网络编程：基于TCP/UDP实现客户端和服务端通信（C语言实现简单易懂）

wx：嵌入式工程师成长日记

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TCP是一个面向连接的，安全的，流式传输协议，这个协议是一个传输层协议。

①面向连接：是一个双向连接，通过三次握手完成，断开连接需要通过四次挥手完成。

②安全：TCP通信过程中，会对发送的每一数据包都会进行校验, 如果发现数据丢失, 会自动重传。

③流式传输：发送端和接收端处理数据的速度，数据的量都可以不一致。

（一）TCP三次握手&四次挥手

三次握手具体过程如下：

第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文，并指明客户端的初始化序列号 ISN。此时客户端处于SYN_SENT 状态。首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x，SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。

第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文之后，会以自己的 SYN 报文作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号ISN(s)。同时会把客户端的 ISN + 1 作为ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN，此时服务器处于 SYN_RCVD 的状态。在确认报文段中SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y。

第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后，也处于 ESTABLISHED 状态，此时，双方已建立起了连接。确认报文段ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。

四次挥手具体过程如下：

第一次挥手：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于FIN_WAIT1状态。即发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN_WAIT1（终止等待1）状态，等待服务端的确认。

第二次挥手：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK 报文，且把客户端的序列号值 +1 作为 ACK 报文的序列号值，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。即服务端收到连接释放报文段后即发出确认报文段（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），服务端进入CLOSE_WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后，进入FIN_WAIT2（终止等待2）状态，等待服务端发出的连接释放报文段。

第三次挥手：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。即服务端没有要向客户端发出的数据，服务端发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），服务端进入LAST_ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

第四次挥手：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态，服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。

（二）C语言实现TCP通信

服务端：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <arpa/inet.h>
int main(){    // 1. 创建监听的套接字    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if(lfd == -1)    {        perror("socket");        exit(0);    }
    // 2. 将socket()返回值和本地的IP端口绑定到一起    struct sockaddr_in addr;    addr.sin_family = AF_INET;    addr.sin_port = htons(10000);   // 大端端口    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));    if(ret == -1)    {        perror("bind");        exit(0);    }
    // 3. 设置监听    ret = listen(lfd, 128);    if(ret == -1)    {        perror("listen");        exit(0);    }
    // 4. 阻塞等待并接受客户端连接    struct sockaddr_in cliaddr;    int clilen = sizeof(cliaddr);    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen);    if(cfd == -1)    {        perror("accept");        exit(0);    }    // 5. 和客户端通信    while(1)    {        // 接收数据        char buf[1024];        memset(buf, 0, sizeof(buf));        int len = read(cfd, buf, sizeof(buf));        if(len > 0)        {            printf("客户端: %s\n", buf);            write(cfd, buf, len);        }        else if(len  == 0)        {            printf("客户端断开了连接...\n");            break;        }        else        {            perror("read");            break;        }    }
    close(cfd);    close(lfd);
    return 0;}

客户端：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <arpa/inet.h>
int main(){    // 1. 创建通信的套接字    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    if(fd == -1)    {        perror("socket");        exit(0);    }
    // 2. 连接服务器    struct sockaddr_in addr;    addr.sin_family = AF_INET;    addr.sin_port = htons(10000);   // 大端端口    inet_pton(AF_INET, "192.168.2.3", &addr.sin_addr.s_addr);
    int ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));    if(ret == -1)    {        perror("connect");        exit(0);    }
    // 3. 和服务器端通信    int number = 0;    while(1)    {        // 发送数据        char buf[1024];        sprintf(buf, "hello,server...%d\n", number++);        write(fd, buf, strlen(buf)+1);
        // 接收数据        memset(buf, 0, sizeof(buf));        int len = read(fd, buf, sizeof(buf));        if(len > 0)        {            printf("服务器: %s\n", buf);        }        else if(len  == 0)        {            printf("服务器断开了连接...\n");            break;        }        else        {            perror("read");            break;        }        sleep(1);      }    close(fd);    return 0;}

UDP是一个面向无连接的，不安全的，报式传输层协议，udp的通信过程默认也是阻塞的。

①UDP通信不需要建立连接，因此不需要进行connect()操作

②UDP通信过程中，每次都需要指定数据接收端的IP和端口，和发快递差不多

③UDP不对收到的数据进行排序，在UDP报文的首部中并没有关于数据顺序的信息

UDP对接收到的数据报不回复确认信息，发送端不知道数据是否被正确接收，也不会重发数据。如果发生了数据丢失，不存在丢一半的情况，如果丢当前这个数据包就全部丢失了.

（一）C语言实现UDP通信

服务端：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <arpa/inet.h>
int main(){    // 1. 创建通信的套接字    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);    if(fd == -1)    {        perror("socket");        exit(0);    }
    // 2. 通信的套接字和本地的IP与端口绑定    struct sockaddr_in addr;    addr.sin_family = AF_INET;    addr.sin_port = htons(9999);    // 大端    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;     int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));    if(ret == -1)    {        perror("bind");        exit(0);    }
    char buf[1024];    char ipbuf[64];    struct sockaddr_in cliaddr;    int len = sizeof(cliaddr);    // 3. 通信    while(1)    {        // 接收数据        memset(buf, 0, sizeof(buf));        int rlen = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);        printf("客户端的IP地址: %s, 端口: %d\n",               inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),               ntohs(cliaddr.sin_port));        printf("客户端: %s\n", buf);
        // 数据回复给了发送数据的客户端        sendto(fd, buf, rlen, 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));    }
    close(fd);
    return 0;}

客户端：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <arpa/inet.h>
int main(){    // 1. 创建通信的套接字    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);    if(fd == -1)    {        perror("socket");        exit(0);    }
    // 初始化服务器地址信息    struct sockaddr_in seraddr;    seraddr.sin_family = AF_INET;    seraddr.sin_port = htons(9999);    // 大端    inet_pton(AF_INET, "192.168.2.3", &seraddr.sin_addr.s_addr);
    char buf[1024];    char ipbuf[64];    struct sockaddr_in cliaddr;    int len = sizeof(cliaddr);    int num = 0;    // 2. 通信    while(1)    {        sprintf(buf, "hello, udp %d....\n", num++);        // 发送数据, 数据发送给了服务器        sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr));
        // 接收数据        memset(buf, 0, sizeof(buf));        recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);        printf("服务器: %s\n", buf);        sleep(1);    }
    close(fd);    return 0;}