C语言实现基于TCP和UDP的WinSock套接字编程（WinSock相关函数分析） |
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C语言实现基于TCP和UDP的WinSock套接字编程（WinSock相关函数分析）
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C语言实现基于TCP和UDP的WinSock套接字编程（WinSock相关函数分析）
一. TCP协议和UDP协议的简介和区别1. TCP协议2. UDP协议3. 二者的区别
二. WinSock套接字简介三. 基于TCP协议实现1. 实现流程2. WinSock函数分析3. 服务器端代码（TCP）4. 客户端代码（TCP）
四. 基于UDP协议实现1. 实现流程2. WinSock函数分析3. 服务器端代码（UDP）4. 客户端代码（UDP）
五、运行结果和相关问题分析1. 基于TCP运行结果2. 基于UDP运行结果3. 相关分析
个人博客：coonaa.cn 【本文博客同步地址】 一. TCP协议和UDP协议的简介和区别 1. TCP协议传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它的主要特点： （1）基于流的方式； （2）面向连接； （3）可靠通信方式； （4）在网络状况不佳的时候尽量降低系统由于重传带来的带宽开销； （5）通信连接维护是面向通信的两个端点的，而不考虑中间网段和节点。 此外，TCP协议创建连接和终止连接分别通过“三次握手”和“四次挥手”实现。 2. UDP协议用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）是一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据包的传输层通信协议。它不提供数据包分组、组装、对数据包进行排序、报文到达确认、流量控制等功能。 它的最主要特点：传输数据之前发送端和接收端不建立连接。 3. 二者的区别 TCPUDP基于连接基于无连接程序结构复杂程序结构简单字节流模式数据报文模式安全可靠可能丢包等 二. WinSock套接字简介套接字（socket）是一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。网络套接字是IP地址与端口的组合。 WinSock是Windows操作系统下套接字编程的规范，该规范是Windows下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口。 更多关于Windows Sockets 2的详细介绍和使用说明，可以参照微软的官方文档： https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/winsock/windows-sockets-start-page-2 三. 基于TCP协议实现 1. 实现流程
（1）WSAStartup() 初始化WinSock int WSAStartup( WORD wVersionRequired, LPWSADATA lpWSAData );参量 wVersionRequired：标识所调用WinSock的版本号，使用MAKEWORD函数来生成。 lpWSAData：指向WSADATA数据结构的指针，该数据结构将接收Windows套接字实现的详细信息。 返回值 如果成功，则WSAStartup函数将返回零；否则，返回错误代码（不需要调用WSAGetLastError函数并且不应该调用它来获取错误代码。） （2）socket() 创建套接字 SOCKET WSAAPI socket( int af, int type, int protocol );参量 af：地址族规范。AF_INET是IPv4的Internet地址族格式。 type：套接字类型规范。SOCK_STREAM类型可将传输控制协议（TCP）用于Internet地址系列。 SOCK_DGRAM类型可将用户数据报协议（UDP）用于Internet地址系列。 protocol：使用的协议。IPPROTO_TCP表示传输控制协议（TCP）。 IPPROTO_UDP表示用户数据报协议（UDP）。 注意：protocol参数的可能选项决定于指定的地址系列和套接字类型。 返回值 如果成功，则socket函数返回新套接字的描述符；否则，返回INVALID_SOCKET的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （3）bind() 绑定 int bind( SOCKET s, const sockaddr *addr, int namelen );参量 s：标识未绑定套接字的描述符。 addr：指向要分配给绑定套接字的本地地址的sockaddr结构的指针。 namelen：name参数所指向的值的长度（以字节为单位）。 返回值 如果成功，则 bind函数返回零；否则，返回SOCKET_ERROR，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （4）listen() 监听 int WSAAPI listen( SOCKET s, int backlog );参量 s：标识绑定的未连接套接字的描述符。 backlog：挂起的连接队列的最大长度。 返回值 如果成功，则listen函数返回零；否则，返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （5）connect() 发起连接请求 int WSAAPI connect( SOCKET s, const sockaddr *name, int namelen );参量 s：标识未连接套接字的描述符。 name：指向应建立连接的sockaddr结构的指针 。 namelen：name参数所指向的sockaddr结构的长度（以字节为单位）。 返回值 如果成功，则connect函数返回零；否则，返回SOCKET_ERROR，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （6）accept() 接收连接请求 SOCKET WSAAPI accept( SOCKET s, sockaddr *addr, int *addrlen );参量 s：一个描述符，用于标识已使用侦听功能置于侦听状态的套接字 。实际上，连接是通过accept返回的套接字建立的 。 addr：通信层已知的指向接收连接实体地址的缓冲区的可选指针。addr参数的确切格式由创建sockaddr结构的套接字时建立的地址族确定 。 addrlen：指向整数的可选指针，该整数包含addr参数指向的结构的长度。 