Linux网络通信TCP/IP

一、网络通信

网络是通过物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的，通过信息交换实现人与人、人与计算机、计算机与计算机之间的通信。

1. 网络通信要遵守网络协议，局域网中最常用的有三个网络协议：MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和TCP/IP协议。

a> NetBEUI - 网络基本输入输出系统扩展用户接口。NETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。

b> IPX/SPX - 互连网包交换/顺序包交换。IPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组，具有完全的路由能力，但是可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。

c> TCP/IP允许与Internet完全的连接，这是其它协议不具备的。同时具备了可扩展性和可靠性的需求，但是不牺牲了速度和效率。

二、TCP/IP协议

1. 参考模型

国际标准化组织(ISO)定义了网络协议的基本框架，被称为OSI模型。OSI模型包括应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层及物理层。这个7层的协议模型虽然规定得非常细致和完善，但在实际中却得不到广泛的应用，其重要的原因之一就在于它过于复杂，但它仍是此后很多协议模型的基础。与此相区别的TCP/IP协议模型将OSI的7层协议模型简化为4层，从而更有利于实现和使用。TCP/IP协议模型包括应用层、传输层、网络层、网络接口层。

2. TCP/IP协议的4层协议

TCP/IP协议是网络中使用的基本通信协议。

网络接口层：网络接口层是TCP/IP的最底层，负责将二进制流转换成数据帧，并进行数据帧的发送和接收。数据帧是网络传输的基本单元。
网络层：网络层负责在主机之间的通信中选择数据包的传输路径，即 路由。当网络收到传输层的请求后，使用路由算法来确定是直接交付数据包，还是把它传递给路由器，最后把数据包交给适当的网络接口进行传输。
传输层：负责实现应用程序之间的通信服务，又称为端到端通信，传输层要提供可靠的传输服务，以确保数据到达无差错、无乱序。为了达到这个目的，传输层协议软件要进行协商。传输层协议软件要把传输的数据流分为分组。
应用层：应用层是分层模型的最高层。应用程序使用相应的应用层协议，把封装好的数据交给传输层或是传输层接收数据并处理。

3. 分层模型图

4. TCP与UDP的概念

TCP（传输控制协议）：为应用程序提供可靠的通信连接，适合一次传输大批数据的情况，并适应要求得到相应的应用程序。

UDP（用户数据包协议）：提供无连接通信，且不对传送包进行可靠的保证，适合一次传输少量数据。

三、TCP协议

TCP是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议，提供全双工和可靠交付的服务，采用许多机制来确保数据的可靠性。

首先，TCP为发送的数据加上序列号，来保证数据能被接收方接收，且只能被正确接收一次。其次，TCP采用具有重传功能的确认技术作为可靠数据流传输服务的基础。由于发送方接收到数据之后会返回一个ACK信号，所以发送方检测ACK信号来判断是否接收成功。如果接收失败，就会重新发送刚才的数据。最后，TCP采用可变长的滑动窗口协议进行流量控制，防止发送方与接收方数据不匹配造成数据丢失。采用可变长的滑动窗口，可以对接收/发送的数据进行动态调节，灵活性更强。

四、UDP协议

UDP也是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议，是一种无连接协议，因此不需要三次握手来建立连接。UDP协议比TCP协议更为高效，解决了实时性的问题。

