网络编程：TCP和UDP

一、通信模式

1.1 套接字socket

1.网络通信通过套接字进行数据传输

2.socket是一个函数，为通信创建一个端点，并返回该端点的文件描述符

3.套接字本身是一个文件描述符，对应的是一个特殊的文件，该文件描述符维护了两个缓冲区，分别是发送缓冲区和接收缓冲区

4.套接字可以实现全双工的通信

int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：创建用于通信的一个端点，并返回对应的文件描述符，文件描述符按最小未使用原则分配参数1：规定通信域

        AF_UNIX, AF_LOCAL 同一主机之间多进程通信具体内容可查看 man 7 unix

        AF_INET IPv4 网络通信具体内容可查看 man 7 ip

参数2：传输方式或类型

SOCK_STREAM 支持TCP通信方式

SOCK_DGRAM 支持UDP通信方式

SOCK_RAW 支持原始套接字通信

参数3：协议

如果第二参数指定了SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM则第三个参数填0

如果第二个参数为SOCK_RAW，则第三个参数需要指定对应的协议

        对于TCP通信：IPPROTO_TCP

        对于UDP通信：IPPROTO_UDP

返回值：成功返回创建出的套接字文件描述符，失败返回-1并置位错误码

二、TCP通信

2.2相关API

bind：绑定端口号和IP地址

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen：启动被动监听

int listen(int sockfd, int backlog);

accept :阻塞等待客户端的连接请求

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

send/recv：数据发送和接收函数

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);

connect:连接函数

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

2.3TCP服务器代码

#include <head.h>

#define SER_PORT 8888           //服务器端口号
#define SER_IP "192.168.117.94"//服务器IP
int main(int argc, const char *argv[])
{
	//1.创建一个套接字
	int sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//
	if(sfd==-1){
		perror("socket");
		return -1;
	}
	printf("%d sfd=%d\n",__LINE__,sfd);
	//主动去连接别人
	//2.绑定ip地址和端口号
	//2.1填充地址信息结构体
	struct sockaddr_in sin;
	sin.sin_family=AF_INET; //地址族   IPV4网络通信
	sin.sin_port=htons(SER_PORT);//端口号   将主机字节序转换为网络字节序
	sin.sin_addr.s_addr=inet_addr(SER_IP);//ip地址 将点分十进制的ip地址转换为4字节无符号整数的网络字节序

	//2.2绑定
	if(bind(sfd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin))==-1){
		printf("bind");
		return -1;
	}
	printf("%d bind success\n",__LINE__); 
	
	//将套接字设置成被动监听状态
	if(listen(sfd,128)==-1){
		perror("listen");
		return -1;
	}
	printf("%d listen success\n",__LINE__);

	//4.阻塞等待客户端的连接请求
	int newfd=-1;
	//定义结构体变量接受对方地址信息结构体
	struct sockaddr_in cin;//用于接收客户端地址信息结构体
	socklen_t addrlen =sizeof(cin);//用于接收客户端结构体的大小
	if((newfd=accept(sfd,(struct sockaddr*)&cin,&addrlen))==-1){ //阻塞等待客户端的连接请求
		perror("accept");
		return -1;
	}
	printf("%s  %d:发来连接请求\n",inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port));
	//                      将网络字节序转换为十进制的字符串（ip地址）  网络字节序转换成主机字节序（端口号）

	//5.收发数据
	char rbuf[128]="0";//用于接收客户发来的数据
	while(1){
		//将容器清空
		bzero(rbuf,sizeof(rbuf));//memset(rbuf,0,sizeof(rbuf));
		//从套接字重读取数据
		int res=recv(newfd,rbuf,sizeof(rbuf)-1,0);
		if(res==0){
			printf("客户端已经下线\n");
			break;
		}
		printf("%s  %d:%s\n",inet_ntoa(cin.sin_addr),ntohs(cin.sin_port),rbuf);

		//加个笑脸再发回去
		strcat(rbuf,"*_*");
		send(newfd,rbuf,strlen(rbuf),0);
		printf("发送成功\n");
	}


//6.关闭服务器
close(newfd);
close(sfd);
	return 0;
}

2.4TCP客户端代码

#include <head.h>

#define SER_PORT 7777
#define SER_IP "192.168.117.96"
#define CLI_PORT 6666
#define CLI_IP "192.168.117.96"
int main(int argc, char const *argv[])
{
    //1.创建用于连接的客户端套接字
    int cfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(cfd==-1){
        perror("socket");
        return -1;
    }
    printf("socet success cfd=%d\n",cfd);

    //设置端口号快速重用
    int reuse = 1;
    if(setsockopt(cfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) ==-1)
    {
        perror("setsockopt error");
        return -1;
    }
    printf("端口号快速重用成功\n");

    //2.绑定端口号和ip地址（非必须） 如果不写的系统会随机给
    //2.1填充客户端地址信息结构体
    struct sockaddr_in cin;
    cin.sin_family=AF_INET;
    cin.sin_port=htons(CLI_PORT);
    cin.sin_addr.s_addr=inet_addr(CLI_IP);

