UDP通信流程图(udp通信原理图)
Socket 通信之 UDP 通信
前段时间，我们在 这篇文章 中谈到了多进程和进程之间的通信方式，主要谈到了本地进程之间使用队列（Queue）进程通信，如果我们要通信的进程不在同一台主机上，我们就无法使用队列进行通信了，这时就需要使用 Socket（套接字）。
Socket 是应用层和传输层之间的一层抽象协议，可以用来进行进程间通信，一般有 UDP 和 TCP 两种通信方式，前者速度稍快，稳定性不好，无法丢包重传。后者速度稍慢一点，但稳定性很好，可以丢包重传。
本文首先介绍使用 Socket 进行 UDP 通信。
使用 Socket 进行 UDP 通信的流程如下：
下面依次进行讲解。
要进行 Socket 通信，我们需要使用 socket 模块，首先需要创建一个 Socket 对象。下面是两种创建方式：
如果我们需要向别的主机发送数据，我们需要改主机的 IP 地址和相应的端口号。在使用 Socket 进行通信时，需要将两个信息写在一元组中，元组的第一项为目标主机 IP 地址，第二项为接受数据的端口号：
其中，IP 地址使用字符串类型，端口号使用数字类型。
如果不绑定端口，每次使用 Socket 时都会由操作系统动态分配一个端口，我们也可以绑定为某个固定的端口。这样做的好处是：如果我们想要接受其他主机的信息，其他主机可以直接向这个端口发送数据，如果使用动态端口的话，发送方并不知道目标端口是什么，因此无法向接收方发送数据。
绑定端口需要使用 Socket 对象的 bind 方法：
bind 方法接受一个元组作为参数，元组的第一项为绑定的 IP 地址，第二项为绑定的端口号。我们可以把第一项指定为本机上的任意一个 IP 地址，也可以设置为一个空字符串 "" ，表示本机上任意合法的 IP 地址。
使用 UDP 套接字协议时，发送数据使用 Socket 对象的 sendto 方法，接受数据使用 Socket 对象的 recvfrom 方法。这两个方法的使用方式如下：
sendto 方法接受两个参数：发送的数据和目标主机的 IP 和端口元组，在 Python3 中，发送的数据应该转为 byte 类型发送，Python2 中可以直接发送字符串。
recvfrom 接受一个参数：本次接受的最大数据尺寸。该方法是阻塞的，只有在接收到数据后才能进行后续的操作。
就像使用文件那样，在使用完套接字后，需要关闭它，调用 close 方法即可。
上面我们介绍了 Socket 的使用方式，下面我们来做一个单工通信的例子（一方负责发送信息，一方负责接收信息）。
我们这里来创建两个文件：用以发送信息的 send.py 和用以接收信息的 recv.py。该实例在虚拟机中模拟（注意将虚拟机设置为桥接模式）。
创建 send.py：
创建 recv.py：
运行结果如下：
上面实现了一个单工通信的例子：一方负责发，一方负责接收。下面我们继续实现一个双工通信的例子，使双方都能够收发消息。
由于接收和发送消息时是使用 while 循环不断轮询的，因此要实现同时发送和接受，我们需要进行多任务处理。
新建一个 msg.py：
这里我们使用 3000 端口发送数据，3001 端口接收数据，运行程序时只需填写目标主机的 IP 地址，就可以进行通信。
运行效果：
我们还可以进行局域网内的广播，只需对 Socket 加上一条设置：
同时，发送广播需要一个广播地址，以及目标主机接受广播的端口：
上面的设置只能给 0 网段的主机发送广播，要想给局域网中所有的主机发送广播，可以这样设置：
下面我们新建一个 send.py 用来发送广播：
新建一个 recv.py 用来接收广播：
运行效果如图：
完。
网络--TCP/IP（四）TCP 与 UDP 协议简介
从本节开始，我们开始学习最重要的传输层。传输层位于OSI七层模型的第四层（从下往上）。顾名思义，传输层的作用是实现应用程序间的通信。网络层的作用是保证数据在不同数据链路上传输的可达性，至于如何传输则是由传输层负责。
常见的传输层协议主要有 TCP和UDP 协议。
UDP协议最大的特点就是简单，UDP首部如图：
和UDP首部相比，TCP首部要复杂的多。解析这个首部的时间也会相应的增加，这也是TCP连接的效率低于UDP的原因之一。
TCP是面向有连接的协议，连接在每次通信前被建立，通信结束后被关闭。了解连接建立和关闭的过程通常是考察的重点。连接的建立和关闭可以用一张图来表示：
通常情况下我们认为客户端首先发起连接请求。
1.发送端发送一个SYN=1，ACK=0标志的数据包给接收端，请求进行连接，这是第一次握手；
2.接收端收到请求并且允许连接的话，就会发送一个SYN=1，ACK=1标志的数据包给发送端，告诉它，可以通讯了，并且让发送端发送一个确认数据包，这是第二次握手；
3.最后，发送端发送一个SYN=0，ACK=1的数据包给接收端，告诉它连接已被确认，这就是第三次握手。之后，一个TCP连接建立，开始通讯。
*SYN：同步标志
同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。
*ACK：确认标志
确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1，Figure-1)为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
*RST：复位标志
复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。
*URG：紧急标志
紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位，
*PSH：推标志
该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时，该标志总是置位的。
*FIN：结束标志
带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据
根据一般思路，我们认为第三次是多余的，TCP协议为什么还要增加第三次的握手呢？
这是因为在网络请求的时候，我们应该时刻记住“网络是不安全的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认，客户端向服务端发送了SYN包，请求建立连接。由于网络原因，服务器没有及时收到这个包，于是客户端重新发送了SYN包。正常建立了连接。此时超时的那个确认包到达了服务端，如果是两次握手此连接就建立了，服务端就建立了一个空连接，白白浪费资源。如果是三次，客户端判断这个确认包是无效的，就丢弃了。
三次握手实际其实解决了第二步丢包问题。那么第三步的ACK包丢失了，TCP协议是如何处理的呢？
按照TCP协议处理丢包问题的一般方法，服务器会重新向客户端发送确认包，知道ACK确认为止。但实际上这种做法有可能遭到SYN泛洪攻击。所谓的泛洪攻击，是指发送方伪造多个IP地址，模拟三次握手的过程。当服务器返回ACK后，攻击方故意不确认，从而使服务器不断重发ACK。由于服务器长时间处于半连接状态，最后消耗过多的CUP和内存资源导致死机。
所以服务端采用的是这种方法，发送RST数据包，进入close状态，这个RST数据包中的TCP首部中的控制位中的RST位被置为1。这表示连接信息全部被初始化，原有的TCP通信不能继续。客户端如果还想建立TCP连接，需要从第一步握手重新开始。
（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。
（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。
（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。
（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。
UDP和Socket通信步骤是什么？
UDP Server程序
1、编写UDP Server程序的步骤
(1)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
(2)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。sockaddr_in结构定义：
struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为绑定的IP地址即任何主机上的地址。
(3)使用bind()把上面的socket和定义的IP地址和端口绑定。这里检查bind()是否执行成功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。
(4)进入无限循环程序，使用recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。
2、udpserv.c程序内容：
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include string.h
