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网络编程:TCP、UDP通信总结

时间:07-26来源:作者:点击数:

一、什么是socket?

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。在编程中,Socket被称做套接字,是网络通信中的一种约定。Socket编程的应用无处不在,我们平时用的QQ、微信、浏览器等程序,都与Socket编程有关。我们平时使用浏览器查资料,这个过程的技术原理是怎样的呢?

我们平时使用浏览器,大致就是这样的一个过程。这里有两个重要的名词:服务端客户端

Socket编程的目的就是如何实现这两端之间的通信。

1、Socket编程在嵌入式中也很重要

Socket编程不仅仅在互联网方面很重要,在我们的嵌入式方面也是非常的重要,因为现在很多电子设备都趋向于联网。比如很多嵌入式工作的招聘要求都会有这一条要求:

说一点题外话,还在学校的朋友,如果感觉到很迷茫,不知道学什么的时候,可以上招聘网站上看看自己未来工作相关的职位的任职要求,这样就可以总结自己的一些不足、比较有针对性的去学习。

二、Socket编程中的几个重要概念

Socket编程用于解决我们客户端服务端之间通信的问题。我们平时多多少少都有听过IP地址、端口、TCP协议、UDP协议等概念,这些都与Socket编程中相关,想要知道怎么用起来,当然得先了解它们的一些介绍。下面看一下这些专业术语的一些要点介绍:

1、什么是IP地址?

IP地址(Internet Protocol Address)是指互联网协议地址,又译为网际协议地址。IP地址被用来给Internet上的电脑一个编号。我们可以把“个人电脑”比作“一台电话”,那么“IP地址”就相当于“电话号码”。若计算机1知道计算机2的IP地址,则计算机1就能访问计算机2。

IP地址是一个32位的二进制数,通常被分割为4个“8位二进制数”(也就是4个字节)。IP地址通常用点分十进制表示成(a.b.c.d)的形式,其中,a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。例:点分十进IP地址(100.4.5.6),实际上是32位二进制数(01100100.00000100.00000101.00000110)。

IP地址有IPv4IPv6之分,现在用得较多的是IPv4。其中,有一个特殊的IP地址需要我们记住:127.0.0.1,这是回送地址,即本地机,一般用来测试使用。后边我们的实例中会用到。

关于IP地址还有很多知识要点,但是对于在Socket编程中的应用,我们暂且知道这么多就可以。

2、什么是TCP/IP端口?

上一点中我们提到,若计算机1知道计算机2的IP地址,则计算机1就能访问计算机2。但是,我们要访问计算机2中的不同的应用软件,则还得需要一个信息:端口。端口使用16bit进行编号,即其范围为:0~65536。但0~1023 的端口一般由系统分配给特定的服务程序,例如 Web 服务的端口号为 80,FTP 服务的端口号为 21等。

3、什么是协议?

协议(Protocol)是通信双方进行数据交互的一种约定。如TCP、UDP协议:

(1)TCP协议

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,数据可以准确发送,数据丢失会重发。TCP协议常用于web应用中。

TCP连接(三次握手)

TCP传输起始时,客户端、服务端要完成三次数据交互工作才能建立连接,常称为三次握手。可形象比喻为如下对话:

客户端:服务端您好,我有数据要发给你,请求您开通访问权限。

服务端:客户端您好,已给您开通权限,您可以发送数据了。

客户端:收到,谢谢。

具体示意图为:

这里的SYN和ACK是都是标志位,其中SYN代表新建一个连接,ACK代表确认。其中m、n都是随机数。具体说明如:

  • 第一次握手:SYN标志位被置位,客户端向服务端发送一个随机数m。
  • 第二次握手:ACK、SYN标志位被置位。服务端向客户端发送m+1表示确认刚才收到的数据,同时向客户端发送一个随机数n。
  • 第三次握手:ACK标志被置位。客户端向服务端发送n+1表示确认收到数据。
TCP断开(四次挥手)

TCP断开连接时,客户端、服务端要完成四次数据交互工作才能建立连接,常称为四次挥手。可形象比喻为如下对话:

客户端:服务端您好,我发送数据完毕了,即将和您断开连接。

服务端:客户端您好,我稍稍准备一下,再给您断开

服务端:客户端您好,我准备好了,您可以断开连接了。

客户端:好的,合作愉快!

具体示意图为:

这里的FIN也是一个标志位,代表断开连接。具体说明类似三次握手

为什么建立连接只需要三次数据交互,而断开连接需要四次呢?

