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【網路通信與資訊安全】之深入決議TCP與UDP傳輸協議

2021-08-17 07:42:56 其他

一、什么是 socket ？

  • Socket 的英文原義是“孔”或“插座”，在編程中，Socket 被稱做套接字，是網路通信中的一種約定，Socket 編程的應用無處不在，我們平時用的 QQ、微信、瀏覽器等程式，都與 Socket 編程有關，
  • 那么我們使用瀏覽器查資料，這個程序的技術原理是怎樣的呢？如下所示：

在這里插入圖片描述

  • 使用瀏覽器，有兩個重要的名詞：服務端與客戶端，Socket 編程的目的就是如何實作這兩端之間的通信，

二、Socket 編程的重要概念

① IP 地址
  • IP 地址（Internet Protocol Address）是指互聯網協議地址，又譯為網際協議地址，IP 地址被用來給 Internet 上的電腦一個編號，可以把“個人電腦”比作“一臺電話”，那么“IP 地址”就相當于“電話號碼”，若計算機 1 知道計算機 2 的 IP 地址，則計算機 1 就能訪問計算機 2，
  • IP 地址是一個 32 位的二進制數，通常被分割為 4 個“8位二進制數”（也就是 4 個位元組），IP 地址通常用點分十進制表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d 都是 0~255 之間的十進制整數，例：點分十進 IP 地址（100.4.5.6），實際上是 32 位二進制數（01100100.00000100.00000101.00000110），
  • IP 地址有 IPv4 與 IPv6 之分，現在用得較多的是 IPv4，其中，有一個特殊的 IP 地址需要記住：127.0.0.1，這是回送地址，即本地機，一般用來測驗使用，
② TCP/IP 埠
  • 若計算機 1 知道計算機 2 的 IP 地址，則計算機 1 就能訪問計算機 2，但是，要訪問計算機 2 中的不同的應用軟體，則還得需要一個資訊：埠，
  • 服務埠，最多可以有65536個，使用 16bit 進行編號，即其范圍為：0 ~ 65535，但 0 ~ 1023 的埠一般由系統分配給特定的服務程式，例如 Web 服務的埠號為 80，FTP 服務的埠號為 21 等，
③ 協議
  • 協議（Protocol）是通信雙方進行資料互動的一種約定，如 TCP、UDP 協議，
  • TCP（Transmission Control Protocol 傳輸控制協議）是一種面向連接的、可靠的、基于位元組流的傳輸層通信協議，資料可以準確發送，資料丟失會重發，TCP 協議常用于 web 應用中，
  • TCP 連接（三次握手）：TCP 傳輸起始時，客戶端、服務端要完成三次資料互動作業才能建立連接，常稱為三次握手，可形象比喻為如下對話：
    • 客戶端：服務端您好，我有資料要發給你，請求您開通訪問權限，
    • 服務端：客戶端您好，已給您開通權限，您可以發送資料了，
    • 客戶端：收到，謝謝，
  • TCP 連接（三次握手）具體示意圖為：

在這里插入圖片描述

  • 說明：SYN 和 ACK 是都是標志位，其中 SYN 代表新建一個連接，ACK 代表確認，其中 m、n 都是亂數，具體說明如：
    • 第一次握手：SYN 標志位被置位，客戶端向服務端發送一個亂數 m，
    • 第二次握手：ACK、SYN 標志位被置位，服務端向客戶端發送 m+1 表示確認剛才收到的資料，同時向客戶端發送一個亂數 n，
    • 第三次握手：ACK 標志被置位，客戶端向服務端發送 n+1 表示確認收到資料，
  • TCP 斷開（四次揮手）：TCP 斷開連接時，客戶端、服務端要完成四次資料互動作業才能建立連接，常稱為四次揮手，可形象比喻為如下對話：
    • 客戶端：服務端您好，我發送資料完畢了，即將和您斷開連接，
    • 服務端：客戶端您好，我稍稍準備一下，再給您斷開
    • 服務端：客戶端您好，我準備好了，您可以斷開連接了，
    • 客戶端：好的，合作愉快，
  • TCP 斷開（四次揮手）具體示意圖為：

