        recv(sockConn, recvbuffer, , );
        printf("%s\n", recvbuffer);
        //关闭Socket
        closesocket(sockConn);
    }
    closesocket(sockSvr);
    //释放Winsock资源
    WSACleanup();
}

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()//未测试
{
    int cli_sockfd;/*客户端SOCKET */
    int addrlen;
    char seraddr[];
    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,);/*创建连接的SOCKET */
    if(ser_sockfd<)
    {/*创建失败 */
        fprintf(stderr,"socker Error:%s\n",strerror(errno));
        exit();
    }
    /* 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=;
    if(bind(cli_sockfd,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen)<)
    {
        /*棒定失败 */
        fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
        exit();
    }
    /* 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)!=)/*请求连接*/
    {
        /*连接失败 */
        fprintf(stderr,"Connect Error:%s\n",strerror(errno));
        close(cli_sockfd);
        exit();
    }
    strcpy(msg,"hi,I am client!");
    send(sockfd,msg,sizeof(msg),);/*发送数据*/
    recv(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,); /* 接受数据*/
    printf("%s\n",msg);/*在屏幕上打印出来 */
    close(cli_sockfd);
}

//TCP  client测试通过

#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
    //版本协商
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;
    int err;
    wVersionRequested = MAKEWORD(, ); //0x0101
    err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
    if (err != )
    {
        return;
    }
    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) !=  || HIBYTE(wsaData.wVersion) != )     //wsaData.wVersion!=0x0101
    {
        WSACleanup();
        return;
    }
    //创建连向服务器的套接字
    SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
    //创建地址信息
    SOCKADDR_IN hostAddr;
    hostAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    hostAddr.sin_family = AF_INET;
    hostAddr.sin_port = htons();
    //连接服务器
    connect(sock, (sockaddr*)&hostAddr, sizeof(sockaddr));
    char revBuf[];
    //从服务器获得数据
    recv(sock, revBuf, , );
    printf("%s\n", revBuf);
    //向服务器发送数据
    send(sock, "Hello Host!", , );
    closesocket(sock);
}

//错误 2 error LNK1104: 无法打开文件“C:\Users\ranji\Desktop\ConsoleApplication2\Debug\client.exe” C:\Users\ranji\Desktop\ConsoleApplication2\ConsoleApplication2\LINK

      先一直有这个错误，结果是自己要把生成文件，栓除，重新生成编译，即可。

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。 
 

#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>

////Server
void main()
{
    //版本协商
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;
    int err;
    wVersionRequested = MAKEWORD(, );
    err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
    if (err != ) {
        /* Tell the user that we could not find a usable */
        /* WinSock DLL.                                  */
        return;
    }
    /* Confirm that the WinSock DLL supports 2.2.*/
    /* Note that if the DLL supports versions greater    */
    /* than 2.2 in addition to 2.2, it will still return */
    /* 2.2 in wVersion since that is the version we      */
    /* requested.                                        */
    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) !=  ||
        HIBYTE(wsaData.wVersion) != ) {
        /* Tell the user that we could not find a usable */
        /* WinSock DLL.                                  */
        WSACleanup();
        return;
    }
    /* The WinSock DLL is acceptable. Proceed. */
    //创建数据报套接字
    SOCKET svr = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, );
    //创建本地地址信息
    SOCKADDR_IN addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons();
    addr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
    int len = sizeof(sockaddr);
    bind(svr, (sockaddr*)&addr, len);
    //创建客户端地址对象
    SOCKADDR_IN addrClient;
    char recvBuf[];
    char sendBuf[];
    char tempBuf[];
    while (true)
    {
        //接收数据
        printf("wait receive client message :\n");
        recvfrom(svr, recvBuf, , , (sockaddr*)&addrClient, &len);
        char* ipClient = inet_ntoa(addrClient.sin_addr);
        sprintf(tempBuf, "%s said: %s\n", ipClient, recvBuf);
        printf("%s", tempBuf);
        gets(sendBuf);
        //发送数据
        sendto(svr, sendBuf, strlen(sendBuf) + , , (sockaddr*)&addrClient, len);
    }
    closesocket(svr);
    WSACleanup();
}

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。

#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>

//Client
void main()
{
    //版本协商
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;
    int err;
    wVersionRequested = MAKEWORD(, );
    err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
    if (err != ) {
        /* Tell the user that we could not find a usable */
        /* WinSock DLL.                                  */
        return;
    }
    /* Confirm that the WinSock DLL supports 2.2.*/
    /* Note that if the DLL supports versions greater    */
    /* than 2.2 in addition to 2.2, it will still return */
    /* 2.2 in wVersion since that is the version we      */
    /* requested.                                        */
    if (LOBYTE(wsaData.wVersion) !=  ||
        HIBYTE(wsaData.wVersion) != ) {
        /* Tell the user that we could not find a usable */
        /* WinSock DLL.                                  */
        WSACleanup();
        return;
    }
    /* The WinSock DLL is acceptable. Proceed. */
    //创建服务器套接字
    SOCKET Svr = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, );
    //创建地址
    SOCKADDR_IN addrSvr;
    addrSvr.sin_family = AF_INET;
    addrSvr.sin_port = htons();
    addrSvr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    char recvBuf[];
    char sendBuf[];
    int len = sizeof(sockaddr);
    while (true)
    {
        printf("client frist send message:\n");
        gets(sendBuf);
        //发送数据

        sendto(Svr, sendBuf, strlen(sendBuf) + , , (sockaddr*)&addrSvr, len);   //sendBuf调试在内存中显示的ASCII码。
        //接收数据
        recvfrom(Svr, recvBuf, , , (sockaddr*)&addrSvr, &len);
        char* ipSvr = inet_ntoa(addrSvr.sin_addr);
        printf("%s said: %s\n", ipSvr, recvBuf);
    }
    closesocket(Svr);
    WSACleanup();
}

四、调试

 TCP测试结果：client没有循环执行，在run下工作，Server在debug模式下。

 UDP测试结果：

 

参考：http://www.cnblogs.com/chengmin/archive/2010/06/10/1755751.html