C语言网络编程入门：socket编程、TCP/IP协议、客户端与服务器通信的实现

星辰徐哥2026-02-21 22:10

第11篇 《C语言网络编程入门：socket编程、TCP/IP协议、客户端与服务器通信的实现》

一、前言：为什么网络编程是C语言开发的重要方向？

学习目标

  • 理解网络编程 的本质：通过网络实现程序之间的通信
  • 理解TCP/IP协议 的基本概念：传输层和网络层的协议
  • 明确网络编程的重要性：实现程序的远程通信、处理大量数据
  • 掌握本章学习重点：socket编程的基本概念、TCP/IP协议的基本概念、客户端与服务器通信的实现、网络编程的避坑指南、实战案例分析
  • 学会使用socket编程编写客户端与服务器通信的程序

重点提示

💡 网络编程是C语言开发的重要方向！通过网络编程，你可以实现程序的远程通信，处理大量数据，解决复杂问题。

二、模块1：socket编程的基本概念------网络通信的基础

2.1 学习目标

  • 理解socket 的本质：网络通信的接口
  • 掌握socket的类型：流套接字（SOCK_STREAM）、数据报套接字（SOCK_DGRAM）
  • 掌握socket的创建方法：使用socket函数创建套接字
  • 避开socket编程使用的3大常见坑

2.2 socket的类型

流套接字（SOCK_STREAM）：

  • 基于TCP协议
  • 可靠的、面向连接的通信
  • 保证数据的顺序和完整性

数据报套接字（SOCK_DGRAM）：

  • 基于UDP协议
  • 不可靠的、无连接的通信
  • 不保证数据的顺序和完整性

代码示例1：创建socket

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    
    // 创建socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
        return 0;
    }
    
    // 初始化服务器地址结构
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    server_addr.sin_port = htons(12345);
    
    // 连接服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("connect() error");
        return 0;
    }
    
    // 发送数据
    char buffer[1024] = "Hello, Server!";
    if (send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0) < 0) {
        perror("send() error");
        return 0;
    }
    
    // 接收数据
    if (recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0) < 0) {
        perror("recv() error");
        return 0;
    }
    
    printf("服务器返回：%s\n", buffer);
    
    // 关闭socket
    close(sockfd);
    
    return 0;
}

三、模块2：TCP/IP协议的基本概念------网络通信的核心

3.1 学习目标

  • 理解TCP 的本质：传输层的协议，可靠的、面向连接的通信
  • 理解IP 的本质：网络层的协议，负责数据的路由和寻址
  • 掌握TCP/IP协议的分层结构：应用层、传输层、网络层、数据链路层
  • 避开TCP/IP协议使用的3大常见坑

3.2 TCP/IP协议的分层结构

应用层 ：处理应用程序的请求和响应，如HTTP、FTP、SMTP
传输层 ：负责数据的传输，如TCP、UDP
网络层 ：负责数据的路由和寻址，如IP、ICMP
数据链路层：负责数据的物理传输，如Ethernet、WiFi

四、模块3：客户端与服务器通信的实现------流套接字通信

4.1 学习目标

  • 理解流套接字通信 的本质：基于TCP协议的可靠的、面向连接的通信
  • 掌握服务器端的实现方法：创建socket、绑定地址、监听连接、接受连接、发送数据、接收数据、关闭socket
  • 掌握客户端的实现方法：创建socket、连接服务器、发送数据、接收数据、关闭socket
  • 避开客户端与服务器通信使用的3大常见坑

4.2 服务器端的实现方法

代码示例2：服务器端程序

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int sockfd, newsockfd;
    socklen_t clilen;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    
    // 创建socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
        return 0;
    }
    
    // 初始化服务器地址结构
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(12345);
    
    // 绑定地址
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("bind() error");
        return 0;
    }
    
    // 监听连接
    listen(sockfd, 5);
    clilen = sizeof(cli_addr);
    
    // 接受连接
    printf("等待客户端连接...\n");
    newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen);
    if (newsockfd < 0) {
        perror("accept() error");
        return 0;
    }
    printf("客户端连接成功！地址：%s，端口：%d\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr), ntohs(cli_addr.sin_port));
    