在這里插入圖片描述

  • FIN 也是一個標志位，代表斷開連接，類似三次握手，
  • 為什么建立連接只需要三次資料互動，而斷開連接需要四次呢？
    • 建立連接時，服務端在監聽狀態下，收到建立連接請求的 SYN 報文后，把 ACK 和 SYN 放在一個報文里發送給客戶端，
    • 而關閉連接時，當收到對方的 FIN 報文時，僅僅表示對方不再發送資料了但是還能接收資料，己方也未必全部資料都發送給對方了，所以己方可以立即 close，也可以發送一些資料給對方后，再發送 FIN 報文給對方來表示同意現在關閉連接，因此，己方 ACK 和 FIN 一般都會分開發送，
  • UDP 協議：UDP（User Datagram Protocol， 用戶資料報協議）是一種無連接的傳輸層協議，提供面向事務的簡單不可靠資訊傳送服務，可以保證通訊效率，傳輸延時小，例如視頻聊天應用中用的就是 UDP 協議，這樣可以保證及時丟失少量資料，視頻的顯示也不受很大影響，
  • 什么是協議族？協議族是多個協議的統稱，比如 TCP/IP 協議族，其不僅僅是 TCP 協議、IP 協議，而是多個協議的集合，其包含 IP、TCP、UDP、FTP、SMTP 等協議，

三、socket 編程的 API 介面

① Linux 下的 socket API 介面
  • 創建 socket：socket()函式
    • 函式原型，如下所示：
	int socket(int af, int type, int protocol);
    • 函式說明：
      • af 引數：af 為地址族（Address Family），也就是 IP 地址型別，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6，其前綴也可以是 PF（Protocol Family），即 PF_INET 和 PF_INET6，
      • type 引數：type 為資料傳輸方式，常用的有 面向連接（SOCK_STREAM）方式（即 TCP） 和 無連接（SOCK_DGRAM）的方式（即 UDP），
      • protocol 引數：protocol 表示傳輸協議，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分別表示 TCP 傳輸協議和 UDP 傳輸協議，
    • 創建 TCP 套接字：
	int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    • 創建 UDP 套接字：
	int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
  • 系結套接字：bind() 函式
    • 函式原型，如下所示：
	int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    • 函式說明：
      • sock 引數：sock 為 socket 檔案描述符，
      • addr 引數：addr 為 sockaddr 結構體變數的指標，
      • addrlen 引數：addrlen 為 addr 變數的大小，可由 sizeof() 計算得出，
    • 將創建的套接字 ServerSock 與本地 IP127.0.0.1、埠 1314 進行系結：
	/* 創建服務端socket */
	int ServerSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);?
	/* 設定服務端資訊 */
	struct sockaddr_in ServerSockAddr;
	memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));     
	// 給結構體ServerSockAddr清零
	ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;                    		
	// 使用IPv4地址
	ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	// 本機IP地址
	ServerSockAddr.sin_port = htons(1314); // 埠
	?/* 系結套接字 */
	bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    • 其中 struct sockaddr_in 型別的結構體變數用于保存 IPv4 的 IP 資訊，若是 IPv6，則有對應的結構體：
	struct sockaddr_in6 {     
		sa_family_t sin6_family;    // 地址型別，取值為AF_INET6    
		in_port_t sin6_port;        // 16位埠號    
		uint32_t sin6_flowinfo;     // IPv6流資訊    
		struct in6_addr sin6_addr;  // 具體的IPv6地址    
		uint32_t sin6_scope_id;     // 介面范圍ID
	};
  • 建立連接：connect() 函式
    • 函式原型，引數與 bind() 的引數類似，如下所示：
	int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
    • 使用示例：
	int ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
	connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
  • 監聽：listen() 函式
    • 函式如下所示：
	int listen(int sock, int backlog);
    • 函式的引數說明：
      • sock 引數：sock 為需要進入監聽狀態的套接字，
      • backlog 引數：backlog 為請求佇列的最大長度，
    • 使用示例：
	/* 進入監聽狀態 */
	listen(ServerSock, 10);
  • 接收請求：accept() 函式
    • 函式如下所示：
	int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    • 函式引數說明：
      • sock 引數：sock 為服務器端套接字，
      • addr引數：addr 為 sockaddr_in 結構體變數，
      • addrlen 引數：addrlen 為引數 addr 的長度，可由 sizeof() 求得，
      • 回傳值：一個新的套接字，用于與客戶端通信，
    • 使用示例：
	/* 監聽客戶端請求，accept函式回傳一個新的套接字，發送和接收都是用這個套接字 */
	int ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &len);
  • 關閉：close() 函式
    • 函式如下：
	int close(int fd);
    • 函式引數 fd：要關閉的檔案描述符，
    • 使用示例：
	close(ServerSock);
  • 資料的接收和發送
    • 資料收發函式有幾組：
	read()/write()
	recv()/send()
	readv()/writev()
	recvmsg()/sendmsg()
	recvfrom()/sendto()
    • 函式原型如下：
	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);
    • recv() 函式：
      • sockfd 引數：sockfd 為要接收資料的套接字，
      • buf 引數：buf 為要接收的資料的緩沖區地址，
      • len 引數：len 為要接收的資料的位元組數，
      • flags 引數：flags 為接收資料時的選項，常設為 0，
	ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    • send() 函式：
      • sockfd 引數：sockfd 為要發送資料的套接字，
      • buf 引數：buf 為要發送的資料的緩沖區地址，
      • len 引數：len 為要發送的資料的位元組數，
      • flags 引數：flags 為發送資料時的選項，常設為 0，
	ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
    • recvfrom() 函式：
      • sock：用于接收 UDP 資料的套接字；
      • buf：保存接收資料的緩沖區地址；
      • nbytes：可接收的最大位元組數（不能超過 buf 緩沖區的大小）；
      • flags：可選項引數，若沒有可傳遞 0；
      • from：存有發送端地址資訊的 sockaddr 結構體變數的地址；
      • addrlen：保存引數 from 的結構體變數長度的變數地址值，
	ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockadr *from, socklen_t *addrlen);
    • sendto() 函式：
      • sock：用于傳輸 UDP 資料的套接字；
      • buf：保存待傳輸資料的緩沖區地址；
      • nbytes：帶傳輸資料的長度（以位元組計）；
      • flags：可選項引數，若沒有可傳遞 0；
      • to：存有目標地址資訊的 sockaddr 結構體變數的地址；
      • addrlen：傳遞給引數 to 的地址值結構體變數的長度，
	ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
② windows 下的 socket API 介面
	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 編程流程圖
  • TCP 通信 socket 編程流程：

