TCP/IP-——C++编程详解

1. TCP/IP 编程基本概念

  • TCP(传输控制协议):面向连接、可靠的传输层协议,保证数据顺序和完整性。
  • IP(网际协议):负责将数据包路由到目标地址。
  • Socket(套接字):网络通信的端点,通过IP和端口标识。

2. 服务器端实现步骤

步骤 1:创建套接字
cpp 复制代码
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建套接字
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        std::cerr << "Socket creation failed\n";
        return -1;
    }
步骤 2:绑定套接字到地址和端口
cpp 复制代码
    // 设置地址结构
    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;          // IPv4
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定所有接口
    address.sin_port = htons(8080);        // 端口号(需转为网络字节序)

    // 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        std::cerr << "Bind failed\n";
        return -1;
    }
步骤 3:监听连接请求
cpp 复制代码
    // 监听,队列长度设为5
    if (listen(server_fd, 5) < 0) {
        std::cerr << "Listen failed\n";
        return -1;
    }
    std::cout << "Server listening on port 8080...\n";
步骤 4:接受客户端连接
cpp 复制代码
    // 接受连接
    int addrlen = sizeof(address);
    int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    if (new_socket < 0) {
        std::cerr << "Accept failed\n";
        return -1;
    }
    std::cout << "Client connected\n";
步骤 5:接收和发送数据
cpp 复制代码
    // 接收数据
    char buffer[1024] = {0};
    int valread = read(new_socket, buffer, 1024);
    std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;

    // 发送响应
    const char* response = "Hello from server";
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);
    std::cout << "Response sent\n";
步骤 6:关闭套接字
cpp 复制代码
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

3. 客户端实现步骤

步骤 1:创建套接字
cpp 复制代码
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        std::cerr << "Socket creation failed\n";
        return -1;
    }
步骤 2:设置服务器地址
cpp 复制代码
    struct sockaddr_in serv_addr;
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);  // 服务器端口

    // 将IP地址从字符串转为二进制格式
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        std::cerr << "Invalid address\n";
        return -1;
    }
步骤 3:连接到服务器
cpp 复制代码
    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        std::cerr << "Connection failed\n";
        return -1;
    }
    std::cout << "Connected to server\n";
步骤 4:发送和接收数据
cpp 复制代码
    // 发送数据
    const char* message = "Hello from client";
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    std::cout << "Message sent\n";

    // 接收响应
    char buffer[1024] = {0};
    int valread = read(sock, buffer, 1024);
    std::cout << "Server response: " << buffer << std::endl;
步骤 5:关闭套接字
cpp 复制代码
    close(sock);
    return 0;
}

4. 关键函数和结构体

  • socket(): 创建套接字。
  • bind(): 绑定套接字到地址和端口。
  • listen(): 进入监听状态。
  • accept(): 接受客户端连接。
  • connect(): 客户端连接到服务器。
  • send()/recv()write()/read(): 发送和接收数据。
  • sockaddr_in: 存储地址信息的结构体(IPv4)。

5. 注意事项

  1. 错误处理:每次调用网络函数后检查返回值。
  2. 字节序转换
    • htons(): 主机字节序转网络字节序(端口)。
    • inet_pton(): 字符串IP转二进制。
  3. 资源释放 :使用 close() 关闭套接字。
  4. 端口复用 :通过 setsockopt() 设置 SO_REUSEADDR 选项。

6. 完整示例代码

  • 服务器端

    cpp 复制代码
    #include <iostream>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    
    int main() {
        int server_fd, new_socket;
        struct sockaddr_in address;
        int addrlen = sizeof(address);
        char buffer[1024] = {0};
        const char* hello = "Hello from server";
    
        // 创建socket
        if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
            perror("socket failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 绑定socket
        address.sin_family = AF_INET;
        address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
        address.sin_port = htons(8080);
    
        if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
            perror("bind failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 监听socket
        if (listen(server_fd, 3) < 0) {
            perror("listen");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 接受连接
        if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
            perror("accept");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 读取客户端发送的数据
        read(new_socket, buffer, 1024);
        std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;
    
        // 向客户端发送数据
        send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
        std::cout << "Hello message sent\n";
    
        // 关闭socket
        close(new_socket);
        close(server_fd);
        return 0;
    }
    #include <iostream>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    
    int main() {
        int server_fd, new_socket;
        struct sockaddr_in address;
        int addrlen = sizeof(address);
        char buffer[1024] = {0};
        const char* hello = "Hello from server";
    
        // 创建socket
        if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
            perror("socket failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 绑定socket
        address.sin_family = AF_INET;
        address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
        address.sin_port = htons(8080);
    
        if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
            perror("bind failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 监听socket
        if (listen(server_fd, 3) < 0) {
            perror("listen");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 接受连接
        if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
            perror("accept");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        // 读取客户端发送的数据
        read(new_socket, buffer, 1024);
        std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;
    
        // 向客户端发送数据
        send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
        std::cout << "Hello message sent\n";
    
        // 关闭socket
        close(new_socket);
        close(server_fd);
        return 0;
    }
  • 客户端

    cpp 复制代码
    #include <iostream>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    
    int main() {
        int sock = 0;
        struct sockaddr_in serv_addr;
        char buffer[1024] = {0};
        const char* hello = "Hello from client";
    
        // 创建socket
        if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
            std::cerr << "Socket creation error" << std::endl;
            return -1;
        }
    
        // 设置服务器地址
        serv_addr.sin_family = AF_INET;
        serv_addr.sin_port = htons(8080);
    
        // 将IP地址从字符串转换为网络格式
        if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
            std::cerr << "Invalid address/Address not supported" << std::endl;
            return -1;
        }
    
        // 连接到服务器
        if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
            std::cerr << "Connection Failed" << std::endl;
            return -1;
        }
    
        // 向服务器发送数据
        send(sock, hello, strlen(hello), 0);
        std::cout << "Hello message sent" << std::endl;
    
        // 读取服务器发送的数据
        read(sock, buffer, 1024);
        std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;
    
        // 关闭socket
        close(sock);
        return 0;
    }

编译运行:

cpp 复制代码
# 编译服务器
g++ server.cpp -o server
# 编译客户端
g++ client.cpp -o client

# 启动服务器
./server
# 启动客户端(另起终端)
./client

对于更复杂的场景(如多客户端并发),需结合多线程或异步I/O(如 select/epoll)进行扩展。

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