建立连接时,服务端在监听状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。

而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,己方也未必全部数据都发送给对方了,所以己方可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,己方ACK和FIN一般都会分开发送。

(2)UDP协议

UDP(User Datagram Protocol, 用户数据报协议)是一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,可以保证通讯效率,传输延时小。例如视频聊天应用中用的就是UDP协议,这样可以保证及时丢失少量数据,视频的显示也不受很大影响。

4、什么是协议族?

协议族是多个协议的统称。比如我们的TCP/IP协议族,其不仅仅是TCP协议、IP协议,而是多个协议的集合,其包含IP、TCP、UDP、FTP、SMTP等协议。

三、socket编程的API接口

1、Linux下的socket API接口

(1)创建socket:socket()函数

函数原型:

int socket(int af, int type, int protocol);
  • af参数:af 为地址族(Address Family),也就是 IP 地址类型,常用的有 AF_INET 和 AF_INET6,其前缀也可以是PF(Protocol Family),即PF_INET 和 PF_INET6。
  • type参数:type 为数据传输方式,常用的有 面向连接(SOCK_STREAM)方式(即TCP) 和 无连接(SOCK_DGRAM)的方式(即UDP)。
  • protocol参数:protocol 表示传输协议,常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP,分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。

使用示例:

创建TCP套接字:

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

创建UDP套接字:

int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
(2)绑定套接字:bind()函数

函数原型:

int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 
  • sock参数:sock 为 socket 文件描述符。
  • addr参数:addr 为 sockaddr 结构体变量的指针。
  • addrlen参数:addrlen 为 addr 变量的大小,可由 sizeof() 计算得出。

使用示例:

将创建的套接字ServerSock与本地IP127.0.0.1、端口1314进行绑定:

/* 创建服务端socket */
int ServerSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

/* 设置服务端信息 */
struct sockaddr_in ServerSockAddr;
memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 给结构体ServerSockAddr清零
ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;  					// 使用IPv4地址
ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 本机IP地址
ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 端口

/* 绑定套接字 */
bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));

其中struct sockaddr_in类型的结构体变量用于保存IPv4的IP信息。若是IPv6,则有对应的结构体:

struct sockaddr_in6 
{ 
    sa_family_t sin6_family;    // 地址类型,取值为AF_INET6
    in_port_t sin6_port; 	    // 16位端口号
    uint32_t sin6_flowinfo;     // IPv6流信息
    struct in6_addr sin6_addr;  // 具体的IPv6地址
    uint32_t sin6_scope_id;     // 接口范围ID
};
(3)建立连接:connect()函数

函数原型:

int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);  

参数与bind()的参数类似。

使用示例:

int ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
(4)监听:listen()函数

函数原型:

int listen(int sock, int backlog);
  • sock参数:sock 为需要进入监听状态的套接字。
  • backlog参数:backlog 为请求队列的最大长度。

使用示例:

/* 进入监听状态 */
listen(ServerSock, 10);
(5)接收请求:accept()函数

函数原型:

int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
  • sock参数:sock 为服务器端套接字。
  • addr参数:addr 为 sockaddr_in 结构体变量。
  • addrlen参数:addrlen 为参数 addr 的长度,可由 sizeof() 求得。
  • 返回值:一个新的套接字,用于与客户端通信。

使用示例:

/* 监听客户端请求,accept函数返回一个新的套接字,发送和接收都是用这个套接字 */
int ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &len);
(6)关闭:close()函数

函数原型:

int close(int fd);
  • fd:要关闭的文件描述符。

使用示例:

close(ServerSock);
(7)数据的接收和发送

数据收发函数有几组:

  • read()/write()
  • recv()/send()
  • readv()/writev()
  • recvmsg()/sendmsg()
  • recvfrom()/sendto()

函数原型:

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

这里介绍一下recv()/send()、recvfrom()/sendto()。

recv()函数:

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
  • sockfd参数:sockfd为要接收数据的套接字。
  • buf参数:buf 为要接收的数据的缓冲区地址。
  • len参数:len 为要接收的数据的字节数。
  • flags参数:flags 为接收数据时的选项,常设为0。

send()函数:

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
  • sockfd参数:sockfd为要发送数据的套接字。
  • buf参数:buf 为要发送的数据的缓冲区地址。
  • len参数:len 为要发送的数据的字节数。
  • flags参数:flags 为发送数据时的选项,常设为0。

recvfrom()函数:

ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockadr *from, socklen_t *addrlen);
  • sock:用于接收UDP数据的套接字;
  • buf:保存接收数据的缓冲区地址;
  • nbytes:可接收的最大字节数(不能超过buf缓冲区的大小);
  • flags:可选项参数,若没有可传递0;
  • from:存有发送端地址信息的sockaddr结构体变量的地址;
  • addrlen:保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。

sendto()函数:

ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
  • sock:用于传输UDP数据的套接字;
  • buf:保存待传输数据的缓冲区地址;
  • nbytes:带传输数据的长度(以字节计);
  • flags:可选项参数,若没有可传递0;
  • to:存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址;
  • addrlen:传递给参数 to 的地址值结构体变量的长度。

2、windows下的socket API接口

跟Linux下的差不多:

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);
int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
int listen(SOCKET sock, int backlog);
SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen); 
int closesocket( SOCKET s);
int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);
int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);
int recvfrom(SOCKET sock, char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockaddr *from, int *addrlen);
int sendto(SOCKET sock, const char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockadr *to, int addrlen);

3、TCP、UDP通信的socket编程过程图

(1)TCP通信socket编程过程

(2)UDP通信socket编程过程

四、socket的应用实例

1、基于TCP的本地客户端、服务端信息交互实例

本例的例子实现的功能为:本地TCP客户端往本地TCP服务端发送数据,TCP服务端收到数据则会打印输出,同时把原数据返回给TCP客户端。这个例子类似于我们在做单片机的串口实验时,串口上位机往我们的单片机发送数据,单片机收到数据则把该数据原样返回给上位机。

(1)windows的程序:

服务端程序tcp_server.c:

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	WSADATA wd;
	SOCKET ServerSock, ClientSock;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	SOCKADDR ClientAddr;
	SOCKADDR_IN ServerSockAddr;
	int addr_size = 0, recv_len = 0;
	
	/* 初始化操作sock需要的DLL */
	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);  
	
	/* 创建服务端socket */
	if (-1 == (ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 设置服务端信息 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 给结构体ServerSockAddr清零
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 本机IP地址
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 端口
	
	/* 绑定套接字 */
    if (-1 == bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR)))
	{
		printf("bind error!\n");
		exit(1);
	}
		
	/* 进入监听状态 */
	if (-1 == listen(ServerSock, 10))
	{
		printf("listen error!\n");
		exit(1);
	}
	
	addr_size = sizeof(SOCKADDR);

	while (1)
	{
		/* 监听客户端请求,accept函数返回一个新的套接字,发送和接收都是用这个套接字 */
		if (-1 == (ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &addr_size)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}

		/* 接受客户端的返回数据 */
		int recv_len = recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
		printf("客户端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		/* 发送数据到客户端 */
		send(ClientSock, Buf, recv_len, 0);
		
		/* 关闭客户端套接字 */
		closesocket(ClientSock);
		
		/* 清空缓冲区 */
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
	}

	/*如果有退出循环的条件,这里还需要清除对socket库的使用*/
	/* 关闭服务端套接字 */
	//closesocket(ServerSock);
    /* WSACleanup();*/

	return 0;
}

客户端程序tcp_client.c:

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	WSADATA wd;
	SOCKET ClientSock;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	SOCKADDR_IN  ServerSockAddr;
	
	/* 初始化操作sock需要的DLL */
	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);  
	
	/* 向服务器发起请求 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));  
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);
	
	while (1)
	{
		/* 创建客户端socket */
		if (-1 == (ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		if (-1 == connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR)))
		{
			printf("connect error!\n");
			exit(1);
		}
		printf("请输入一个字符串,发送给服务端:");
		gets(Buf);
		/* 发送数据到服务端 */
		send(ClientSock, Buf, strlen(Buf), 0);
		
		/* 接受服务端的返回数据 */
		recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
		printf("服务端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置缓冲区
		closesocket(ClientSock);   // 关闭套接字
	}
	
	// WSACleanup();  /*如果有退出循环的条件,这里还需要清除对socket库的使用*/
	return 0;
}

我们上边的IP地址概念那一部分中,有强调127.0.0.1这个IP是一个特殊的IP地址,这是回送地址,即本地机,一般用来测试使用。这个例子中我们就用到了。此外,端口我们设置为1314,这是随意设置的,只要范围在1024~65536之间就可以。