在這里插入圖片描述

  • UDP 通信 socket 編程流程：

在這里插入圖片描述

四、socket 的應用實體

① 基于 TCP 的本地客戶端、服務端資訊互動實體
  • 本例的例子實作的功能為：本地 TCP 客戶端往本地 TCP 服務端發送資料，TCP 服務端收到資料則會列印輸出，同時把原資料回傳給 TCP 客戶端，這個例子類似于在做單片機的串口實驗時，串口上位機往我們的單片機發送資料，單片機收到資料則把該資料原樣回傳給上位機，
  • windows 的程式：
    • 服務端程式 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);  
		
		/* 創建服務端socket */
		if (-1 == (ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 設定服務端資訊 */
	    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 給結構體ServerSockAddr清零
	    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
	    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 本機IP地址
	    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 埠
		
		/* 系結套接字 */
	    if (-1 == bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR)))
		{
			printf("bind error!\n");
			exit(1);
		}
			
		/* 進入監聽狀態 */
		if (-1 == listen(ServerSock, 10))
		{
			printf("listen error!\n");
			exit(1);
		}
		
		addr_size = sizeof(SOCKADDR);
	
		while (1)
		{
			/* 監聽客戶端請求，accept函式回傳一個新的套接字，發送和接收都是用這個套接字 */
			if (-1 == (ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &addr_size)))
			{
				printf("socket error!\n");
				exit(1);
			}
	
			/* 接受客戶端的回傳資料 */
			int recv_len = recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
			printf("客戶端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			/* 發送資料到客戶端 */
			send(ClientSock, Buf, recv_len, 0);
			
			/* 關閉客戶端套接字 */
			closesocket(ClientSock);
			
			/* 清慷訓沖區 */
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
		}
	
		/*如果有退出回圈的條件，這里還需要清除對socket庫的使用*/
		/* 關閉服務端套接字 */
		//closesocket(ServerSock);
	    /* WSACleanup();*/
	
		return 0;
}
    • 客戶端程式 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);  
		
		/* 向服務器發起請求 */
	    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)
		{
			/* 創建客戶端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("請輸入一個字串，發送給服務端：");
			gets(Buf);
			/* 發送資料到服務端 */
			send(ClientSock, Buf, strlen(Buf), 0);
			
			/* 接受服務端的回傳資料 */
			recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
			printf("服務端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置緩沖區
			closesocket(ClientSock);   // 關閉套接字
		}
		