#include netinet/in.h
#include stdio.h
#include stdlib.h
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8888
void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen)
{
int n;
socklen_t len;
char mesg[MAXLINE];
for(;;)
{
len = clilen;
/* waiting for receive data */
n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, len);
/* sent data back to client */
sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
}
}
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */
/* init servaddr */
bzero(servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
/* bind address and port to socket */
if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind error");
exit(1);
}
do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)cliaddr, sizeof(cliaddr));
return 0;
}
UDP Client程序
1、编写UDP Client程序的步骤
(1)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端口，从命令行参数读取IP地址，并且判断IP地址是否符合要求。
(2)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
(3)使用connect()来建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP的connect()并没有与服务程序三次握手。上面我们说了UDP是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的UDP，kernel可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。
(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的UDP，所以使用write()来替代sendto()。这里的数据直接从标准输入读取用户输入。
(5)接收服务程序发回的数据，同样使用read()来替代recvfrom()。
(6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。
2、udpclient.c程序内容：
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include string.h
#include netinet/in.h
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include arpa/inet.h
#include unistd.h
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8888
void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen)
{
int n;
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];
/* connect to server */
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)
{
perror("connect error");
exit(1);
}
while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
{
/* read a line and send to server */
write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
/* receive data from server */
n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);
if(n == -1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
recvline[n] = 0; /* terminate string */
fputs(recvline, stdout);
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in srvaddr;
/* check args */
if(argc != 2)
{
printf("usage: udpclient IPaddress\n");
exit(1);
}
/* init servaddr */
bzero(servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], servaddr.sin_addr) = 0)
{
printf("[%s] is not a valid IPaddress\n", argv[1]);
exit(1);
}
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
do_cli(stdin, sockfd, (struct sockaddr *)servaddr, sizeof(servaddr));
return 0;
}
运行例子程序
1、编译例子程序
使用如下命令来编译例子程序：
gcc -Wall -o udpserv udpserv.c
gcc -Wall -o udpclient udpclient.c
编译完成生成了udpserv和udpclient两个可执行程序。
2、运行UDP Server程序
执行./udpserv 命令来启动服务程序。我们可以使用netstat -ln命令来观察服务程序绑定的IP地址和端口，部分输出信息如下：
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:6000 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 127.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN
udp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:882 0.0.0.0:*
可以看到udp处有“0.0.0.0:8888”的内容，说明服务程序已经正常运行，可以接收主机上任何IP地址且端口为8888的数据。
如果这时再执行./udpserv 命令，就会看到如下信息：
bind error: Address already in use
说明已经有一个服务程序在运行了。
3、运行UDP Client程序
执行./udpclient 127.0.0.1命令来启动客户程序，使用127.0.0.1来连接服务程序，执行效果如下：
Hello, World!
Hello, World!
this is a test
this is a test
^d
输入的数据都正确从服务程序返回了，按ctrl+d可以结束输入，退出程序。
如果服务程序没有启动，而执行客户程序，就会看到如下信息：
$ ./udpclient 127.0.0.1
test
read error: Connection refused
说明指定的IP地址和端口没有服务程序绑定，客户程序就退出了。这就是使用connect()的好处，注意，这里错误信息是在向服务程序发送数据后收到的，而不是在调用connect()时。如果你使用tcpdump程序来抓包，会发现收到的是ICMP的错误信息。
visio怎么画TCP UDP通信协议？
1.这个图无须选择特别的类型和模板，形状也只有“直线”。
2.在“常规”中选择任何一个模板即可。看样图应该是选择了“常规--框图”模板.
4.最下面的箭头形状在“框图”模板中的“方块”模具中。
补充:
1.线条上的文字，直接双击线条即可输入。
2.其它文字就用“文本框”吧。
----若想用的好，去学一下“文本块”的操作。