linux——TCP编程

Deitymoon2026-04-12 10:33

TCP编程API

socket = 买手机

bind = 给手机插卡绑定手机号

有了手机+号码，别人才能联系你

网络编程里：

服务器必须socket+bind

客户端只需要socket，不需要bind

服务器端

1.socket函数

复制代码 
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

作用：

创建一个 "通信端点"，相当于买一部手机。 成功返回一个 文件描述符 fd（像手机编号）。

参数：

1、 domain：你用哪种 "通信家族"

最常用就 2 个：

  • AF_INET → IPv4 网络通信（99% 用这个）
  • AF_INET6 → IPv6 通信

其他暂时不用管：

  • AF_UNIX：本机进程间通信
  • AF_PACKET：底层网卡抓包
  1. type：通信方式（最重要！）

  • SOCK_STREAM → 流式套接字 → 对应 TCP 协议→ 可靠、连接、有序

  • SOCK_DGRAM → 数据报套接字 → 对应 UDP 协议→ 不可靠、无连接、快

  • SOCK_RAW→ 原始套接字（自己写协议）

  1. protocol：几乎永远填 0

因为：

  • SOCK_STREAM 自动对应 TCP
  • SOCK_DGRAM 自动对应 UDP所以 写 0 就行！

返回值

  • 成功：返回 文件描述符（小整数，类似 3、4、5）
  • 失败：返回 -1

如果是IPV6编程，要使用struct sockddr_in6结构体（man 7 IPV6）,通常使用struct sockaddr_storage来编程。

2、bind()------绑定IP+端口

复制代码 
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

作用：

给 socket 绑定 IP 和端口号。 = 给手机绑定手机号。

参数

  1. sockfd

socket () 返回的文件描述符。

  1. addr：最重要！结构体

系统提供一个通用结构体：

复制代码 
struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;   // 地址家族 AF_INET
    char sa_data[14];       // 存放 IP + 端口
};

这个结构体难用、难看、不直观，所以我们用：

实际开发用：IPv4 专用结构体

复制代码 
struct sockaddr_in {
    short           sin_family;     // AF_INET
    uint16_t        sin_port;       // 端口号
    struct in_addr  sin_addr;       // IP地址
    char            sin_zero[8];    // 填充，必须填0
};

struct in_addr {
    uint32_t s_addr;
};

三个必须赋值的东西：

  1. sin_family = AF_INET
  2. sin_port = 端口号（要转网络字节序）
  3. sin_addr.s_addr = IP地址

超级重点：为什么要转字节序？

因为：

  • 电脑是 小端
  • 网络是 大端

所以必须用函数转换：

复制代码 
htons(port);   // 主机端口 → 网络端口

IP 地址怎么填？

服务器通常填：

复制代码 
INADDR_ANY

意思：本机所有网卡 IP 都可以连接我= 0.0.0.0

addrlen 地址长度，直接写：

复制代码 
sizeof(struct sockaddr_in)

总结：

  • socket = 创建通信端点

  • bind = 给端点绑定 IP + 端口

  • 服务器必须 bind，客户端不用

  • sockaddr_in 是给人用的，sockaddr 是给系统用的

  • 端口必须 htons ()，IP 可以 INADDR_ANY

    #include<stdio.h>
    #include <sys/types.h> /* See NOTES */
    #include <sys/socket.h>
    #include <unistd.h>
    #include<stdlib.h>
    #include <strings.h>
    #include <arpa/inet.h>

    #define SERV_IP 5001
    #define SERV_IP_ADDR "192.168.88.129"
    int main()
    {
    int fd = -1;

    复制代码 
          struct sockaddr_in sin;
      //1.socket
      fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
      if(fd<0)
      {
              perror("socket");
              exit(1);
      }

      bzero(&sin,sizeof(sin));

      sin.sin_family = AF_INET;
      sin.sin_port = htons(SERV_IP);
      sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);

      /*if(inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,&sin.sin_addr.s_addr) != 1)
        {
        perror("inet_pton");
        exit(1);
        }
        */
      //2.bind
      if(bind(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) <0)
      {
              perror("bind");
              exit(1);
      }
      return 0；