		// WSACleanup();  /*如果有退出回圈的條件，這里還需要清除對socket庫的使用*/
		return 0;
	}
  • 上面的 IP 地址概念那一部分中，有強調 127.0.0.1 這個 IP 是一個特殊的 IP 地址，這是回送地址，即本地機，一般用來測驗使用，此外，埠設定為 1314，這是隨意設定的，只要范圍在 1024~65536 之間就可以，
  • 使用 gcc 編譯器編譯，編譯命令如下：
	gcc tcp_client.c -o tcp_client.exe -lwsock32
	gcc tcp_server.c -o tcp_server.exe -lwsock32
  • 這里必須要加 -lwsock32 這個引數用于鏈接 windows 下 socket 編程必須的 winsock2 這個庫，若是使用集成開發環境，則需要把 wsock32.lib 放在工程目錄下，并在代碼中 #include <winsock2.h> 下面加上一行 #pragma comment(lib, “ws2_32.lib”) 代碼，
  • 先啟動服務端程式 tcp_server，再啟動客戶端程式 tcp_client，并在客戶端中輸入字串，則當服務端會接收到字串時會列印輸出，與此同時也會往客戶端回傳相同的資料：
	// tcp_server
	客戶端發送過來的資料為：hello
	客戶端發送過來的資料為：5201314

	// tcp_client
	請輸入一個字串，發送給服務端：hello
	服務端發送過來的資料為：hello
	請輸入一個字串，發送給服務端：5201314
	服務端發送過來的資料為：5201314
	請輸入一個字串，發送給服務端：
  • Linux 程式
    • 在 linux 下，“一切都是檔案”，所以這里的套接字也當做檔案來看待，
    • 服務端程式 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; 
		
		/* 創建服務端檔案描述符 */
		if (-1 == (ServerFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 設定服務端資訊 */
		
	    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 給結構體ServerSockAddr清零
	    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
	    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);		// 自動獲取IP地址
	    ServerSockAddr.sin_port = htons(6666);  				// 埠
		
	
		// 設定地址和埠號可以重復使用  
	    if (setsockopt(ServerFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0)
		{
			printf("setsockopt error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 系結操作，系結前加上上面的socket屬性可重復使用地址 */
	    if (-1 == bind(ServerFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(struct sockaddr)))
		{
			printf("bind error!\n");
			exit(1);
		}
			
		/* 進入監聽狀態 */
		if (-1 == (listen(ServerFd, 10)))
		{
			printf("listen error!\n");
			exit(1);
		}
		
		addr_len = sizeof(struct sockaddr);
	
		while (1)
		{
			/* 監聽客戶端請求，accept函式回傳一個新的套接字，發送和接收都是用這個套接字 */
			if (-1 == (ClientFd = accept(ServerFd, (struct sockaddr*)&ClientAddr, &addr_len)))
			{
				printf("accept error!\n");
				exit(1);
			}
	
			/* 接受客戶端的回傳資料 */
			if ((recv_len = recv(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0)) < 0)
			{
				printf("recv error!\n");
				exit(1);
			}
			
			printf("客戶端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			/* 發送資料到客戶端 */
			send(ClientFd, Buf, recv_len, 0);
			
			/* 關閉客戶端套接字 */
			close(ClientFd);
			
			/* 清慷訓沖區 */
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
		}
		return 0;
	}
    • 客戶端程式 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;
		
		
		/* 向服務器發起請求 */
	    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)
		{
			/* 創建客戶端socket */
			if (-1 == (ClientFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
			{
				printf("socket error!\n");
				exit(1);
			}
			
			/* 連接 */
			if (-1 == connect(ClientFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr)))
			{
				printf("connect error!\n");
				exit(1);
			}
			
			printf("請輸入一個字串，發送給服務端：");
			gets(Buf);
			/* 發送資料到服務端 */
			send(ClientFd, Buf, strlen(Buf), 0);
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置緩沖區
			
			/* 接受服務端的回傳資料 */
			recv(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0);
			printf("服務端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置緩沖區
			close(ClientFd);   // 關閉套接字
		}
		return 0;
	}
    • Linux 下編譯就不需要添加 -lwsock32 引數：
	gcc linux_tcp_server.c -o linux_tcp_server
	gcc linux_tcp_client.c -o linux_tcp_client
    • 實驗現象：
	$ ./linux_tcp_server
	客戶端發送過來的資料為：hello
	客戶端發送過來的資料為：world

