《Linux 网络编程二：UDP 与 TCP 的差异、应用及问题应对》

一、UDP 与 TCP 对比表

对比项	UDP	TCP
连接方式	无需建立连接	有连接（三次握手建立，四次挥手断开）
传输可靠性	尽最大努力交付，可能丢包	安全可靠的数据传输机制
面向对象	面向数据包	面向数据流
传输模式	一对一、一对多传输	本质一对一，并发实现一对多
协议机制	机制简单，资源开销小，实时性高	机制复杂，网络资源开销大
报文头部	8 字节（源端口、目标端口、长度、校验和）	更复杂，包含更多控制信息
应用场景	视频流、音频流等实时性要求高的场景	文件传输、HTTP 等准确性要求高的场景
编程复杂度	相对简单	相对复杂，需处理连接建立与断开

二、UDP 相关内容

1.UDP 丢包原因

        UDP 存在接收缓冲区，当发送数据速度过快，致使接收缓冲区满时，后续数据包会丢失。UDP 无需建立连接，进一步增加了丢包可能性。

2.UDP 特点

• 面向数据包：以数据包为基本传输单位。
• 无需建立连接：通信前无需预先建立连接。
• 尽力交付：是不安全可靠的数据协议，存在数据丢包情况。
• 传输模式多样：能够实现一对一、一对多的传输。
• 机制简单高效：机制简单，资源开销小，数据实时性高。

3.避免 UDP 丢包方法

• 发送延时：在发送时使用 usleep() 函数延时，让接收方有足够时间处理数据。
• 模仿 TCP 应答：发送一个数据后，等待接收端回应，收到回应后再发送下一包数据。

4.UDP 报文头部字段

字段	字节数	含义
源端口号	2 字节	发送方进程端口号
目标端口号	2 字节	接收方进程端口号
长度	2 字节	UDP 报文长度（头部加正文）
校验和	2 字节	用于数据差错校验

UDP 报文头部共 8 字节。

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三、TCP 相关内容

1.TCP 协议概述

        TCP 即传输控制协议，位于传输层，采用流式套接字。

2.TCP 特点

• 面向数据流：将数据作为连续的字节流处理。
• 有连接：通信前需通过三次握手建立连接。
• 安全可靠：具备安全可靠的数据传输机制。
• 机制复杂：机制复杂，网络资源开销大。
• 通信模式：本质只能实现一对一通信，可通过 TCP 并发方式实现一对多通信。

3.TCP 机制

        三次握手：TCP 建立连接时需进行三次握手，确保双方通信前都已准备就绪。SYN 为请求建立连接标志位，ACK 为响应报文标志位。

        四次挥手：确保断开连接时需进行四次挥手，保证断开连接前双方都已通信结束。FIN 为请求断开连接标志位，ACK 为响应报文标志位。ACK 和 FIN 不能一起，防止客户端断开后服务端还想发送信息。

4.TCP 编程流程

        1）客户端流程
        

        socket() 创建套接字
        connect() 请求建立连接
        send() 发送
        recv() 接收
        close() 关闭

        2）服务端流程

        socket() 创建监听套接字
        bind() 绑定
        listen() 监听要建立连接的客户端
        accept() 接受完成三次握手的客户端并产生通信套接字
        recv()
        send()
        close()

5.相关函数接口

• connect()：请求与服务端建立连接。

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

  • 参数：sockfd（套接字）、addr（服务端地址信息）、addrlen（服务端地址大小）。
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

• send()：发送网络数据。

   ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

  • 参数：sockfd（网络套接字）、buf（发送数据首地址）、len（发送字节数）、flags（默认 0）。
  • 返回值：成功返回实际发送字节数，失败返回 -1。

• listen()：监听建立三次握手的客户端。

  int listen(int sockfd, int backlog);

  • 参数：sockfd（监听套接字）、backlog（最大监听客户端数）。
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

• accept()：接收建立三次握手的客户端并产生通讯套接字。

  int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address,socklen_t *restrict address_len);

  • 参数：socket（监听套接字）、address（客户端地址信息）、address_len（客户端地址长指针）。
  • 返回值：成功返回通讯套接字，失败返回 -1。

• recv()：从网络套接字接收数据。

  ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

  • 参数：sockfd（通讯套接字）、buf（接收数据首地址）、len（期望接收字节数）、flag（默认 0）。
  • 返回值：成功返回实际接收字节数，失败返回 -1，对方断开连接返回 0。

6.TCP 粘包问题

问题描述
发送方应用层发送的多包数据，在接收方可能一次读到，多包数据产生粘连。

原因

• 发送方速度快，TCP 底层可能对多包数据重新组帧。
• 接收方数据处理速度慢，多包数据在接收缓冲区缓存，应用层读时一次读出。

7.解决方法

• 调整发送速率：控制发送速度，避免粘包。
• 发送指定大小数据：发送方发送指定大小数据，接收方也接收指定大小数据。注意跨平台数据传输时结构体对齐问题。
• 增加分隔符：在应用层为发送的数据增加分隔符，接收方利用分隔符解析数据。
• 自定义数据帧格式：封装自定义数据帧格式（协议）进行发送，并严格按协议解析。

四、代码部分

        1.客户端不断从终端接收数据，使用TCP发送给服务端，服务端输出。

        head.h

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>

        client.c

#include "head.h"int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;//种类seraddr.sin_port = htons(50000);//端口号seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");//ip地址int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("connect error");return -1;}char buff[1024] = {0};while (1){fgets(buff, sizeof buff, stdin);ssize_t cnt = send(sockfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");return -1;}printf("cnt = %ld\n", cnt);memset(buff, 0, sizeof(buff));}close(sockfd);return 0;
}

        recv.c

#include "head.h"int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.192");int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1;}ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}int connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);if(connfd < 0){perror("accept error");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){   ssize_t cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt <= 0){printf("recv error");return -1;}printf("cnt = %ld, buff = %s\n", cnt, buff);memset(buff, 0, sizeof(buff));}close(connfd);close(sockfd);return 0;
}