    }

这是一个最简单的 TCP 服务器雏形

  1. 向操作系统申请一个通信套接字（socket）
  2. 给这个套接字绑定固定的 IP 和端口
  3. 绑定成功后，这个程序就可以等待客户端连接了

①创建socket

复制代码 
int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

解释：

  • AF_INET：使用 IPv4 协议
  • SOCK_STREAM：使用 TCP 流式套接字
  • 0：自动匹配协议

返回值：

  • 成功：返回一个文件描述符 fd（整数，类似 3、4、5）
  • 失败：返回 -1

②清空结构体

复制代码 
bzero(&sin, sizeof(sin));

把结构体里的垃圾数据全部清 0，避免绑定失败。

③给结构体赋值（填IP、端口、协议）

复制代码 
sin.sin_family = AF_INET;        // 固定填 IPv4
sin.sin_port = htons(SERV_IP);   // 端口必须转字节序！
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);  // IP转网络格式

两个超级关键函数

  1. htons() 主机字节序 → 网络字节序端口必须用这个函数！

  2. inet_addr() 字符串 IP → 网络格式 IP"192.168.88.129" → 变成二进制

这种字符IP转为网络IP的优点是简单，但不支持IPv6，出错时返回 INADDR_NONE 也就是 0xffffffff，和广播地址冲突，现代不推荐

复制代码 
inet_pton(AF_INET, SERV_IP_ADDR, &sin.sin_addr);

还可以用inet_pton，这种方式支持支持 IPv4 和 IPv6，有明确返回值，出错好判断，这是现代 Linux 官方推荐写法，没有歧义，不会和广播地址冲突。成功 → 返回 1，地址错误 → 返回 0，函数失败 → 返回 -1

④绑定bind

复制代码 
bind(fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin));

解释：

  • fd：刚才创建的套接字
  • &sin：IP + 端口信息
  • 必须强转成 struct sockaddr *（系统规定）

3、listen()函数

复制代码 
int listen(int sockfd, int backlog);

作用

把你的 socket 从 **"主动去连别人"** 改成**"被动等别人来连我"**。

参数 sockfd

就是你 socket () 创建 + bind () 绑定 好的那个文件描述符。这个 fd 从此变成监听专用。

参数 backlog

backlog = 等待握手的队列长度

写 listen(fd, 5)，意思是：

内核会自动维护 两个队列

  1. **半连接队列（SYN 队列）**客户端发了第一次握手，还没完成连接。
  2. 全连接队列（ACCEPT 队列） 已经完成三次握手，等着被 accept () 取走的连接。

系统实际能同时处理的连接数

plaintext

复制代码 
2 * backlog + 1

你写 5 → 系统允许 11 个客户端 同时在排队握手。

为什么是 2*backlog+1？

因为：

  • 一半在握手中
  • 一半在已完成握手，等待 accept
  • +1 是预留位

listen 总结（最简单记忆）

  • listen 不阻塞！
  • listen 只是设置队列长度！
  • listen 之后，服务器才算真正可以被连接

4、accept()------阻塞等待客户端连接

复制代码 
int accept(
    int sockfd,
    struct sockaddr *addr,
    socklen_t *addrlen
);

作用

站在门口死等，客户端不来，我就不动。

重点：accept 是阻塞函数

  • 没有客户端连接 → 卡在这里不动

  • 客户端来了 → 立刻往下执行

参数解释

sockfd

监听 fd（经过 socket、bind、listen 的那个）

addr

输出型参数 → 用来保存客户端的 IP 和端口你传一个结构体地址进去，函数会自动把客户端信息填进去。

addrlen

**必须是指针！**必须先赋值长度：

复制代码 
socklen_t len = sizeof(client_addr);

accept 的返回值 ------ 最重要！

accept 成功会返回一个 全新的文件描述符！

两个 fd 的区别（必须背）

  1. sockfd（监听 fd）

    • 只负责等连接
    • 不负责通信

  2. cfd（新连接 fd）

    • 专门和客户端通信
    • read /write 都用它！

接着上面那段代码

复制代码 
//3.listen
        if(listen(fd,BACKLOG) < 0)
        {
                perror("listen");
                exit(1);
        }
//4.accept
        int newfd = -1;
        newfd = accept(fd,NULL,NULL);
        if(newfd < 0)
        {
                perror("accept");
                exit(1);
        }