	$ ./linux_tcp_client
	請輸入一個字串，發送給服務端：hello
	服務端發送過來的資料為：hello
	請輸入一個字串，發送給服務端：world
	服務端發送過來的資料為：hello
	請輸入一個字串，發送給服務端：
    • 在除錯這份程式時，出現了系結錯誤：
	$ ./linux_tcp_client
	bind error!
    • 經上網查詢發現是埠重復使用，可以在呼叫 bind() 函式之前呼叫 setsockopt() 函式以解決埠重復使用的問題：

在這里插入圖片描述

② 基于 UDP 的本地客戶端、服務端資訊互動實體
  • windows 的程式
    • 服務端程式 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);  
		
		/* 創建服務端socket */
		if(-1 == (ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 設定服務端資訊 */
	    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 給結構體ServerSockAddr清零
	    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
	    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 	// 自動獲取IP地址
	    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 埠
		
		/* 系結套接字 */
		
	    if (-1 == (bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR))))
		{
			printf("bind error!\n");
			exit(1);
		}
			
		addr_size = sizeof(SOCKADDR);
	
		while (1)
		{
			/* 接受客戶端的回傳資料 */
			int str_len = recvfrom(ServerSock, Buf, BUF_LEN, 0, &ClientAddr, &addr_size);
			
			printf("客戶端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			/* 發送資料到客戶端 */
			sendto(ServerSock, Buf, str_len, 0, &ClientAddr, addr_size);
			
			/* 清慷訓沖區 */
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
		}
	
		/*如果有退出回圈的條件，這里還需要清除對socket庫的使用*/
		/* 關閉服務端套接字 */
		//closesocket(ServerSock);
	    /* WSACleanup();*/
	
		return 0;
	}
    • 客戶端程式 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);  
		
		/* 創建客戶端socket */
		if (-1 == (ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 向服務器發起請求 */
	    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("請輸入一個字串，發送給服務端：");
			gets(Buf);
			/* 發送資料到服務端 */
			sendto(ClientSock, Buf, strlen(Buf), 0, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr));
			
			/* 接受服務端的回傳資料 */
			recvfrom(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0, &ServerAddr, &ServerAddrLen);
			printf("服務端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置緩沖區
		}
		
		closesocket(ClientSock);   // 關閉套接字
		// WSACleanup();  /*如果有退出回圈的條件，這里還需要清除對socket庫的使用*/
		return 0;
	}
  • Linux 下的程式
    • 服務端程式 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; 
		
		/* 創建服務端socket */
		if ( -1 == (ServerFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 設定服務端資訊 */
	    memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); 	// 給結構體ServerSockAddr清零
	    ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;  					// 使用IPv4地址
	    ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 	// 自動獲取IP地址
	    ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);  				// 埠
		
		// 設定地址和埠號可以重復使用  
	    if (setsockopt(ServerFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0)
		{
			printf("setsockopt error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 系結操作，系結前加上上面的socket屬性可重復使用地址 */
	    if (-1 == bind(ServerFd, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr)))
		{
			printf("bind error!\n");
			exit(1);
		}
		
		addr_size = sizeof(ClientAddr);
	
		while (1)
		{
			/* 接受客戶端的回傳資料 */
			int str_len = recvfrom(ServerFd, Buf, BUF_LEN, 0, &ClientAddr, &addr_size);
			
			printf("客戶端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			/* 發送資料到客戶端 */
			sendto(ServerFd, Buf, str_len, 0, &ClientAddr, addr_size);
			
			/* 清慷訓沖區 */
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);  
		}
		
		close(ServerFd);
	
		return 0;
	}
    • 客戶端程式 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;
		
		/* 創建客戶端socket */
		if (-1 == (ClientFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)))
		{
			printf("socket error!\n");
			exit(1);
		}
		
		/* 向服務器發起請求 */
	    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("請輸入一個字串，發送給服務端：");
			gets(Buf);
			/* 發送資料到服務端 */
			sendto(ClientFd, Buf, strlen(Buf), 0, (struct sockaddr*)&ServerSockAddr, sizeof(ServerSockAddr));
			
			/* 接受服務端的回傳資料 */
			recvfrom(ClientFd, Buf, BUF_LEN, 0, &ServerAddr, &addr_size);
			printf("服務端發送過來的資料為：%s\n", Buf);
			
			memset(Buf, 0, BUF_LEN);   // 重置緩沖區
		}
		
		close(ClientFd);   // 關閉套接字
		
		return 0;
	}

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