一、概述
TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議是網絡體系結TCP/IP模型中傳輸層一層中的兩個不同的通信協議。
TCP：傳輸控制協議，一種面向連接的協議，給用戶進程提供可靠的全雙工的字節流，TCP套接口是字節流套接口(stream socket)的一種。
UDP：用戶數據報協議。UDP是一種無連接協議。UDP套接口是數據報套接口(datagram socket)的一種。
二、TCP和UDP介紹
1）基本TCP客戶—服務器程序設計基本框架
說明：（三路握手）
1.客戶端發送一個SYN段（同步序號）指明客戶打算連接的服務器端口，以及初始化序號(ISN) 。
2.服務器發回包含服務器的初始序號的SYN報文段作為應答。同時，將確認序號(ACK)設置為客戶的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置為服務器的ISN加1以對服務器的SYN報文段進行確認。
2) 基本TCP客戶—服務器程序設計基本框架流程圖
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沒有三次握手過程。簡單點說。UDP處理的細節比TCP少。UDP不能保證消息被傳送到（它也報告消息沒有傳送到）目的地。UDP也不保證數據包的傳送順序。UDP把數據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創建和終止連接。2．TCP保證可靠的、順序的（數據包以發送的順序接收）以及不會重複的數據傳輸。3．TCP處理流控制。4．允許數據優先5．如果數據沒有傳送到，則TCP套接口返回一個出錯狀態條件。6．TCP通過保持連續並將數據塊分成更小的分片來處理大數據塊。—無需程序員知道
缺點： TCP在轉移數據時必須創建（並保持）一個連接。這個連接給通信進程增加了開銷，讓它比UDP速度要慢。
UDP優缺點：
1．UDP不要求保持一個連接2．UDP沒有因接收方認可收到數據包（或者當數據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消息4．在一個數據包連接一個數據包的基礎上，UDP要求的網絡帶寬比TDP更小。
三、Socket編程
Socket接口是TCP/IP網絡的API，Socket接口定義了許多函數或例程，程序員可以用它們來開發TCP/IP網絡上的應用程序。要學Internet上的TCP/IP網絡編程，必須理解Socket接口。
Socket接口設計者最先是將接口放在Unix操作系統裡面的。如果瞭解Unix系統的輸入和輸出的話，就很容易瞭解Socket了。網絡的Socket數據傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似於打開文件的函數調用Socket()，該函數返回一個整型的Socket描述符，隨後的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。
常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和數據報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對於面向連接的TCP服務應用；數據報式Socket是一種無連接的Socket，對應於無連接的UDP服務應用。
1、socket調用庫函數主要有：
創建套接字
Socket(af,type,protocol)
建立地址和套接字的聯繫
bind(sockid, local addr, addrlen)
服務器端偵聽客戶端的請求
listen( Sockid ,quenlen)
建立服務器/客戶端的連接 (面向連接TCP）
客戶端請求連接
Connect(sockid, destaddr, addrlen)
服務器端等待從編號為Sockid的Socket上接收客戶連接請求
newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)
發送/接收數據
面向連接：
send(sockid, buff, bufflen)
recv( )
面向無連接：
sendto(sockid,buff,…,addrlen)
recvfrom( )
釋放套接字
close(sockid)
2、TCP/IP應用編程接口（API）
服務器的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，然後調用listen在相應的socket上監聽，當accpet接收到一個連接服務請求時，將生成一個新的socket。服務器顯示該客戶機的IP地址，並通過新的socket向客戶端發送字符串” hi,I am server!”。最後關閉該socket。
main()
{
int sock_fd, client_fd; /*sock_fd：監聽socket；client_fd：數據傳輸socket */
struct sockaddr_in ser_addr; /* 本機地址信息 */
struct sockaddr_in cli_addr; /* 客戶端地址信息 */
char msg[MAX_MSG_SIZE]; /* 緩衝區*/
ser_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*創建連接的SOCKET */
if ( ser_sockfd < 0 )
{ /*創建失敗 */
fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );
exit( 1 );
}
/* 初始化服務器地址*/
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 )
{ /*綁定失敗 */
fprintf( stderr, "Bind Error:%sn", strerror( errno ) );
exit( 1 );
}
/*偵聽客戶端請求*/
if ( listen( ser_sockfd, BACKLOG ) < 0 )
{
fprintf( stderr, "Listen Error:%sn", strerror( errno ) );
close( ser_sockfd );
exit( 1 );
}
while ( 1 )
{ /* 等待接收客戶連接請求*/