listen(fd, BACKLOG) 到底在干嘛？

  • fd：创建好、绑定好 IP / 端口 的套接字

  • BACKLOG：队列长度（一般写 5、10、128）

作用：

告诉操作系统： 这个 fd 现在变成【监听套接字】，开始等待客户端连接！

关键点：

✅ listen 不阻塞✅ 执行完立刻往下走✅ 内核开始维护两个队列：半连接、全连接

accept 作用

阻塞等待客户端连接！ 没有客户端 → 卡在这里不动 客户端来了 → 返回 newfd

最关键：newfd 是什么？

newfd 是 全新的套接字

专门用来 和客户端通信

以后 read / write 全都用 newfd！

老的 fd 继续等待下一个客户!

5、接收客户端数据

复制代码 
#define BUFSIZE 1024
#define QUIT_STR "QUIT"

char buf[BUFSIZE];
        int ret = -1;
        //read
        while(1)
        {
                do
                {
                bzero(buf,BUFSIZE);
                ret = read(newfd,buf,BUFSIZE-1);
                }while(ret < 1);
                if(ret < 0)
                {
                        exit(1);
                }
                if(!ret)
                {
                        break;
                }
                printf("receive data:%s\n",buf);

                if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR)))
                {
                        printf("Client is exiting!\n");
                        break;
                }
        }

这段代码的作用：

无限循环读取客户端发来的数据， 如果读到 "QUIT" 就退出，客户端断开也退出，出错直接退出。

①定义

复制代码 
#define QUIT_STR "QUIT"   // 退出字符串：客户端发这个就断开
#define BUFSIZE 1024      // 缓冲区大小
char buf[BUFSIZE];        // 用来存放收到的数据

②定义变量

复制代码 
int ret = -1;      // 用来保存 read() 的返回值

③大循环：一直读，永不停止

复制代码 
while(1)  // 死循环：一直接收
{

④内层 do-while：保证读到有效数据

复制代码 
do
{
    bzero(buf, BUFSIZE);        // 清空缓冲区（非常重要）
    ret = read(newfd, buf, BUFSIZE-1);  // 读数据
} while(ret < 1);

  1. **bzero**把缓冲区清空，避免上次残留的数据干扰。

  2. read(newfd, buf, BUFSIZE-1)

  • newfd：和客户端通信的套接字
  • buf：存数据
  • BUFSIZE-1：留一个位置给字符串结束符 \0

3.while(ret < 1)

  • 没读到数据（ret=0）
  • 或者出错（ret<0）→ 继续读，直到读到有效数据

⑤出错判断

复制代码 
if(ret < 0)
{
    exit(1);   // read 失败，直接退出
}

⑥客户端断开链接

复制代码 
if(!ret)   // ret == 0
{
    break;  // 客户端关闭了连接，退出循环
}

⑦打印收到的数据

复制代码 
printf("receive data:%s\n", buf);

⑧判断是否退出命令

复制代码 
if(!strncasecmp(buf, QUIT_STR, strlen(QUIT_STR)))
{
    printf("Client is exiting!\n");
    break;
}

如果客户端发来的数据开头是 "QUIT"（不区分大小写）， 那就退出循环，关闭连接。

函数解释：

  • strncasecmp：不区分大小写比较
  • strlen(QUIT_STR)：只比较前 4 个字符（Q U I T）
  • 返回 0 → 相等 → !0 → 条件成立

客户端

客户端连接函数connect()

connect () = 客户端主动给服务器「打电话」！

  • 服务器在listen() 等着接电话
  • 客户端connect() 主动拨号
  • 电话通了（三次握手成功），connect 就成功！

函数原型

复制代码 
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

参数

  1. sockfd
  • 就是你用 socket() 创建出来的文件描述符
  • 作用：这是我用来打电话的手机
  1. serv_addr（最重要！）

这是目标服务器的地址结构体，里面必须放 3 样东西：

  1. sin_family = AF_INET
  2. sin_port = 服务器的端口（htons 转换）
  3. sin_addr.s_addr = 服务器的IP

一句话：

你要连接谁，就把谁的地址填在这里！

  1. addrlen

  • 地址结构体的长度

  • 固定写法：

    复制代码 
    sizeof(struct sockaddr_in)

