基于TCP和UDP的客户端和服务器端

  • 一、 实验要求
  • 二、实验目的
  • 三、 实验环境
  • 四、 实验内容
  • 五、 实验原代码
  • 六、 实验结论
  • 七、 实验错误及改正
  • 八、 总结

一、 实验要求

（1）分别编写基于TCP和UDP的Windows和Linux程序客户端和服务器端；
（2）实现TCP客户端和服务器端之间的基本的数据收发；
（3）实现UDP客户端和服务器端之间的基本的数据收发；

二、实验目的

（1）掌握基于C语言的Socket编程相关函数和数据类型；
（2）掌握WIN32和Linux操作系统下的程序的基本编程方法，以及TCP、UDP编程的基本方法；
（3）熟练掌握UDP、TCP 客户端/服务器端模式的通信原理，及编程命令；

三、 实验环境

Windows 2007，DEV C++。

四、 实验内容

一个简单的客户机/服务器程序的实现。基本原理：
服务器端：
（1）调用socket函数创建套接字；
（2）调用bind函数绑定socket和端口号；
（3）调用listen函数监听连接请求；
（4）调用accept函数接收来自客户端的连接请求；
（5）调用send()、recv()函数和read()、write()函数进行数据的传输；
（6）调用close()函数关闭套接字；
客户端：
（1）调用socket()函数创建套接字；
（2）调用connect()函数连接指定服务器的端口；
（3）调用send()、recv()函数和read()、write()函数进行数据的传输；
（4）调用close()函数关闭套接字；

五、 实验原代码

（1）服务端代码

1.   #include<stdio.h>
2.  #include<stdlib.h>
3.  #include<string.h>
4.  #include<winsock2.h>
5.
6.  #define BUF_SIZE 1024
7.  void ErrorHandling(char *message);
8.
9.  int main(int argc,char *argv[])
10. {
11.     WSADATA wsaData;//定义数据类型
12.     SOCKET hServSock,hClntSock;
13.     char message[BUF_SIZE];//消息数组
14.     int strLen,i;
15.     SOCKADDR_IN servAdr,clntAdr;//指明地址信息
16.     int clntAdrSize;
17. //初始化个变量，以及定义结构体
18.     if(argc!=2)//输入两个值
19.     {
20.         printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
21.         exit(1);
22.     }
23.
24.     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0)
25. /*windows环境下的winsock初始化，成功返回0，失败返回非0的错误代码，
26. 第一个参数表示程序员需要用到的winsock版本 ,第二个表示WSADATA结构体变量的地址*/
27.        ErrorHandling("WSAStartup() error!");//代码出错
28.
29.     hServSock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);//调用socket函数创建套接字
30.     if(hServSock==INVALID_SOCKET)//socket创建的套接字为无效套接字
31.         ErrorHandling("socket() error");
32.
33.     memset(&servAdr,0,sizeof(servAdr));//初始化地址结构体信息
34.     servAdr.sin_family=AF_INET;//sin_family指代协议族，在socket编程中只能是AF_INET
35.     servAdr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//sin_addr存储IP地址，使用in_addr这个数据结构
36.     //htonl函数将一个32位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。
37.     servAdr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));//sin_port存储端口号（使用网络字节顺序）
38.     /*htons是将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序，
39.     就是整数在地址空间存储方式变为高位字节存放在内存的低地址处。
40.     atoi (表示 ascii to integer)是把字符串转换成整型数的一个函数*/
41.     if(bind(hServSock,(SOCKADDR*)&servAdr,sizeof(servAdr))==SOCKET_ERROR)
42.     /*绑定,即给创建好的套接字分配IP地址和端口号 */
43.         ErrorHandling("bind() error");
44.
45.     if(listen(hServSock,5)==SOCKET_ERROR)//监听,将套接字转换成可接收的连接状态,调用其客户端的连接
46.     /*listen函数进入等待连接请求状态，成功返回0，失败返回-1，
47.     hServSock表示进入等待的套接字文件描述符（监听套接字）,
48.     5：表示连接请求队列长度，表示最多有5个连接请求进入队列*/
49.         ErrorHandling("listen() error");
50.
51.     clntAdrSize=sizeof(clntAdr);//调用5次
52.
53.     for(i=0;i<5;i++)
54.     {
55.         hClntSock=accept(hServSock,(SOCKADDR*)&clntAdr,&clntAdrSize);
56.         /*调用其受理客户端连接请求，成功返回套接字句柄，失败返回INVALID_SOCKET
57.         hServSock：套接字文件描述符，
58.         (SOCKADDR*)&clntAdr：保存发起连接请求的客户端地址信息的变量地址，服务端的地址信息
59.         &clntAdrSize：结构体的长度，函数调用完后，该变量呗填入客户端地址长度*/
60.         if(hClntSock==-1)
61.            ErrorHandling("accept() error");
62.         else
63.             printf("Connected client %d \n",i+1);
64.
65.     while((strLen=recv(hClntSock,message,BUF_SIZE,0))!=0)
66.     /*接收数据，成功时返回套接字的字节数（收到EOF时为0），失败时返回SOCKET_ERROR。
67.     第一个参数表示数据接收对象连接的套接字句柄，2：表示保存数据的缓冲区地址；
68.     3：表示能够接收的最大字节序；第4个参数表示接收数据时用到的多种选项信息*/
69.         send(hClntSock,message,strLen,0);
70.     /*发送数据，成功时返回传输的字节数，失败时返回SOCKET_ERROR*/
71.     closesocket(hClntSock);
72.     }
73.     closesocket(hServSock);//关闭套接字
74.     WSACleanup();//int WSACleanup(void)成功时返回0，失败返回SOCK_ERROR。注销该库
75.     return 0;
76. }
77.
78. void ErrorHandling(char *message)
79. {
80.     fputs(message,stderr);
81.     fputc('\n',stderr);
82.     exit(1);
83. }
84.