本文使用的是gcc编译器编译(关于gcc编译器的相关介绍可查看往期笔记:【C语言】使用notepad++、MinGW来开发C程序【C语言】windows命令行下编译C程序),编译命令如下:

gcc tcp_client.c -o tcp_client.exe -lwsock32
gcc tcp_server.c -o tcp_server.exe -lwsock32

这里必须要加-lwsock32这个参数用于链接windows下socket编程必须的winsock2这个库。若是使用集成开发环境,则需要把wsock32.lib放在工程目录下,并在我们代码中#include <winsock2.h> 下面加上一行 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")代码(这种情况本人未验证,有兴趣的朋友可尝试)。

实验现象:

先启动服务端程序tcp_server.exe,再启动客户端程序tcp_client.exe,并在客户端中输入字符串,则当服务端会接收到字符串时会打印输出,与此同时也会往客户端返回相同的数据:

动图:

实验结果

实验结果

(2)Linux的程序:

在linux下,“一切都是文件”,所以这里我们的套接字也当做文件来看待。

服务端程序linux_tcp_server.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	int ServerFd, ClientFd;				
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	struct sockaddr ClientAddr;
	int addr_len = 0, recv_len = 0;
	struct sockaddr_in ServerSockAddr;  
	int optval = 1; 
	
	/* 创建服务端文件描述符 */
	if (-1 == (ServerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 设置服务端信息 */
	
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 给结构体ServerSockAddr清零
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);		// 自动获取IP地址
    ServerSockAddr.sin_port = htons(6666);  				// 端口
	

	// 设置地址和端口号可以重复使用  
    if (setsockopt(ServerFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0)
	{
		printf("setsockopt error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 绑定操作,绑定前加上上面的socket属性可重复使用地址 */
    if (-1 == bind(ServerFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(struct sockaddr)))
	{
		printf("bind error!\n");
		exit(1);
	}
		
	/* 进入监听状态 */
	if (-1 == (listen(ServerFd, 10)))
	{
		printf("listen error!\n");
		exit(1);
	}
	
	addr_len = sizeof(struct sockaddr);

	while (1)
	{
		/* 监听客户端请求,accept函数返回一个新的套接字,发送和接收都是用这个套接字 */
		if (-1 == (ClientFd = accept(ServerFd, (struct sockaddr*)&ClientAddr, &addr_len)))
		{
			printf("accept error!\n");
			exit(1);
		}

		/* 接受客户端的返回数据 */
		if ((recv_len = recv(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0)) < 0)
		{
			printf("recv error!\n");
			exit(1);
		}
		
		printf("客户端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		/* 发送数据到客户端 */
		send(ClientFd, Buf, recv_len, 0);
		
		/* 关闭客户端套接字 */
		close(ClientFd);
		
		/* 清空缓冲区 */
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
	}

	return 0;
}

客户端程序linux_tcp_client.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	int ClientFd;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	struct sockaddr_in  ServerSockAddr;
	
	
	/* 向服务器发起请求 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));  
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    ServerSockAddr.sin_port = htons(6666);
	
	while (1)
	{
		/* 创建客户端socket */
		if (-1 == (ClientFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 连接 */
		if (-1 == connect(ClientFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr)))
		{
			printf("connect error!\n");
			exit(1);
		}
		
		printf("请输入一个字符串,发送给服务端:");
		gets(Buf);
		/* 发送数据到服务端 */
		send(ClientFd, Buf, strlen(Buf), 0);
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置缓冲区
		
		/* 接受服务端的返回数据 */
		recv(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0);
		printf("服务端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置缓冲区
		close(ClientFd);   // 关闭套接字
	}
	
	return 0;
}

Linux下编译就不需要添加-lwsock32参数:

gcc linux_tcp_server.c -o linux_tcp_server
gcc linux_tcp_client.c -o linux_tcp_client

实验现象:

在调试这份程序时,出现了绑定错误:

经上网查询发现是端口重复使用,可以在调用bind()函数之前调用setsockopt()函数以解决端口重复使用的问题:

2、基于UDP的本地客户端、服务端信息交互实例

(1)windows的程序

服务端程序udp_server.c:

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	WSADATA wd;
	SOCKET ServerSock;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	SOCKADDR ClientAddr;
	SOCKADDR_IN ServerSockAddr;
	int addr_size = 0;
	
	
	/* 初始化操作sock需要的DLL */
	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);  
	
	/* 创建服务端socket */
	if(-1 == (ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 设置服务端信息 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 给结构体ServerSockAddr清零
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 	// 自动获取IP地址
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 端口
	