（1）TCP服务器

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1. <span style="font-size:14px;">#include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <arpa/inet.h>  
5. #include <sys/types.h>  
6. #include <sys/socket.h>  
7.   
8. #define MAX_SIZE 512   
9. #define PORT 3332 //端口号  
10.   
11. int main()  
12. {  
13.     int sockfd;  
14.     int sock_fd;  
15.     int recvnum;  
16.     int addrlen = sizeof(struct sockaddr);  
17.   
18.     struct sockaddr_in my_addr;  
19.     struct sockaddr addr;  
20.   
21.     char buf[MAX_SIZE];  
22.   
23.    // 填充服务器端的资料，用于套接字绑定  
24.     bzero(&my_addr,sizeof(struct sockaddr_in));  
25.   
26.     my_addr.sin_family = AF_INET; //设置为IPV4  
27.     my_addr.sin_port = htons(PORT); //将端口号主机序转换为网络序  
28.     my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.132"); //IP设置为192.168.1.132  
29.   
30.     //创建套接字，TCP／IPV4  
31.     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
32.     if(sockfd < 0)  
33.     {  
34.         printf("create socket error!\n");  
35.         exit(1);  
36.     }  
37.   
38.     //绑定套接字  
39.     if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,addrlen) < 0)  
40.     {  
41.         printf("bind error\n!");  
42.         exit(1);  
43.     }  
44.   
45.     //监听端口和IP，允许客户端最大数目为3  
46.     if(listen(sockfd,3) < 0)  
47.     {  
48.         printf("listen error!\n");  
49.         exit(1);  
50.     }  
51.       
52.     //建立服务器和客户端连接  
53.     sock_fd = accept(sockfd,&addr,&addrlen);//建立连接后产生新的套接字描述符  
54.       
55.     if(sock_fd < 0)  
56.     {  
57.         printf("accept error!\n");  
58.         exit(1);  
59.     }  
60.   
61.     //接收数据  
62.     if((recvnum = recv(sock_fd,(void *)buf,MAX_SIZE,0)) < 0)  
63.     {  
64.         printf("recv error!\n");  
65.         exit(1);  
66.     }  
67.       
68.     buf[recvnum]='\0';  
69.     printf("recv from client: %s\n",buf);  
70.   
71.     memset(buf,0,MAX_SIZE);  
72.           
73.     //关闭连接  
74.     close(sock_fd);  
75.     close(sockfd);  
76.   
77.     return 0;  
78. }  
79. span>  

（2）TCP客户端

[html] view plain copy 

1. <span style="font-size:14px;">#include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <sys/socket.h>  
5. #include <sys/types.h>  
6. #include <arpa/inet.h>  
7.   
8. #define MAX_SIZE 512  
9. #define PORT 3332 //端口号  
10.   
11. int main()  
12. {  
13.     int sockfd;  
14.     int addrlen = sizeof(struct sockaddr);  
15.   
16.     char buf[MAX_SIZE];  
17.   
18.     struct sockaddr_in serv_addr;  
19.   
20.     //填充服务器端资料  
21.     bzero(&serv_addr,sizeof(struct sockaddr_in));  
22.   
23.     serv_addr.sin_family = AF_INET;  
24.     serv_addr.sin_port = ntohs(PORT);  
25.     serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.132");  
26.       
27.     //创建套接字，IPV4／TCP  
28.     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
29.     if(sockfd < 0)  
30.     {  
31.         printf("create socket error!\n");  
32.         exit(1);  
33.     }  
34.           
35.     //连接服务器  
36.     if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,addrlen) < 0)  
37.     {  
38.         printf("connect error !\n");  
39.         exit(1);  
40.     }  
41.   
42.     memset(buf,0,MAX_SIZE);  
43.     printf("enter some text:");  
44.     scanf("%s",buf);  
45.   
46.     //发送数据到服务器  
47.     if(send(sockfd,(void *)buf,MAX_SIZE,0) < 0)  
48.     {  
49.         printf("send error!\n");  
50.         exit(1);  
51.     }  
52.       
53.     //关闭连接  
54.     close(sockfd);  
55.   
56.     return 0;  
57. }  
58. span>  