    // 接收数据
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recv(newsockfd, buffer, sizeof(buffer), 0) < 0) {
        perror("recv() error");
        return 0;
    }
    printf("客户端发送：%s\n", buffer);
    
    // 发送数据
    strcpy(buffer, "Hello, Client!");
    if (send(newsockfd, buffer, strlen(buffer), 0) < 0) {
        perror("send() error");
        return 0;
    }
    
    // 关闭socket
    close(newsockfd);
    close(sockfd);
    
    return 0;
}

五、模块4：数据报套接字通信的实现------基于UDP协议的通信

5.1 学习目标

  • 理解数据报套接字通信 的本质：基于UDP协议的不可靠的、无连接的通信
  • 掌握服务器端的实现方法：创建socket、绑定地址、接收数据、发送数据、关闭socket
  • 掌握客户端的实现方法：创建socket、发送数据、接收数据、关闭socket
  • 避开数据报套接字通信使用的3大常见坑

5.2 服务器端的实现方法

代码示例3：UDP服务器端程序

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int sockfd;
    socklen_t clilen;
    char buffer[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    
    // 创建socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
        return 0;
    }
    
    // 初始化服务器地址结构
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(12345);
    
    // 绑定地址
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("bind() error");
        return 0;
    }
    
    // 接收数据
    clilen = sizeof(cli_addr);
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen) < 0) {
        perror("recvfrom() error");
        return 0;
    }
    printf("客户端发送：%s\n", buffer);
    
    // 发送数据
    strcpy(buffer, "Hello, Client!");
    if (sendto(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&cli_addr, clilen) < 0) {
        perror("sendto() error");
        return 0;
    }
    
    // 关闭socket
    close(sockfd);
    
    return 0;
}

六、模块5：网络编程的避坑指南------避免常见问题

6.1 学习目标

  • 理解网络编程的常见问题：语法错误、逻辑错误、连接失败、发送失败、接收失败、内存泄漏
  • 掌握避免语法错误的方法：使用编译器检查代码
  • 掌握避免逻辑错误的方法：使用调试工具定位和修复问题
  • 掌握避免连接失败的方法：检查服务器地址和端口是否正确、检查防火墙是否开启
  • 掌握避免发送失败的方法：检查socket是否有效、检查发送的数据是否为空
  • 掌握避免接收失败的方法：检查socket是否有效、检查接收的数据是否为空
  • 掌握避免内存泄漏的方法：在使用完内存后，使用free()函数释放内存
  • 避开网络编程使用的3大常见坑

6.2 常见问题

6.2.1 连接失败

问题：无法连接到服务器，导致程序崩溃

解决方法：

  • 检查服务器地址和端口是否正确
  • 检查服务器是否正在运行
  • 检查防火墙是否开启
  • 使用telnet命令测试服务器是否可连接
6.2.2 发送失败

问题：无法发送数据到服务器，导致程序崩溃

解决方法：

  • 检查socket是否有效
  • 检查发送的数据是否为空
  • 检查网络连接是否正常
  • 使用调试工具定位和修复问题
6.2.3 接收失败

问题：无法接收服务器返回的数据，导致程序崩溃

解决方法：

  • 检查socket是否有效
  • 检查接收的数据是否为空
  • 检查网络连接是否正常
  • 使用调试工具定位和修复问题

七、模块6：实战案例分析------使用网络编程实现聊天程序

7.1 学习目标

  • 掌握使用网络编程实现聊天程序：使用流套接字通信实现客户端与服务器的聊天功能
  • 学会使用网络编程解决实际问题
  • 避开实战案例使用的3大常见坑

7.2 使用网络编程实现聊天程序

代码示例4：服务器端程序

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

#define MAX_CLIENTS 5

struct Client {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in addr;
};

struct Client clients[MAX_CLIENTS];
int num_clients = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *handle_client(void *arg) {
    struct Client *client = (struct Client *)arg;
    char buffer[1024];
    int read_size;
    
    while ((read_size = recv(client->sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0)) > 0) {
        buffer[read_size] = '\0';
        printf("客户端 %s:%d 发送：%s\n", inet_ntoa(client->addr.sin_addr), ntohs(client->addr.sin_port), buffer);
        