返回值

  • 成功返回 0 → 电话打通了
  • 失败返回 -1 → 没打通（服务器没开、IP 错、端口错、防火墙拦了）

connect () 到底干了什么大事？（底层必懂）

它在底层自动完成 TCP 三次握手！

你不用写任何代码，它自己做：

  1. 客户端 → 发送 SYN 包 → 服务器
  2. 服务器 → 回复 SYN + ACK → 客户端
  3. 客户端 → 回复 ACK → 服务器

握手完成 → connect 返回 0 → 连接成功！

最关键区别

服务器：bind + listen + accept

客户端：connect

  • 服务器不主动连接 ，只负责等连接
  • 客户端主动连接 ，用 connect

connect 什么时候会失败？

  1. 服务器没启动
  2. IP 写错
  3. 端口写错
  4. 防火墙禁止连接 只要有一个错，直接返回 -1，报错：Connection refused（连接被拒绝）

总结

  1. connect 是客户端专属函数
  2. connect 作用：主动连接服务器
  3. connect 内部自动完成三次握手
  4. 成功返回 0，失败返回 -1
  5. 第二个参数必须填「服务器的 IP 和端口」

客户端用 connect 拨号，服务器用 accept 接电话，连接成功后，双方就可以 read/write 聊天了！

复制代码 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<strings.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_PORT 5001
#define SERV_IP_ADDR "192.168.88.129"
#define BUFSIZE 1024
#define QUIT_STR "QUIT"

int main()
{
	int fd = -1;
	struct sockaddr_in sin;
	fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(fd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(1);
	}

	bzero(&sin,sizeof(sin));

	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
	sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);

	if(connect(fd,(struct sockaddr*)&sin,sizeof(sin)) < 0)
	{
		perror("connect");
		exit(1);
	}

	char buf[BUFSIZE];
	while(1)
	{
		bzero(buf,BUFSIZE);

		if(fgets(buf,BUFSIZE-1,stdin) == NULL)
		{
			continue;
		}
		write(fd,buf,strlen(buf));

		if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR)))
		{
			break;
		}
	}
    close(fd);

	return 0;
}

整段代码的作用

这是一个TCP 客户端：

  1. 连接到 192.168.88.129:5001 服务器
  2. 从键盘输入内容
  3. 发送给服务器
  4. 输入 QUIT 就退出

①宏定义（配置信息）

复制代码 
#define SERV_PORT 5001              // 服务器端口
#define SERV_IP_ADDR "192.168.88.129"  // 服务器IP
#define BUFSIZE 1024                // 缓冲区大小
#define QUIT_STR "QUIT"             // 退出字符串

②创建 socket（买手机）

复制代码 
int fd = -1;
struct sockaddr_in sin;

fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(fd < 0)
{
    perror("socket");
    exit(1);
}
  • AF_INET：IPv4
  • SOCK_STREAM：TCP 协议
  • 返回文件描述符 fd，用于后续通信

③配置服务器地址（填对方号码）

复制代码 
bzero(&sin, sizeof(sin));    // 清空结构体

sin.sin_family = AF_INET;                // IPv4
sin.sin_port = htons(SERV_PORT);         // 服务器端口
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);  // 服务器IP

客户端必须填服务器的 IP 和端口！

④connect () 连接服务器（拨号！）

复制代码 
if(connect(fd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
{
    perror("connect");
    exit(1);
}
  • 主动连接服务器
  • 内部完成三次握手
  • 成功返回 0，失败返回 - 1

⑤循环从键盘读取并发送数据（核心逻辑）

复制代码 
char buf[BUFSIZE];
while(1)
{
    bzero(buf, BUFSIZE);       // 清空缓冲区

    // 从键盘读入
    if(fgets(buf, BUFSIZE-1, stdin) == NULL)
    {
        continue;
    }

    // 发送给服务器
    write(fd, buf, strlen(buf));

    // 如果输入 QUIT，退出
    if(!strncasecmp(buf, QUIT_STR, strlen(QUIT_STR)))
    {
        break;
    }
}

功能解释：

  1. fgets：从键盘获取你输入的内容
  2. write：把内容发送给服务器
  3. strncasecmp：比较是否是退出指令（不区分大小写）

运行结果

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