cli_sockfd = accept( ser_sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &addrlen );
if ( cli_sockfd <= 0 )
{
fprintf( stderr, "Accept Error:%sn", strerror( errno ) );
}else { /*開始服務*/
recv( cli_addr, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 ); /* 接受數據*/
printf( "received a connection from %sn", inet_ntoa( cli_addr.sin_addr ) );
printf( "%sn", msg ); /*在屏幕上打印出來 */
strcpy( msg, "hi,I am server!" );
send( cli_addr, msg, sizeof(msg), 0 ); /*發送的數據*/
close( cli_addr );
}
}
close( ser_sockfd );
}
客戶端的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，請求連接服務器，通過新的socket向客戶端發送字符串” hi,I am client!”。最後關閉該socket。
main()
{
int cli_sockfd; /*客戶端SOCKET */
int addrlen;
char seraddr[14];
struct sockaddr_in ser_addr, /* 服務器的地址*/
cli_addr; /* 客戶端的地址*/
char msg[MAX_MSG_SIZE]; /* 緩衝區*/
GetServerAddr( seraddr );
cli_sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /*創建連接的SOCKET */
if ( ser_sockfd < 0 )
{ /*創建失敗 */
fprintf( stderr, "socker Error:%sn", strerror( errno ) );
exit( 1 );
}
/* 初始化客戶端地址*/
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:%sn", strerror( errno ) );
exit( 1 );
}
/* 初始化服務器地址*/
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 ) /*請求連接*/
{
/*連接失敗 */
fprintf( stderr, "Connect Error:%sn", strerror( errno ) );
close( cli_sockfd );
exit( 1 );
}
strcpy( msg, "hi,I am client!" );
send( sockfd, msg, sizeof(msg), 0 ); /*發送數據*/
recv( sockfd, msg, MAX_MSG_SIZE, 0 ); /* 接受數據*/
printf( "%sn", msg ); /*在屏幕上打印出來 */
close( cli_sockfd );
}
服務器的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，然後調用bind函數將其與本機地址以及一個本地端口號綁定，接收到一個客戶端時，服務器顯示該客戶端的IP地址，並將字串返回給客戶端。
3、UDP/IP應用編程接口（API）
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 successn" );
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 );
/*綁定客戶端
* 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端的網絡地址*/
printf( "receive from %sn", inet_ntoa( ser_addr.sin_addr ) );
/*顯示客戶端發來的字串*/
printf( "recevce:%s", seraddr );
/*將字串返回給client端*/
sendto( ser_sockfd, seraddr, len, 0, (struct sockaddr *) &ser_addr, addrlen );
}
客戶端的工作流程：首先調用socket函數創建一個Socket，填寫服務器地址及端口號，從標準輸入設備中取得字符串，將字符串傳送給服務器端，並接收服務器端返回的字符串。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 successn" );
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) );
/* 從標準輸入設備取得字符串*/
len = read( STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer) );
/* 將字符串傳送給server端*/
sendto( cli_sockfd, buffer, len, 0, (struct sockaddr *) &cli_addr, addrlen );
/* 接收server端返回的字符串*/
len = recvfrom( cli_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *) &cli_addr, &addrlen );
/* printf("receive from %sn",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr)); */
printf( "receive: %s", buffer );
close( cli_sockfd );
}
四、調試
Makefile文件為：
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
運行結果如下圖：在shell中執行make進行編譯，make clean刪除生成文件。
閱讀更多 電氣工控自動化 的文章