（2）客户端

1.   #include<stdio.h>
2.  #include<stdlib.h>
3.  #include<string.h>
4.  #include<winsock2.h>
5.
6.  #define BUF_SIZE 1024
7.  void ErrorHandling(char *message);
8.
9.  int main(int argc,char *argv[])
10. {
11.     WSADATA wsaData;
12.     SOCKET hSocket;
13.     char message[BUF_SIZE];
14.     int strLen;
15.     SOCKADDR_IN servAdr;//初始化地址信息
16.
17.     if(argc!=3){
18.         printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
19.         exit(1);
20.     }
21.
22.     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0)
23.        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
24.
25.     hSocket=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);    //创建套接字 ,
26.
27.     if(hSocket==INVALID_SOCKET)
28.        ErrorHandling("scoket() error");
29.
30.     memset(&servAdr,0,sizeof(servAdr));//初始化地址结构体信息
31.     servAdr.sin_family=AF_INET;
32.     servAdr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
33.     servAdr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
34.
35.     if(connect(hSocket,(SOCKADDR*)&servAdr,sizeof(servAdr))==SOCKET_ERROR)
36.         ErrorHandling("connect() error!");
37.     else
38.        puts("Connected.......");
39.
40.     while(1)
41.     {
42.         fputs("Input message(Q to qiut): ",stdout);//从终端获取一个字符串
43.         fgets(message,BUF_SIZE,stdin);
44.         if(!strcmp(message,"q\n")|| !strcmp(message,"Q\n"))
45.            break;
46.
47.         send(hSocket,message,strlen(message),0);
48.         strLen=recv(hSocket,message,BUF_SIZE-1,0);
49.         message[strLen]=0;
50.         printf("Message from server: %s",message);
51.     }
52.     closesocket(hSocket);
53.     WSACleanup();
54.     return 0;
55.  }
56.
57. void ErrorHandling(char *message)
58. {
59.     fputs(message,stderr);
60.     fputc('\n',stderr);
61.     exit(1);
62. }

六、 实验结论

服务端代码编译运行结果截图：

第一段代码表示第一个客户连接到回声服务端，接收到服务并终止连接。
客户端代码编译运行结果截图：

回声服务器端/客户端以字符串为单位传输数据，服务端接收到信息后反馈给客户端。

七、 实验错误及改正

（一）错误一：实验环境
（1）错误一描述：在DEV C++环境下编译代码发现代码编译出错，通过检查发现代码并没有错误，compiler报错提示为：link环境出错，找不到套接字相关文件（以client_win.c文件为例）。

（2）错误分析：通过查阅相关资料以及与同学商量，发现是需要配置link环境，网络编程需要导入头文件winsock2.h，以及链接ws2_32.lib库，预实验我是按照上课老师演示的方法在visual C++6.0版本下更改链接库，编译成功并且通过，实验室是按照在DEV C++环境下编程，更改步骤为：tools——>Compiler Options——>General——>add(-lwsocke32)

（3）更改链接库后问题解决，编译通过。在Windows环境由于不同的软件，在开发网络编程时更改环境变量的位置与方法也不相同，Visual studio 2008版本添加链接库的步骤为：选择“配置属性”——>“输入”——>“附加依赖项”也可以通过快捷键AIT+F7打开属性页。通过配置链接库，我也明白到，套接字编程与C语言类似也有相应的链接库，不同的函数，要学会调用。

（二）错误二：编译通过，运行与题目不符合。
（1）错误二来源：代码出错，通过编译，运行结果显示套接字连接错误。

（2）错误分析：找到connect error的原因以及相关代码，通过分析，发现是如下语句会提示错误：

  1. if(connect(hSocket,(SOCKADDR*)&servAdr,sizeof(servAdr))==SOCKET_ERROR)
  2.      ErrorHandling("connect() error!");

通过分析，connect（）函数中的hSocket套接字没有赋值。
（3）错误改正与总结：
在main（）函数下为hsocket赋值，语句如下：

  1. hSocket=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); //创建套接字
    添加该语句后编译通过。

八、 总结

根据数据传输方式的不同，基于网络协议的套接字一般分成TCP套接字和UDP套接字。
TCP套接字是面向连接的，又称为基于流Stream的套接字，TCP，TCP/IP协议栈分成4层架构。不同于OSI 7层架构：物理层–>数据链路层–>网络层–>传输层–>会话层–>表示层–>应用层。实验实习的是TCP实现基于TCP的服务器端和客户端：

  1. 链路层：是物理链接领域标准化的结果，也是最基本的领域，
    专门定义LAN，WAN，MAN等网络标准。
  2. IP层：复杂网络中，负责路径的选择。IP本身是面向消息的，不可靠的协议。
  3. TCP/UDP层：已IP层提供的路劲信息为基础完成实际的数据传输，
    因此也称为传输层。TCP比UDP复杂，TCP可以保证可靠的数据传输。
  4. 应用层：根据程序特点决定服务器端和客户端之间数据传输规则。

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