《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。

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。
cs 复制代码
```
 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。
cs 复制代码
```
 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。
cs 复制代码
```
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。
cs 复制代码
```
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。
cs 复制代码
```
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

cs 复制代码

#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

cs 复制代码

#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

cs 复制代码

#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;
}