        // 广播消息给所有客户端
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        for (int i = 0; i < num_clients; i++) {
            if (clients[i].sockfd != client->sockfd) {
                send(clients[i].sockfd, buffer, strlen(buffer), 0);
            }
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    
    // 客户端断开连接
    printf("客户端 %s:%d 断开连接\n", inet_ntoa(client->addr.sin_addr), ntohs(client->addr.sin_port));
    
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    for (int i = 0; i < num_clients; i++) {
        if (clients[i].sockfd == client->sockfd) {
            for (int j = i; j < num_clients - 1; j++) {
                clients[j] = clients[j + 1];
            }
            num_clients--;
            break;
        }
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    close(client->sockfd);
    free(client);
    
    return NULL;
}

int main() {
    int sockfd, newsockfd;
    socklen_t clilen;
    struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
    pthread_t tid;
    
    // 创建socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
        return 0;
    }
    
    // 初始化服务器地址结构
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    serv_addr.sin_port = htons(12345);
    
    // 绑定地址
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("bind() error");
        return 0;
    }
    
    // 监听连接
    listen(sockfd, 5);
    clilen = sizeof(cli_addr);
    
    printf("等待客户端连接...\n");
    
    while (1) {
        // 接受连接
        newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen);
        if (newsockfd < 0) {
            perror("accept() error");
            return 0;
        }
        
        // 添加客户端到客户端列表
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (num_clients >= MAX_CLIENTS) {
            printf("客户端数量已达到上限！\n");
            close(newsockfd);
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            continue;
        }
        
        struct Client *client = (struct Client *)malloc(sizeof(struct Client));
        client->sockfd = newsockfd;
        client->addr = cli_addr;
        clients[num_clients++] = *client;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        
        printf("客户端 %s:%d 连接成功！\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr), ntohs(cli_addr.sin_port));
        
        // 创建线程处理客户端
        pthread_create(&tid, NULL, handle_client, client);
        pthread_detach(tid);
    }
    
    // 关闭socket
    close(sockfd);
    
    return 0;
}

代码示例5：客户端程序

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *receive_messages(void *arg) {
    int sockfd = *(int *)arg;
    char buffer[1024];
    int read_size;
    
    while ((read_size = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0)) > 0) {
        buffer[read_size] = '\0';
        printf("收到消息：%s\n", buffer);
    }
    
    if (read_size == 0) {
        printf("服务器断开连接！\n");
    } else if (read_size < 0) {
        perror("recv() error");
    }
    
    close(sockfd);
    exit(0);
    
    return NULL;
}

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char buffer[1024];
    pthread_t tid;
    
    // 创建socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket() error");
        return 0;
    }
    
    // 初始化服务器地址结构
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    server_addr.sin_port = htons(12345);
    
    // 连接服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("connect() error");
        return 0;
    }
    
    printf("连接服务器成功！\n");
    
    // 创建线程接收消息
    pthread_create(&tid, NULL, receive_messages, &sockfd);
    pthread_detach(tid);
    
    // 发送消息
    while (1) {
        printf("请输入消息：");
        fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = '\0';
        
        if (send(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0) < 0) {
            perror("send() error");
            return 0;
        }
        
        if (strcmp(buffer, "exit") == 0) {
            close(sockfd);
            return 0;
        }
    }
    
    return 0;
}

八、本章总结与课后练习

8.1 总结

✅ socket编程的基本概念 ：网络通信的接口，分为流套接字和数据报套接字

✅ TCP/IP协议的基本概念 ：网络通信的核心，分为应用层、传输层、网络层、数据链路层

✅ 客户端与服务器通信的实现 ：使用流套接字通信实现可靠的、面向连接的通信

✅ 数据报套接字通信的实现 ：使用数据报套接字通信实现不可靠的、无连接的通信

✅ 网络编程的避坑指南 ：避免语法错误、逻辑错误、连接失败、发送失败、接收失败、内存泄漏

✅ 实战案例分析：使用网络编程实现聊天程序，支持多个客户端同时连接

8.2 课后练习

  1. 编写程序：使用数据报套接字通信实现简单的网络聊天程序
  2. 编写程序：使用流套接字通信实现文件传输功能
  3. 编写程序：使用网络编程实现简单的HTTP服务器
  4. 编写程序：使用网络编程实现简单的FTP客户端
  5. 编写程序：使用网络编程实现简单的SMTP客户端
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