Linux Socket 网络编程学习笔记

一、Socket 是什么

Socket 是一套网络编程接口，把网络通信抽象成文件描述符，可以像读写文件一样收发网络数据。

AF_INET：IPv4 协议
SOCK_STREAM：TCP 流式套接字
SOCK_DGRAM：UDP 数据报套接字

二、通用基础 API

1. socket 创建套接字

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int socket(int domain, int type, int protocol);

domain：协议族，AF_INET 代表 IPv4
type：套接字类型，SOCK_STREAM(TCP) / SOCK_DGRAM(UDP)
protocol：协议编号，填 0 自动匹配
返回值：成功返回套接字文件描述符；失败返回 -1

TCP：socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

UDP：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)

2. bind 绑定 IP 与端口

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

sockfd：socket 返回的文件描述符
addr：地址结构体，实际传 struct sockaddr_in，需要强制转换 (struct sockaddr *)&var
addrlen：地址结构体大小 sizeof(struct sockaddr_in)
返回：成功 0，失败 -1

✅ 服务端必须 bind；客户端 TCP 一般不需要 bind，内核自动分配临时端口。

INADDR_ANY：监听本机所有网卡，必须套 htonl(INADDR_ANY)。

3. connect 发起连接（TCP 客户端）

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int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：向服务端发起 TCP 连接请求，触发三次握手。
sockfd：客户端 socket fd
addr：目标服务端地址（IP、端口）
addrlen：地址结构体大小
返回：成功返回 0；失败返回 -1

UDP 也可以调用 connect，但不会产生网络报文，仅仅在内核记录对端地址，后续可以直接 send/recv，不用 sendto/recvfrom。

4. send 发送数据（TCP）

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ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

sockfd：通信文件描述符（accept 返回 cfd）
buf：待发送数据缓冲区首地址
len：想要发送的数据字节长度
flags：标志位，日常填 0
返回值：成功返回实际发送字节数；失败 -1

send 不保证全部发完；返回值小于 len 属于正常现象，业务代码建议循环发送。

5. recv 接收数据（TCP）

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ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

buf：接收缓冲区
len：缓冲区最大可接收字节
flags：默认 0
返回：
*

0：收到的字节数量
- 0：对端关闭连接（TCP 断开）
- -1：出错

⚠️ 考试高频考点：recv 返回 0 代表对方关闭 socket，不是没有数据。

6. listen 设置监听（TCP 服务端）

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int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：已经 bind 过的 socket
backlog：未处理连接请求队列的最大长度，并发连接排队上限。
返回：成功 0，失败 -1

socket→bind→listen 顺序不能颠倒。listen 把套接字从主动套接字变成被动监听套接字，等待别人来连接。

7. accept 接受客户端连接（TCP 服务端）

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

sockfd：listen 之后的监听套接字
addr：输出参数，保存客户端的 IP 端口信息，不需要可以填 NULL
addrlen：输入输出参数，传入结构体大小；调用结束返回真实客户端地址长度
返回值：成功返回新的通信文件描述符 cfd；失败 -1

重点区分两个 fd：

sockfd：监听套接字，一直用来等待新连接

cfd：accept 返回，专门和这一个客户端收发数据

三、UDP 专用接口 sendto / recvfrom

UDP 是无连接，没有 connect 建立连接，每次收发都要携带对方地址。

c 复制代码

// 发送
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

// 接收
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sendto：发送的时候带上目标 IP 端口
recvfrom：接收的时候，同时拿到发送方的地址信息
UDP 不存在返回 0 代表断开；UDP 无连接，对方退出你收不到任何通知。

如果你 UDP 调用 connect，之后可以直接使用 send/recv，不再需要 sendto/recvfrom。

四、地址结构体 sockaddr_in

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struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family;   // 协议族 AF_INET
    in_port_t      sin_port;     // 端口，**网络字节序 htons()**
    struct in_addr sin_addr;     // IPv4 地址结构体
    char           sin_zero[8];  // 占位填充，置 0
};

struct in_addr {
    in_addr_t s_addr; // 32 位 IP，网络大端
};

赋值示例

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struct sockaddr_in ser;
ser.sin_family = AF_INET;
ser.sin_port = htons(8888);
ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");

易错：inet_addr() 返回已经是网络大端，不要再套 htonl！

五、TCP 与 UDP 对比

项目	TCP	UDP
连接	面向连接，三次握手建立连接	无连接，直接发数据包
可靠性	可靠，丢包重传、有序	不可靠，不保证到达、不保证顺序
数据边界	字节流，没有消息边界	数据报，保留消息边界
开销	大	小
典型 API	socket-bind-listen-accept-connect-send-recv	socket-bind-sendto-recvfrom

UDP 头部简要

UDP 头部 4 个字段：源端口、目的端口、数据包长度、校验和，之后直接携带业务数据。特点：机制简单，资源开销小，不可靠。

TCP 三次握手简要

客户端发送 SYN 报文，请求建立连接
服务端返回 SYN+ACK 报文
客户端回复 ACK，连接正式建立，之后传输业务数据

六、TCP 完整调用流程

服务端

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socket() → bind() → listen() → accept()阻塞等待连接 → send()/recv() → close()

客户端

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socket() → connect() → send()/recv() → close()

七、高频坑点总结

TCP recv 返回 0 = 对方关闭连接；UDP recvfrom 永远不会返回 0 代表断开。
sin_port 端口必须 htons() 转为网络字节序。
accept 第二个参数是输出参数，用来拿到客户端 IP 端口，不需要可以填 NULL。
listen 只是开启监听，不会接收连接；真正获取连接靠 accept。
send 返回值不等于你传入 len，不一定全部发送完成，需要循环处理。
UDP 无连接，对方进程退出，本程序不会收到任何通知。