TCP（傳輸控制協議）

TCP 是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。它的主要特點包括：

• 面向連接：在傳輸數據之前，需要通過“三次握手”建立連接；傳輸結束后，通過“四次揮手”斷開連接。

• 可靠傳輸：使用確認機制、重傳機制和滑動窗口機制等確保數據無差錯、不丟失、不重復且按序到達。

• 全雙工通信：允許通信雙方在同一時刻互相發送和接收數據。

UDP（用戶數據報協議）

UDP 是一種無連接的傳輸層協議，它的特點如下：

• 無連接：發送數據前無需建立連接，直接將數據報發送到目標地址。

• 不可靠傳輸：不保證數據的可靠到達，可能會出現數據丟失、重復或亂序的情況。

• 開銷小：UDP 首部只有 8 個字節，相較于 TCP 20 字節的首部，開銷更小，傳輸效率更高。

三次握手和四次揮手

三次握手（建立 TCP 連接）

1. 客戶端向服務器發送 SYN 包：客戶端選擇一個初始序列號?seq = x，向服務器發送一個 SYN 包，請求建立連接。

2. 服務器響應 SYN + ACK 包：服務器收到 SYN 包后，選擇自己的初始序列號?seq = y，并將客戶端的序列號加 1（ack = x + 1），然后發送一個 SYN + ACK 包給客戶端。

3. 客戶端發送 ACK 包：客戶端收到 SYN + ACK 包后，將服務器的序列號加 1（ack = y + 1），并發送一個 ACK 包給服務器，此時連接建立成功。

4. 如圖：

5. 

四次揮手（關閉 TCP 連接）

1. 客戶端發送 FIN 包：客戶端完成數據傳輸后，向服務器發送一個 FIN 包，表示請求關閉連接。

2. 服務器發送 ACK 包：服務器收到 FIN 包后，發送一個 ACK 包給客戶端，表示同意關閉客戶端到服務器的連接。

3. 服務器發送 FIN 包：服務器完成數據傳輸后，向客戶端發送一個 FIN 包，表示請求關閉服務器到客戶端的連接。

4. 客戶端發送 ACK 包：客戶端收到 FIN 包后，發送一個 ACK 包給服務器，表示同意關閉服務器到客戶端的連接，此時連接關閉。

5. 如圖：
   

C 語言代碼實例

TCP 服務器端代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int server_socket, client_socket;struct sockaddr_in server_addr, client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);char buffer[BUFFER_SIZE];// 創建套接字server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_socket == -1) {perror("socket creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 初始化服務器地址結構memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;server_addr.sin_port = htons(PORT);// 綁定套接字到指定地址和端口if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {perror("bind failed");close(server_socket);exit(EXIT_FAILURE);}// 監聽連接if (listen(server_socket, 5) == -1) {perror("listen failed");close(server_socket);exit(EXIT_FAILURE);}printf("Server listening on port %d...\n", PORT);// 接受客戶端連接client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);if (client_socket == -1) {perror("accept failed");close(server_socket);exit(EXIT_FAILURE);}printf("Client connected.\n");// 接收和發送數據while (1) {memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);ssize_t recv_len = recv(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0);if (recv_len <= 0) {break;}printf("Received from client: %s\n", buffer);// 回顯數據給客戶端send(client_socket, buffer, recv_len, 0);}// 關閉套接字close(client_socket);close(server_socket);return 0;
}

TCP 客戶端代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int client_socket;struct sockaddr_in server_addr;char buffer[BUFFER_SIZE];// 創建套接字client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (client_socket == -1) {perror("socket creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 初始化服務器地址結構memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);server_addr.sin_port = htons(PORT);// 連接到服務器if (connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {perror("connect failed");close(client_socket);exit(EXIT_FAILURE);}printf("Connected to server.\n");// 發送和接收數據while (1) {memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);printf("Enter message to send (or 'quit' to exit): ");fgets(buffer, BUFFER_SIZE - 1, stdin);if (strcmp(buffer, "quit\n") == 0) {break;}// 發送數據到服務器send(client_socket, buffer, strlen(buffer), 0);// 接收服務器的響應memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);ssize_t recv_len = recv(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0);if (recv_len > 0) {printf("Received from server: %s", buffer);}}// 關閉套接字close(client_socket);return 0;
}

UDP 服務器端代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 9999
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int server_socket;struct sockaddr_in server_addr, client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);char buffer[BUFFER_SIZE];// 創建套接字server_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (server_socket == -1) {perror("socket creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 初始化服務器地址結構memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;server_addr.sin_port = htons(PORT);// 綁定套接字到指定地址和端口if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {perror("bind failed");close(server_socket);exit(EXIT_FAILURE);}printf("UDP Server listening on port %d...\n", PORT);// 接收和發送數據while (1) {memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);ssize_t recv_len = recvfrom(server_socket, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);if (recv_len > 0) {printf("Received from client: %s\n", buffer);// 回顯數據給客戶端sendto(server_socket, buffer, recv_len, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, client_addr_len);}}// 關閉套接字close(server_socket);return 0;
}

UDP 客戶端代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 9999
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int client_socket;struct sockaddr_in server_addr;socklen_t server_addr_len = sizeof(server_addr);char buffer[BUFFER_SIZE];// 創建套接字client_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (client_socket == -1) {perror("socket creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 初始化服務器地址結構memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);server_addr.sin_port = htons(PORT);// 發送和接收數據while (1) {memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);printf("Enter message to send (or 'quit' to exit): ");fgets(buffer, BUFFER_SIZE - 1, stdin);if (strcmp(buffer, "quit\n") == 0) {break;}// 發送數據到服務器sendto(client_socket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, server_addr_len);// 接收服務器的響應memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);ssize_t recv_len = recvfrom(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0, NULL, NULL);if (recv_len > 0) {printf("Received from server: %s", buffer);}}// 關閉套接字close(client_socket);return 0;
}

代碼解釋

TCP 代碼

• 服務器端：

  1. 創建 TCP 套接字。

  2. 綁定到指定的地址和端口。

  3. 監聽客戶端連接請求。

  4. 接受客戶端連接。

  5. 接收客戶端發送的數據，并將數據回顯給客戶端。

  6. 關閉連接。

• 客戶端：

  1. 創建 TCP 套接字。

  2. 連接到服務器。

  3. 發送數據給服務器。

  4. 接收服務器的響應。

  5. 關閉連接。

UDP 代碼

• 服務器端：

  1. 創建 UDP 套接字。

  2. 綁定到指定的地址和端口。

  3. 接收客戶端發送的數據，并將數據回顯給客戶端。

• 客戶端：

  1. 創建 UDP 套接字。

  2. 發送數據到服務器。

  3. 接收服務器的響應。

  4. 關閉套接字。