Level6day5 homework

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- 1. 简述tcp和udp的特点，以及tcp中有序传输的原理?
- 2. 请编写支持多客户端的UDP服务器和客户端通信的代码

1. 简述tcp和udp的特点，以及tcp中有序传输的原理?

TCP的优点：可靠，稳定 TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。
TCP的缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击 TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP的优点：快，比TCP稍安全 UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Floodg攻击等。
UDP的缺点：不可靠，不稳定因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

什么时候应该使用TCP：当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：浏览器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输
什么时候应该使用UDP：当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音 QQ视频 TFTP 有些应用场景对可靠性要求不高会用到UPD，比如长视频，要求速率

tcp中有序传输的原理:

1. 主机每次发送数据时，TCP就给每个数据包分配一个序列号并且在一个特定的时间内等待接收主机对分配的这个序列号进行确认，
1. 如果发送主机在一个特定时间内没有收到接收主机的确认，则发送主机会重传此数据包。
1. 接收主机利用序列号对接收的数据进行确认，以便检测对方发送的数据是否有丢失或者乱序等，
1. 接收主机一旦收到已经顺序化的数据，它就将这些数据按正确的顺序重组成数据流并传递到高层进行处理。

2. 请编写支持多客户端的UDP服务器和客户端通信的代码

（作业要求：做作业的时候不要再翻看视频上的教程，对函数理解不明白的全部通过man手册去查看，
自己思考框架，使用makefile编译，然后将测试的记录和结果添加到readme.txt文件中提交上来，代码实现完成测试通过后
再提交作业，网络部分学习不写代码不测试看不出问题的，良好的习惯帮助你们快速成长。）

准备工作：
课程里讲述的是server代码通过轮询的方式实现了接收/回复数据，但是有个问题，
当处理过程复杂需要一段时间才能处理完的的时候，则会造成资源浪费无法快速响应等问题。
为了解决这个问题，可以采用resv-process结构，即：接收采用轮询，处理则创建进程的方式来解决问题。

此次作业中会把两种解决方式对应的c/s代码均写出。

2.1 UDP编程 server 范例

#include <cstdio>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#define SERV_PORT 5050
#define SERV_IP_ADDR "192.168.0.158"

int main()
{
    int fd = -1;
    int result = 0;
    struct sockaddr_in mysockaddr;
    struct sockaddr_in clientscokaddr;
    socklen_t clientaddrlen;
    char botton[64];

    /* 1. 创建socket fd */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    /*优化4： 允许绑定地址快速重用 */
    int b_reuse = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &b_reuse, sizeof(int));

    /*2. 绑定 */
    /*2.1 填充struct sockaddr_in结构体变量 */
    bzero((void*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    mysockaddr.sin_family = AF_INET;
    mysockaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);//网络字节序的端口号
    mysockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    /*2.2 绑定 */
    result = bind(fd, (struct sockaddr*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    if (result != 0) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    /*3. 调用recvfrom 接收客户端发来的信息 */
    /*优化2：通过程序获取刚建立连接的socket的客户端的IP地址和端口号*/
    int fd_client;

    pid_t pid;
    clientaddrlen = sizeof(clientscokaddr);
    
    while (1) {
        bzero((void*)botton, 64);
        bzero((void*)&clientscokaddr, clientaddrlen);
       
        do {
            result = recvfrom(fd, botton, 63, 0, (struct sockaddr*)&clientscokaddr, &clientaddrlen);
        } while (result < 0 && EINTR == errno);

        if (-1 == result) {
            perror("recvfrom");
            break;
        }

        char ipv4_addr[16];
        if (!inet_ntop(AF_INET, (void*)&clientscokaddr.sin_addr, ipv4_addr, clientaddrlen)) {
            perror("inet_ntop");
            return -1;
        }

        printf("Clinet(%s:%d) is connected!\n", ipv4_addr, ntohs(clientscokaddr.sin_port));
       

        printf("message is:%s\n", botton);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

2.2 UDP编程 client 范例

#include <cstdio>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

#define DEBUG 0

void usage(char* s) {
    printf("\nThis is udp demo!\n");
    printf("\nUsage:\n\t %s serv_ip serv_port", s);
    printf("\n\t serv_ip: udp server ip address");
    printf("\n\t serv_port: udp server port(serv_port > 5000)\n\n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = -1;
    int result = 0;
    int SERV_PORT = -1;
    char* SERV_IP_ADDR = NULL;
    struct sockaddr_in mysockaddr;
    char MESSAGE[] = "hELLo wOLd!!!\n";

