Linux网络编程基础（TCP socket编程）

不朽の燃梦

297人浏览 · 2026-05-24 23:49:12

不朽の燃梦 · 2026-05-24 23:49:12 发布

TCP（传输控制协议）Socket编程是实现网络通信的基础技术，它提供面向连接、可靠的数据传输服务。下面我将从编程模型、核心函数、代码实例和进阶技巧等方面进行全面介绍。

一、TCP编程模型

TCP编程采用客户端/服务器（C/S）模式，其基本流程如下：

服务器端步骤：

创建Socket：使用socket()函数创建一个套接字
绑定地址：使用bind()将套接字与IP地址和端口号关联
监听连接：使用listen()将套接字设置为监听状态
接受连接：使用accept()接受客户端的连接请求
收发数据：使用recv()/send()或read()/write()进行数据交互
关闭连接：使用close()释放资源

客户端步骤：

创建Socket：使用socket()函数创建一个套接字
连接服务器：使用connect()向服务器发起连接请求
收发数据：使用send()/recv()进行数据交互
关闭连接：使用close()释放资源

二、核心API函数详解

1. socket() - 创建套接字

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

domain：地址族，通常使用AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）
type：套接字类型，TCP使用SOCK_STREAM，UDP使用SOCK_DGRAM
protocol：协议，通常设为0表示默认协议

2. bind() - 绑定地址

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

将套接字与特定的IP地址和端口号关联。服务器端必须调用bind，因为客户端需要知道服务器的固定端口；而客户端通常不需要显式绑定，系统会在调用connect时自动分配一个临时端口。

3. listen() - 监听连接

int listen(int sockfd, int backlog);

将主动套接字转换为被动监听状态，backlog参数指定等待连接队列的最大长度。该函数只用于服务器端。

4. connect() - 发起连接（客户端）

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

客户端使用此函数向服务器发起连接请求，需要指定服务器的IP地址和端口号。连接成功后，客户端和服务器之间就建立了TCP连接，可以开始数据传输。

5. accept() - 接受连接（服务器端）

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

当有客户端连接请求到达时，接受该连接并返回一个新的套接字描述符用于与客户端通信。原监听套接字继续监听其他客户端的连接请求。

6. 数据收发函数

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

或使用更底层的read()/write()函数。recv的返回值：>0表示实际接收的字节数，0表示对端关闭连接，-1表示出错。

7. close() - 关闭套接字

int close(int fd);

关闭套接字，释放系统资源。通信结束后必须调用此函数。

三、完整代码示例

服务器端代码（TCP回显服务器）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8888
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    const char *hello = "Hello from server";

    // 1. 创建套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置套接字选项（可选，用于端口重用）
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 绑定地址
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 监听所有网络接口
    address.sin_port = htons(PORT);
    
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Server listening on port %d...\n", PORT);

    // 4. 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, 
                             (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Client connected!\n");

    // 5. 收发数据
    read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Received: %s\n", buffer);
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 6. 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

客户端代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8888

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    const char *hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};

    // 1. 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    // 2. 设置服务器地址
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);
    
    // 将IPv4地址从文本转换为二进制
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    // 3. 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    // 4. 收发数据
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Server response: %s\n", buffer);

    // 5. 关闭套接字
    close(sock);
    return 0;
}

四、关键注意事项

1. 地址结构体初始化

sockaddr_in结构体需要正确设置：

sin_family：必须设为AF_INET
sin_port：使用htons()转换为网络字节序
sin_addr.s_addr：服务器端通常使用INADDR_ANY监听所有接口，客户端使用inet_pton()或inet_addr()指定服务器IP

2. 为什么客户端不需要bind？

客户端不需要显式调用bind，因为当调用connect时，内核会自动为客户端套接字分配一个临时端口。而服务器必须绑定固定端口，否则客户端无法知道连接哪个端口。

3. 处理粘包和分包问题

TCP是流式协议，数据没有边界。在实际应用中，需要设计应用层协议来处理消息边界，常见方法包括：

固定长度消息：每个消息长度固定
长度前缀：在消息前添加长度字段
特殊分隔符：使用特定字符标记消息结束

4. 并发处理多客户端

上述示例只能处理一个客户端连接。实际生产环境需要：

多线程/多进程：每个客户端分配独立线程/进程
I/O多路复用：使用select()、poll()或epoll()（Linux）高效管理多个连接
事件驱动：使用libevent、Boost.Asio等库

五、编译与运行

# 编译服务器端
gcc -o server server.c

# 编译客户端
gcc -o client client.c

# 先在一个终端运行服务器
./server

# 在另一个终端运行客户端
./client

六、总结

TCP Socket编程的核心是理解客户端/服务器模型和六步流程：socket→bind→listen→accept→recv/send→close（服务器端），或socket→connect→send/recv→close（客户端）。掌握这些基础后，可以进一步学习非阻塞I/O、多线程服务器、epoll高级用法等进阶内容，以构建高性能的网络应用。