返回值 如果成功， 则accept函数将返回SOCKET类型的值，该值是新套接字的描述符（实际建立连接的套接字的句柄）；否则，将返回INVALID_SOCKET的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （addrlen引用的整数最初包含addr指向的空间量。返回时，它将包含返回地址的实际长度（以字节为单位））。 （7）send() 发送数据 int WSAAPI send( SOCKET s, const char *buf, int len, int flags );参量 s：标识已连接套接字的描述符。 buf：指向包含要传输的数据的缓冲区的指针。 len：buf参数指向的缓冲区中数据的长度（以字节为单位）。 flags：一组标志，指定进行呼叫的方式。通过将按位或运算符与以下任何值一起使用来构造此参数。 返回值 如果成功，则send函数返回已发送的字节总数， 该总数可以小于len参数中请求发送的字节数；否则，返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （8）recv() 接收数据 int recv( SOCKET s, char *buf, int len, int flags );参量 s：标识已连接套接字的描述符。 buf：指向缓冲区以接收传入数据的指针。 len：buf参数指向的缓冲区的长度（以字节为单位）。 flags：一组影响此功能行为的标志。 返回值 如果成功，则recv函数返回接收到的字节数，并且buf参数指向的缓冲区将包含接收到的该数据；如果已正常关闭连接，则返回值为零；否则，将返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （9）closesocket() 关闭套接字 int closesocket( IN SOCKET s );参量 s：标识要关闭的套接字的描述符。 返回值 如果成功，则closesocket返回零；否则，将返回SOCKET_ERROR的值，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误代码 。 （10）WSACleanup() 关闭WinSock int WSACleanup();参量 无参量 返回值 如果操作成功，则返回值为零；否则，将返回值SOCKET_ERROR，并且可以通过调用WSAGetLastError函数来检索特定的错误号 。 在多线程环境中， WSACleanup终止所有线程的Windows套接字操作。 3. 服务器端代码（TCP） #define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS #define _CRT_SECURE_NO_WARNNINGS #include #include #include #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") #define SERVER_IP_ADDR "172.25.41.53" //服务器IP地址 #define SERVER_PORT 2450 //服务器端口号 #define BUF_SIZE 1024 #define BACKLOG 10 int main(int argc, char* argv[]) { int rval, Length = 0; char sendbuf[BUF_SIZE]; char revbuf[BUF_SIZE]; WORD wVersionrequested; WSADATA wsaData; SOCKET ServerSock, MessageSock; struct sockaddr_in ServerAddr, ClientAddr; printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); /* 加载Winsock */ wVersionrequested = MAKEWORD(2, 2); if (WSAStartup(wVersionrequested, &wsaData) != 0) { printf("Failed to load Winsock!\n"); system("pause"); return -1; } printf("Succeed to load Winsock!\n"); /* 创建套接字 */ ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); if (ServerSock == INVALID_SOCKET) { printf("Failed to create socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to create socket!\n"); /* 配置服务器IP、端口信息 */ memset(&ServerAddr, 0, sizeof(struct sockaddr)); //每一个字节都用0来填充 ServerAddr.sin_family = AF_INET; ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR); /* 绑定 */ rval = bind(ServerSock, (SOCKADDR*)& ServerAddr, sizeof(struct sockaddr)); if (rval == SOCKET_ERROR) { printf("Failed to bind stream socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to bind stream socket!\n"); /* 启动监听 */ rval = listen(ServerSock, BACKLOG); if (rval == SOCKET_ERROR) { printf("Failed to listen socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Listening the socket ... ...\n"); /* 接受客户端请求建立连接 */ Length = sizeof(struct sockaddr); MessageSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)& ClientAddr, &Length); if (MessageSock == INVALID_SOCKET) { printf("Failed to accept connection from client!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to accept connection from client!