（1）UDP服务器

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1. <span style="font-size:14px;">#include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <errno.h>  
5. #include <sys/types.h>  
6. #include <sys/socket.h>  
7. #include <arpa/inet.h>  
8.   
9. #define PORT 3212  
10. #define MAX_SIZE 512  
11.   
12. int main()  
13. {  
14.     int sockfd;  
15.     int len = sizeof(struct sockaddr);  
16.   
17.     char buf[MAX_SIZE];  
18.     char buffer[MAX_SIZE];  
19.   
20.     struct sockaddr_in serv_addr;  
21.       
22.     //创建套接字，IPV4／UDP  
23.     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);  
24.     if(sockfd < 0)  
25.     {  
26.         printf("create socket error!\n");  
27.         exit(1);  
28.     }  
29.   
30.     //填充服务器信息  
31.     bzero(&serv_addr,sizeof(struct sockaddr_in));  
32.     serv_addr.sin_family = AF_INET;  
33.     serv_addr.sin_port = htons(PORT);  
34.     serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.132");  
35.   
36.     //绑定套接字  
37.     if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr)) < 0)  
38.     {  
39.         printf("bind error!\n");  
40.         exit(1);  
41.     }  
42.   
43.     //循环接收网络上发送来的数据并回复消息  
44.     while(1)  
45.     {  
46.         //接收数据  
47.         if(recvfrom(sockfd,buf,MAX_SIZE,0,(struct sockaddr*)&serv_addr,&len) < 0)  
48.         {  
49.             printf("recv error!\n");  
50.             exit(1);  
51.         }  
52.         printf("recv is: %s\n ",buf);  
53.               
54.       
55.         printf("write some text:");  
56.         scanf("%s",buffer);  
57.           
58.         //发送数据  
59.         if(sendto(sockfd,buffer,MAX_SIZE,0,(struct sockaddr*)&serv_addr,len) < 0)  
60.         {  
61.             printf("send error!\n");  
62.             fprintf(stderr,"send error:%s\n",strerror(errno));  
63.             exit(1);  
64.         }    
65.     }  
66.   
67.     //关闭socket  
68.     close(sockfd);  
69.   
70.   
71.     return 0;  
72. }  
73. span>  

（2）UDP客户端

[html] view plain copy 

1. <span style="font-size:14px;">#include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <errno.h>  
5. #include <sys/types.h>  
6. #include <sys/socket.h>  
7. #include <arpa/inet.h>  
8.   
9. #define PORT 3212  
10. #define MAX_SIZE 512  
11.   
12. int main()  
13. {  
14.     int sockfd;  
15.     int fromlen = sizeof(struct sockaddr);  
16.   
17.     char buf[MAX_SIZE];  
18.     char buffer[MAX_SIZE];  
19.   
20.     struct sockaddr_in serv_addr;  
21.   
22.     //填充服务器信息  
23.     bzero(&serv_addr,sizeof(struct sockaddr_in));  
24.     serv_addr.sin_family = AF_INET;  
25.     serv_addr.sin_port = htons(PORT);  
26.     serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.132");  
27.   
28.     //创建套接字  
29.     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);  
30.     if(sockfd < 0)  
31.     {  
32.         printf("create socket error!\n");  
33.         exit(1);  
34.     }  
35.   
36.     //循环发送数据到服务器及接收服务器的回复信息  
37.     while(1)  
38.     {  
39.         printf("enter some text:");  
40.         scanf("%s",buf);  
41.   
42.         //发送数据  
43.         if(sendto(sockfd,buf,MAX_SIZE,0,(const struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr)) < 0)  
44.         {  
45.             printf("send error!\n");  
46.             fprintf(stderr,"send error:%s\n",strerror(errno));  
47.             exit(1);  
48.   
49.         }  
50.   
51.         //接收数据  
52.        if(recvfrom(sockfd,buffer,MAX_SIZE,0,(struct sockaddr*)&serv_addr,&fromlen) < 0)  
53.         {  
54.             printf("recv error!\n");  
55.             exit(1);  
56.         }  
57.         printf("recv is %s\n",buffer);  
58.     }  
59.   
60.     //关闭socket  
61.     close(sockfd);  
62.   
63.     return 0;  
64. }  
65. span>