    /* 在启动程序时 要加上IP 端口，如：test.out 192.168.1.31 5001 从而提高程序通用性*/
    /* 下面的程序是用来检测输入的参数是否合法 */

#if DEBUG
    SERV_PORT = 5050;
    SERV_IP_ADDR = "192.168.0.158";
#else
    if (argc != 3) {
        usage(argv[0]);
        return -1;
    }

    SERV_PORT = atoi(argv[2]);
    if (SERV_PORT <= 5000) {
        usage(argv[0]);
        return -1;
    }
    SERV_IP_ADDR = argv[1];
#endif
    /* 1. 创建socket fd */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }
    /*2.连接服务器 写入数据 */

    /*2.1 填充struct sockaddr_in结构体变量 */
    bzero((void*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    mysockaddr.sin_family = AF_INET;
    mysockaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); //网络字节序的端口号
#if 0    
    mysockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);
#else
    result = inet_pton(AF_INET, SERV_IP_ADDR, (void*)&mysockaddr.sin_addr);
    if (result != 1) {
        perror("inet_pton");
        return -1;
    }
#endif
    /*2.2  读写数据*/
    printf("Client staring...OK!\n");

    while (1) {
        do {
            result = sendto(fd, MESSAGE, strlen(MESSAGE), 0, (struct sockaddr*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
        } while (result < 0 && EINTR == errno);   //判断是否阻塞了     
        if (result < 0) {
            perror("connect");
            break;
        }
        sleep(10);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

2.3 UDP编程 server 改进版范例

上一个server代码通过轮询的方式实现了接收/回复数据，但是有个问题，
当处理过程复杂需要一段时间才能处理完的的时候，则会造成资源浪费无法快速响应等问题。
为了解决这个问题，可以采用resv-process结构，即：接收采用轮询，处理则创建进程的方式来解决问题。

#include <cstdio>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#define SERV_PORT 5050
#define SERV_IP_ADDR "192.168.0.158"

int fun_process(int fd,char* botton,sockaddr_in clientscokaddr, socklen_t clientaddrlen);
void handler(int signo) {   //自动回收子进程 防止僵尸进程

    if (signo == SIGCHLD)
    {
        printf("Recall SIGINT\n");
        waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
    }
}

int main()
{
    int fd = -1;
    int result = 0;
    pid_t pid;
    struct sockaddr_in mysockaddr;
    struct sockaddr_in clientscokaddr;
    socklen_t clientaddrlen;
    char botton[64];

    /* 1. 创建socket fd */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    /*优化4： 允许绑定地址快速重用 */
    int b_reuse = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &b_reuse, sizeof(int));

    /*2. 绑定 */
    /*2.1 填充struct sockaddr_in结构体变量 */
    bzero((void*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    mysockaddr.sin_family = AF_INET;
    mysockaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);//网络字节序的端口号
    mysockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    /*2.2 绑定 */
    result = bind(fd, (struct sockaddr*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    if (result != 0) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    /*3. 调用recvfrom 接收客户端发来的信息 */
    /*优化2：通过程序获取刚建立连接的socket的客户端的IP地址和端口号*/
    clientaddrlen = sizeof(clientscokaddr);
    signal(SIGCHLD, handler);

    while (1) {
        bzero((void*)botton, 64);
        bzero((void*)&clientscokaddr, clientaddrlen);
       
        do {
            result = recvfrom(fd, botton, 63, 0, (struct sockaddr*)&clientscokaddr, &clientaddrlen);
        } while (result < 0 && EINTR == errno);

        if (-1 == result) {
            perror("recvfrom");
            break;
        }
        pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("fork");
            break;
        }
        else if (0 == pid) {
            result = fun_process(fd, botton,clientscokaddr, clientaddrlen);
            close(fd);
            return result;
        }     
    }

    close(fd);
    return 0;
}

int fun_process(int fd, char* botton,sockaddr_in clientscokaddr, socklen_t clientaddrlen) {
    char ipv4_addr[16];
    int result;
    char botton_re[64] = "recv success!";
    printf("23333\n");
    if (!inet_ntop(AF_INET, (void*)&clientscokaddr.sin_addr, ipv4_addr, clientaddrlen)) {
        perror("inet_ntop");
        return -1;
    }

    printf("Clinet(%s:%d) is connected!\n", ipv4_addr, ntohs(clientscokaddr.sin_port));

    printf("message is:%s\n", botton);
    do {
        result = sendto(fd, botton_re, strlen(botton_re), 0, (struct sockaddr*)&clientscokaddr, sizeof(clientscokaddr));
    } while (result < 0 && EINTR == errno);   //判断是否阻塞了     
    if (result < 0) {
        perror("connect");
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