    //2.2绑定端口号和IP
    if(bind(cfd,(struct sockaddr*)&cin,sizeof(cin))==-1){
        perror("bind");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");

    //3.连接服务器
    //3.1填充要连接服务器的地址信息结构体
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family=AF_INET;//地址族
    sin.sin_port=htons(SER_PORT);//服务器端口号
    sin.sin_addr.s_addr=inet_addr(SER_IP);//服务器的IP地址

    //3.2连接服务器
    if(connect(cfd,(struct sockaddr*)&sin,sizeof(sin))==-1){
        perror("connect");
        return -1;
    }
    printf("连接成功\n");

    //4.收发数据
    char wbuf[128]="0";
    while(1){
        printf("请输入>>>");
        fgets(wbuf,sizeof(wbuf),stdin);//从终端上获取一个字符串
        wbuf[strlen(wbuf)-1]='\0';//将换行换成'\0'

        //判断输入的字符串值
        if(strcmp(wbuf,"quit")==0)
            break;
        //将数据发送给服务器
        send(cfd,wbuf,strlen(wbuf),0);

        //将字符数组清空
        bzero(wbuf,sizeof(wbuf));
        recv(cfd,wbuf,sizeof(wbuf)-1,0);
        printf("收到服务器消息为%s\n",wbuf);

    }
    //5.关闭套接字
    close(cfd);

    return 0;
}

2.5效果演示

三、UDP通信

3.1通信模型

3.2相关API

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

功能：从套接字文件描述符中读取len个字节的数据，将数据放入buf起始地址的容器中，并接收对端的地址信息结构体

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

功能：向对端套接字中发送数据

3.3UDP服务器代码

#include <head.h>
#define SER_PORT 6666
#define SER_IP "192.168.118.60"


int main(int argc, const char *argv[])
{
    //1、创建用于通信的套接字文件描述符
    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sfd == -1)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }
    printf("socket success sfd = %d\n", sfd);        //3
    
    //设置端口号快速重用
    int reuse = 1;
    if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) ==-1)
    {
        perror("setsockopt error");
        return -1;
    }
    printf("端口号快速重用成功\n");


    //2、绑定IP地址和端口号
    //2.1填充地址信息结构体
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_port = htons(SER_PORT);
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);
    //2.2 绑定
    if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == -1)
    {
        perror("bind error");
        return -1;
    }
    
    //3、数据收发
    char rbuf[128] = "";

    //定义接收对端地址信息结构体的容器
    struct sockaddr_in cin;
    socklen_t addrlen = sizeof(cin);

    while(1)
    {
        //清空容器
        bzero(rbuf, sizeof(rbuf));

        //接收数据
        recvfrom(sfd, rbuf, sizeof(rbuf)-1, 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
        printf("[%s:%d] ：%s\n",inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), rbuf);

        //连接一个笑脸回过去
        strcat(rbuf, "*_*");
        if(sendto(sfd, rbuf, strlen(rbuf), 0, (struct sockaddr*)&cin, sizeof(cin)) == -1)
        {
            perror("write error");
            return -1;
        }
    }
    
    //4、关闭套接字
    close(sfd);

    return 0;
}

3.4UDP客户端代码

#include <head.h>
#define SER_PORT 6666
#define SER_IP "192.168.118.60"
#define CLI_PORT 7777
#define CLI_IP "192.168.118.60"


int main(int argc, const char *argv[])
{
    //1、创建用于通信的套接字文件描述符
    int cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(cfd == -1)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }
    printf("socket success cfd = %d\n", cfd);
    
    //2、绑定IP地址和端口号
    //2.1 填充客户端地址信息结构体
    struct sockaddr_in cin;
    cin.sin_family = AF_INET;
    cin.sin_port = htons(CLI_PORT);
    cin.sin_addr.s_addr = inet_addr(CLI_IP);
    //2.2 绑定
    if(bind(cfd, (struct sockaddr*)&cin, sizeof(cin)) == -1)
    {
        perror("bind error");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");
    
    
    //3、数据收发
    char wbuf[128] = "";
    //填充要发送的对端的地址信息结构体
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_port = htons(SER_PORT);
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);

    while(1)
    {
        printf("请输入>>>");
        fgets(wbuf, sizeof(wbuf), stdin);    //从终端获取一个字符串
        wbuf[strlen(wbuf)-1] = 0;          //将换行换成'\0'

        //判断输入的是否为退出
        if(strcmp(wbuf, "quit") == 0)
        {
            break;
        }
        
        //将数据发送给服务器
        sendto(cfd, wbuf, strlen(wbuf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin));

        printf("发送成功\n");

        //接收服务器发来的消息
        bzero(wbuf, sizeof(wbuf));

        read(cfd, wbuf, sizeof(wbuf)-1);
        printf("收到服务器消息为：%s\n", wbuf);

    }

    //4、关闭套接字
    close(cfd);

    return 0;
}