\n"); printf("\nNow you can have a task!\n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n\n"); /* 发送响应消息到客户端 */ rval = send(MessageSock, "Hello! This is server.", 22, 0); if (rval Hello! This is server.\n"); while (TRUE) { /* 接收客户端数据 */ memset(revbuf, 0, BUF_SIZE); //每一个字节都用0来填充 rval = recv(MessageSock, revbuf, BUF_SIZE, 0); revbuf[rval] = 0x00; if (rval 0) printf("-->[%s:%d] %s\n", inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr), ntohs(ClientAddr.sin_port), revbuf); //输出服务器IP地址、端口号、数据内容 /* 输入要发送的数据 */ memset(sendbuf, 0, BUF_SIZE); //每一个字节都用0来填充 printf("--> "); gets_s(sendbuf); //使用gets_s()能够获取空格 /* 发送数据到客户端 */ rval = send(MessageSock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0); if (rval int rval = 0; char sendbuf[BUF_SIZE]; char revbuf[BUF_SIZE]; WORD wVersionrequested; WSADATA wsaData; SOCKET ClientSock; struct sockaddr_in ServerAddr; printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); /* 加载Winsock */ wVersionrequested = MAKEWORD(2, 2); if (WSAStartup(wVersionrequested, &wsaData) != 0) { printf("Failed to load Winsock!\n"); system("pause"); return -1; } printf("Succeed to load Winsock!\n"); /* 创建套接字 */ ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); if (ClientSock == INVALID_SOCKET) { printf("Failed to create socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to create socket!\n"); /* 配置服务器IP、端口信息 */ memset(&ServerAddr, 0, sizeof(struct sockaddr)); //每一个字节都用0来填充 ServerAddr.sin_family = AF_INET; ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR); /* 向服务器发起请求建立连接 */ rval = connect(ClientSock, (SOCKADDR*)& ServerAddr, sizeof(struct sockaddr)); if (rval == SOCKET_ERROR) { printf("Failed to create connection with server!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to create connection with server!\n"); printf("\nNow you can have a task!\n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n\n"); while (TRUE) { /* 接收服务器数据 */ memset(revbuf, 0, BUF_SIZE); //每一个字节都用0来填充 rval = recv(ClientSock, revbuf, BUF_SIZE, 0); revbuf[rval] = 0x00; if (rval 0) printf("-->[%s:%d] %s\n", inet_ntoa(ServerAddr.sin_addr), ntohs(ServerAddr.sin_port), revbuf); //输出服务器IP地址、端口号、数据内容 /* 输入要发送的数据 */ memset(sendbuf, 0, BUF_SIZE); printf("--> "); gets_s(sendbuf); //使用gets_s()能够获取空格 /* 发送数据到服务器 */ rval = send(ClientSock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0); if (rval int rval, Length = 0; char sendbuf[BUF_SIZE]; char revbuf[BUF_SIZE]; WORD wVersionrequested; WSADATA wsaData; SOCKET ServerSock; struct sockaddr_in ServerAddr, ClientAddr; printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); /* 加载Winsock */ wVersionrequested = MAKEWORD(2, 2); if (WSAStartup(wVersionrequested, &wsaData) != 0) { printf("Failed to load Winsock!\n"); system("pause"); return -1; } printf("Succeed to load Winsock!\n"); /* 创建套接字 */ ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (ServerSock == INVALID_SOCKET) { printf("Failed to create socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to create socket!