2.4 UDP编程 client 改进版范例

与server改进版相对应

#include <cstdio>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

#define DEBUG 0

void usage(char* s) {
    printf("\nThis is udp demo!\n");
    printf("\nUsage:\n\t %s serv_ip serv_port", s);
    printf("\n\t serv_ip: udp server ip address");
    printf("\n\t serv_port: udp server port(serv_port > 5000)\n\n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = -1;
    int result = 0;
    int SERV_PORT = -1;
    char* SERV_IP_ADDR = NULL;
    struct sockaddr_in mysockaddr;
    char MESSAGE[] = "hELLo wOLd!!!\n";
    char botton[64] = {0};
#if DEBUG
    SERV_PORT = 5050;
    SERV_IP_ADDR = "192.168.0.158";
#else
    if (argc != 3) {
        usage(argv[0]);
        return -1;
    }

    SERV_PORT = atoi(argv[2]);
    if (SERV_PORT <= 5000) {
        usage(argv[0]);
        return -1;
    }
    SERV_IP_ADDR = argv[1];
#endif
    /* 1. 创建socket fd */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }
    /*2.连接服务器 写入数据 */

    /*2.1 填充struct sockaddr_in结构体变量 */
    bzero((void*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
    mysockaddr.sin_family = AF_INET;
    mysockaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); //网络字节序的端口号
#if 0    
    mysockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);
#else
    result = inet_pton(AF_INET, SERV_IP_ADDR, (void*)&mysockaddr.sin_addr);
    if (result != 1) {
        perror("inet_pton");
        return -1;
    }
#endif
    /*2.2  读写数据*/
    printf("Client staring...OK!\n");
    struct sockaddr_in clientscokaddr;
    socklen_t clientaddrlen;
    clientaddrlen = sizeof(clientscokaddr);

    while (1) {
        do {
            result = sendto(fd, MESSAGE, strlen(MESSAGE), 0, (struct sockaddr*)&mysockaddr, sizeof(mysockaddr));
        } while (result < 0 && EINTR == errno);   //判断是否阻塞了     
        if (result < 0) {
            perror("connect");
            break;
        }
        
        sleep(1);

        bzero((void*)botton, 64);
        bzero((void*)&clientscokaddr, clientaddrlen);
        
        do {
            result = recvfrom(fd, botton, 63, MSG_DONTWAIT, (struct sockaddr*)&clientscokaddr, &clientaddrlen);
        } while (result < 0 && EINTR == errno);
        printf("message is:%s\n", botton);
        
    }

    close(fd);
    return 0;
}

2.5 server Makefile

gcc -o server.out *.cpp -Wall

2.6 client Makefile

gcc -o client.out *.cpp -Wall

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1. 简述tcp和udp的特点，以及tcp中有序传输的原理?

2. 请编写支持多客户端的UDP服务器和客户端通信的代码

2.1 UDP编程 server 范例

2.2 UDP编程 client 范例

2.3 UDP编程 server 改进版范例

2.4 UDP编程 client 改进版范例

2.5 server Makefile

2.6 client Makefile

2.7 轮询方式结果展示

2.8 多进程方式结果展示

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1. 简述tcp和udp的特点，以及tcp中有序传输的原理?

2. 请编写支持多客户端的UDP服务器和客户端通信的代码

2.1 UDP编程 server 范例

2.2 UDP编程 client 范例

2.3 UDP编程 server 改进版 范例

2.4 UDP编程 client 改进版 范例

2.5 server Makefile

2.6 client Makefile

2.7 轮询方式结果展示

2.8 多进程方式结果展示

2.3 UDP编程 server 改进版范例

2.4 UDP编程 client 改进版范例