Linux系统编程（14）UDP全双工通信和TCP半双工通信

一、UDP全双工通信

UDP通信基础：

recvfrom函数

recvfrom 是一个用于接收数据的函数，，但 recvfrom 不仅接收数据，还可以获取发送数据的地址信息。

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sockfd: 指定用于接收数据的套接字描述符。它通常是通过 socket() 函数创建的。
buf: 指向接收数据的缓冲区的指针。
len: 指定缓冲区的大小，即要接收的数据的最大字节数。
flags: 接收数据时的标志位，默认为0
src_addr: 指向存储发送方地址信息的 sockaddr 结构体的指针。如果不关心发送方的地址信息，可以传入 NULL。
addrlen: 指向 src_addr 结构体长度的指针。在函数返回时，它将包含实际的地址长度。

成功时，recvfrom 返回接收到的字节数。
出错时，返回 -1

`bind函数`

bind 函数在网络编程中用于将一个套接字与一个特定的地址（IP地址和端口号）绑定。它主要用于服务器端，使得服务器能够监听来自特定地址的连接请求。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd: 套接字文件描述符。这个套接字是通过 socket() 函数创建的，表示一个未绑定的套接字。
addr: 指向 sockaddr 结构体的指针，包含要绑定到的地址信息。通常使用 sockaddr_in 结构体来表示IPv4地址（对于IPv6使用 sockaddr_in6），然后将其强制转换为 sockaddr* 类型。
addrlen: 结构体 sockaddr 的大小，通常使用 sizeof(struct sockaddr_in) 或 sizeof(struct sockaddr_in6)。
成功时，返回 0。
出错时，返回 -1

struct sockaddr结构体：

   struct sockaddr      通用地址结构 --- ip + 端口 {u_short sa_family;  地址族char sa_data[14];   地址信息};

转换成网络地址结构如下：

 struct sockaddr_in    ///网络地址结构{u_short           sin_family; //地址族u_short           sin_port;   //地址端口struct in_addr  sin_addr;   //地址IP  //"192.168.1.123"char               sin_zero[8]; //占位};
其中sin_addr结构体：struct in_addr{in_addr_t s_addr;}；

基于UDP实现的全双工通信

client.c

//使用多进程实现客户端的的收和发
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc , char *argv[])
{int fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(fd < 0){perror("socket error");return 0;}char buf[1024];struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.85.128");struct sockaddr_in srcaddr;socklen_t srcaddrlen = sizeof(srcaddr);pid_t pid = fork();if(pid < 0){perror("fork fail");return 0;}if(pid > 0){while(1){printf("client >");bzero(buf,sizeof(buf));fgets(buf,sizeof(buf),stdin); sendto(fd,buf,strlen(buf),0,(const struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));if(strncmp(buf,"quit",4) == 0){kill(pid,9);wait(NULL);return 0;}}}if(pid == 0){while(1){recvfrom(fd,buf,sizeof(buf),0,NULL,NULL);printf(" %s\n",buf);}}return 0;
}

server.c

//使用多进程实现服务端的收和发
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>
#include<sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
void handler(int signo)
{wait(NULL);kill(getpid(),9);
}
int main(int argc , char *argv[])
{int fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(fd < 0){perror("socket error");return 0;}char buf[1024];struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.85.128");struct sockaddr_in srcaddr;socklen_t srcaddrlen = sizeof(srcaddr);bind(fd,(const struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));recvfrom(fd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr *) & srcaddr,&srcaddrlen);if(strncmp(buf,"quit",4) == 0){return 0;}printf("receive :%s",buf);printf("receive from : %s\n",inet_ntoa(srcaddr.sin_addr));printf("port : %d\n",ntohs(srcaddr.sin_port));char returnbuf[2048];pid_t pid = fork();if(pid < 0){perror("fork fail");return 0;}if(pid > 0){ while(1){   //signal(SIGCHLD,handler);//bzero(buf,sizeof(buf));printf("server >");fgets(buf,sizeof(buf),stdin);sprintf(returnbuf,"%s%s","\nfrom server:",buf);sendto(fd,returnbuf,strlen(returnbuf),0,(const struct sockaddr *)&srcaddr,sizeof(srcaddr));}}if(pid == 0){while(1){recvfrom(fd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr *) & srcaddr,&srcaddrlen);if(strncmp(buf,"quit",4) == 0){break;}printf("receive :%s",buf);printf("receive from : %s\n",inet_ntoa(srcaddr.sin_addr));printf("port : %d\n",ntohs(srcaddr.sin_port));}return 0;}
}

二、TCP通信

由于TCP面向连接和可靠性高的特性，因此，在使用TCP协议通信时，需要在客户端和服务端之间先建立连接才能进行数据通信。

TCP通信流程

listen函数

listen 函数用于将一个套接字设置为监听模式，等待客户端的连接请求。

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd: 套接字文件描述符。这个套接字必须已经用 socket() 函数创建，并且使用 bind() 函数绑定到了一个特定的地址和端口。
backlog: 指定内核为该套接字排队的最大连接数。这表示在 accept() 函数处理之前，内核可以排队等待的最大连接数。如果有更多的连接请求到达，新的连接可能会被拒绝或未处理，直到队列中有空闲位置。
成功时，返回 0。
出错时，返回 -1

connect函数

 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

功能：该函数固定有客户端使用，表示从当前主机向目标
        主机发起链接请求。
参数：sockfd 本地socket创建的套接子id
              addr 远程目标主机的地址信息。
               addrlen: 参数2的长度。
返回值：成功 0
        失败 -1；

accept函数

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept 函数用于服务器端网络编程，在套接字处于监听模式时，accept 函数会从监听队列中提取第一个连接请求，并为该连接创建一个新的套接字（专门用来连接）

sockfd: 监听套接字的文件描述符。这个套接字是通过 socket() 创建的，并且已经通过 bind() 绑定到了一个地址和端口，通过 listen() 函数进入了监听状态。
addr: 指向 sockaddr 结构体的指针，accept 函数将填充客户端的地址信息到该结构体中。如果你不关心客户端的地址，可以将其设置为 NULL。
addrlen: 一个值-结果参数，它指向一个保存了 addr 结构大小的变量。在函数返回时，这个变量会包含客户端地址结构的实际大小。如果 addr 为 NULL，则 addrlen 也应为 NULL。
成功时，返回一个新的文件描述符，这个描述符代表新建立的连接。服务器通过这个新套接字与客户端进行通信。
出错时，返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。