\n"); /* 配置服务器IP、端口信息 */ memset(&ServerAddr, 0, sizeof(struct sockaddr)); //每一个字节都用0来填充 ServerAddr.sin_family = AF_INET; ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR); /* 绑定 */ rval = bind(ServerSock, (SOCKADDR*)& ServerAddr, sizeof(struct sockaddr)); if (rval == SOCKET_ERROR) { printf("Failed to bind stream socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to bind stream socket!\n"); printf("\nNow you can have a task!\n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); printf("Waiting for data from client ... ... \n\n"); while (TRUE) { Length = sizeof(struct sockaddr); /* 接收客户端数据 */ memset(revbuf, 0, BUF_SIZE); //每一个字节都用0来填充 rval = recvfrom(ServerSock, revbuf, BUF_SIZE, 0, (SOCKADDR*)& ClientAddr, &Length); revbuf[rval] = 0x00; if (rval 0) printf("-->[%s:%d] %s\n", inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr), ntohs(ClientAddr.sin_port), revbuf); //输出服务器IP地址、端口号、数据内容 /* 输入要发送的数据 */ memset(sendbuf, 0, BUF_SIZE); //每一个字节都用0来填充 printf("--> "); gets_s(sendbuf); //使用gets_s()能够获取空格 /* 发送数据到客户端 */ rval = sendto(ServerSock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (SOCKADDR*)& ClientAddr, Length); if (rval int rval, Length = 0; char sendbuf[BUF_SIZE]; char revbuf[BUF_SIZE]; WORD wVersionrequested; WSADATA wsaData; SOCKET ClientSock; struct sockaddr_in ServerAddr; printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); /* 加载Winsock */ wVersionrequested = MAKEWORD(2, 2); if (WSAStartup(wVersionrequested, &wsaData) != 0) { printf("Failed to load Winsock!\n"); system("pause"); return -1; } printf("Succeed to load Winsock!\n"); /* 创建套接字 */ ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (ClientSock == INVALID_SOCKET) { printf("Failed to create socket!\n"); system("pause"); exit(1); } printf("Succeed to create socket!\n"); /* 配置服务器IP、端口信息 */ memset(&ServerAddr, 0, sizeof(struct sockaddr)); //每一个字节都用0来填充 ServerAddr.sin_family = AF_INET; ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP_ADDR); printf("\nNow you can have a task!\n"); printf("* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * \n"); printf("You can send data to server now: \n\n"); while (TRUE) { Length = sizeof(struct sockaddr); /* 输入要发送的数据 */ memset(sendbuf, 0, BUF_SIZE); printf("--> "); gets_s(sendbuf); //使用gets_s()能够获取空格 /* 发送数据到服务器 */ rval = sendto(ClientSock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (SOCKADDR*)& ServerAddr, Length); if (rval [%s:%d] %s\n", inet_ntoa(ServerAddr.sin_addr), ntohs(ServerAddr.sin_port), revbuf); //输出服务器IP地址、端口号、数据内容 } closesocket(ClientSock); //关闭套接字 WSACleanup; //停止Winsock system("pause"); return 0; } 五、运行结果和相关问题分析 1. 基于TCP运行结果服务器端： 客户端： 服务器端： 客户端： （1）基于TCP时，必须先运行服务器端程序。因为必须首先建立客户端与服务器间的连接之后才能互相收发数据。服务器端没有先前运行，无法监听到客户端发起的连接请求，从而无法响应客户端的连接请求，导致建立连接失败。 （2）基于UDP时，如果先运行客户端程序会出现如图所示的现象：客户端程序能够正常运行，并且能够等待用户输入、发送数据给服务器端，但由于服务器端尚未运行，无法接收到来自服务器端的数据。原因是基于UDP的WinSock不用建立客户端与服务器间的连接就能互相收发数据。客户端和服务器端之间直接通过IP和Port来向目标的IP和Port发送数据，无需建立连接，故客户端不用发起连接请求，服务器端也不用监听和接受连接请求。 |
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