	/* 绑定套接字 */
	
    if (-1 == (bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR))))
	{
		printf("bind error!\n");
		exit(1);
	}
		
	addr_size = sizeof(SOCKADDR);

	while (1)
	{
		/* 接受客户端的返回数据 */
		int str_len = recvfrom(ServerSock, Buf, BUF_LEN, 0, &ClientAddr, &addr_size);
		
		printf("客户端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		/* 发送数据到客户端 */
		sendto(ServerSock, Buf, str_len, 0, &ClientAddr, addr_size);
		
		/* 清空缓冲区 */
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
	}

	/*如果有退出循环的条件,这里还需要清除对socket库的使用*/
	/* 关闭服务端套接字 */
	//closesocket(ServerSock);
    /* WSACleanup();*/

	return 0;
}

客户端程序udp_client.c:

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	WSADATA wd;
	SOCKET ClientSock;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	SOCKADDR ServerAddr;
	SOCKADDR_IN  ServerSockAddr;
	int ServerAddrLen = 0;
	
	/* 初始化操作sock需要的DLL */
	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);  
	
	/* 创建客户端socket */
	if (-1 == (ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 向服务器发起请求 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));  
    ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);
	
	ServerAddrLen = sizeof(ServerAddr);
	
	while (1)
	{
		printf("请输入一个字符串,发送给服务端:");
		gets(Buf);
		/* 发送数据到服务端 */
		sendto(ClientSock, Buf, strlen(Buf), 0, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr));
		
		/* 接受服务端的返回数据 */
		recvfrom(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0, &ServerAddr, &ServerAddrLen);
		printf("服务端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置缓冲区
	}
	
	closesocket(ClientSock);   // 关闭套接字
	// WSACleanup();  /*如果有退出循环的条件,这里还需要清除对socket库的使用*/
	return 0;
}

(2)Linux下的程序

服务端程序linux_udp_server.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	int ServerFd;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	struct sockaddr ClientAddr;
	struct sockaddr_in ServerSockAddr;
	int addr_size = 0; 
	int optval = 1; 
	
	/* 创建服务端socket */
	if ( -1 == (ServerFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 设置服务端信息 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 给结构体ServerSockAddr清零
    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 	// 自动获取IP地址
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 端口
	
	// 设置地址和端口号可以重复使用  
    if (setsockopt(ServerFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0)
	{
		printf("setsockopt error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 绑定操作,绑定前加上上面的socket属性可重复使用地址 */
    if (-1 == bind(ServerFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr)))
	{
		printf("bind error!\n");
		exit(1);
	}
	
	addr_size = sizeof(ClientAddr);

	while (1)
	{
		/* 接受客户端的返回数据 */
		int str_len = recvfrom(ServerFd, Buf, BUF_LEN, 0, &ClientAddr, &addr_size);
		
		printf("客户端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		/* 发送数据到客户端 */
		sendto(ServerFd, Buf, str_len, 0, &ClientAddr, addr_size);
		
		/* 清空缓冲区 */
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
	}
	
	close(ServerFd);

	return 0;
}

客户端程序linux_udp_client.c:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_LEN  100

int main(void)
{
	int ClientFd;
	char Buf[BUF_LEN] = {0};
	struct sockaddr ServerAddr;
	int addr_size = 0;
	struct sockaddr_in  ServerSockAddr;
	
	/* 创建客户端socket */
	if (-1 == (ClientFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
	{
		printf("socket error!\n");
		exit(1);
	}
	
	/* 向服务器发起请求 */
    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));  
    ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;
    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);
	
	addr_size = sizeof(ServerAddr);
	
	while (1)
	{
		printf("请输入一个字符串,发送给服务端:");
		gets(Buf);
		/* 发送数据到服务端 */
		sendto(ClientFd, Buf, strlen(Buf), 0, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr));
		
		/* 接受服务端的返回数据 */
		recvfrom(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0, &ServerAddr, &addr_size);
		printf("服务端发送过来的数据为:%s\n", Buf);
		
		memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置缓冲区
	}
	
	close(ClientFd);   // 关闭套接字
	
	return 0;
}

实验现象:

实验现象如实例1。

五、总结

本笔记简单介绍了一些与socket编程相关的一些知识点:IP地址,什么是端口,协议等。重点介绍了TCP、UDP通信的一些原理及其API接口的用法,并给出了windows和linux下的TCP、UDP通信实例。

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