---

TCP網(wǎng)絡(luò)編程概述

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的傳輸層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信。與UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）不同，TCP提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸機制，確保數(shù)據(jù)能夠完整、有序地從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?。本文將詳?xì)介紹TCP協(xié)議的特點、TCP與UDP的差異、TCP編程流程以及客戶端和服務(wù)器的實現(xiàn)方式。

1. TCP協(xié)議的特點

TCP具有以下主要特點：

1. 面向連接：在通信前，TCP必須先建立連接。
2. 有序號和確認(rèn)機制：每個數(shù)據(jù)包都帶有序號，接收方需要發(fā)送確認(rèn)序號，確保數(shù)據(jù)有序接收。
3. 排序、檢錯和失敗重傳：TCP對接收到的數(shù)據(jù)進行排序，檢查數(shù)據(jù)的完整性，如有錯誤，會進行重傳。
4. 大文件傳輸：由于TCP能夠分片并重新組裝數(shù)據(jù)包，它特別適合大文件的可靠傳輸。
5. 不支持廣播和多播：與UDP不同，TCP不支持廣播和多播，只支持點對點通信。

在TCP通信中，客戶端和服務(wù)器的角色各不相同：

• TCP客戶端：主動向服務(wù)器發(fā)起連接。
• TCP服務(wù)器：被動等待客戶端連接。

2. TCP與UDP的差異

特點	TCP	UDP
面向連接	是	否
可靠傳輸	是	否
順序保證	是	否
傳輸效率	較低（需要連接、確認(rèn)等）	較高（無連接、無確認(rèn)）
數(shù)據(jù)傳輸大小限制	無	有（單個數(shù)據(jù)包有限制）
廣播/多播支持	否	是

TCP更適合需要可靠傳輸?shù)膽?yīng)用場景，如文件傳輸、郵件等，而UDP更適合實時性要求高的應(yīng)用，如視頻、語音傳輸。

3. TCP編程流程

編寫TCP程序時，主要流程如下：

1. 創(chuàng)建套接字：使用socket()函數(shù)創(chuàng)建TCP套接字。
2. 連接服務(wù)器（客戶端）或綁定端口并監(jiān)聽連接（服務(wù)器）。
3. 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)：通過send()和recv()函數(shù)進行數(shù)據(jù)交換。
4. 關(guān)閉連接：使用close()函數(shù)關(guān)閉套接字。
   

TCP網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)函數(shù)詳解

在編寫TCP程序時，通常會使用一系列網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來創(chuàng)建套接字、建立連接、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)并關(guān)閉連接。下面將對TCP網(wǎng)絡(luò)編程中常用的函數(shù)進行詳細(xì)講解，以幫助讀者更好地理解每個函數(shù)的用途及其使用方法。

1. socket()：創(chuàng)建套接字

socket()函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)，用于創(chuàng)建套接字（Socket）。套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的端點，類似于兩臺設(shè)備之間的通信通道。它的定義如下：

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

參數(shù)說明：

• domain：指定通信使用的地址族，常用的有：
  • AF_INET：IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
  • AF_INET6：IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
• type：指定套接字類型，常用的有：
  • SOCK_STREAM：流式套接字，用于TCP連接。
  • SOCK_DGRAM：數(shù)據(jù)報套接字，用于UDP連接。
• protocol：一般為0，表示使用默認(rèn)協(xié)議（TCP或UDP）。

返回值：

• 成功：返回套接字的文件描述符。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 創(chuàng)建TCP套接字
if (sock < 0) {perror("socket creation failed");
}

2. connect()：客戶端連接服務(wù)器

connect()函數(shù)用于客戶端主動向服務(wù)器發(fā)起連接請求。在TCP連接中，客戶端通過該函數(shù)連接指定的服務(wù)器。

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

參數(shù)說明：

• sockfd：客戶端套接字描述符。
• addr：服務(wù)器的地址結(jié)構(gòu)，通常為struct sockaddr_in。
• addrlen：地址結(jié)構(gòu)的大小。

返回值：

• 成功：返回0。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8000); // 服務(wù)器端口號
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.35.184.221"); // 服務(wù)器IP地址if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {perror("connect failed");
}

3. bind()：服務(wù)器綁定地址和端口

bind()函數(shù)用于將套接字綁定到指定的IP地址和端口號。服務(wù)器需要通過bind()來指定其服務(wù)的地址和端口。

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

參數(shù)說明：

• sockfd：服務(wù)器套接字描述符。
• addr：服務(wù)器地址結(jié)構(gòu)，通常為struct sockaddr_in。
• addrlen：地址結(jié)構(gòu)的大小。

返回值：

• 成功：返回0。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(9000); // 綁定端口9000
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 綁定本機所有IPif (bind(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {perror("bind failed");
}

4. listen()：監(jiān)聽連接請求

服務(wù)器通過listen()函數(shù)來監(jiān)聽客戶端的連接請求，進入監(jiān)聽狀態(tài)，準(zhǔn)備接受客戶端的連接。

int listen(int sockfd, int backlog);

參數(shù)說明：

• sockfd：服務(wù)器套接字描述符。
• backlog：連接隊列的大小，表示服務(wù)器可以處理的等待連接的客戶端數(shù)量。

返回值：

• 成功：返回0。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

if (listen(sock, 5) != 0) { // 最大連接等待隊列長度為5perror("listen failed");
}

5. accept()：接受客戶端連接

accept()函數(shù)用于服務(wù)器從連接隊列中取出一個客戶端連接，生成一個新的套接字，用于和該客戶端進行通信。

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

參數(shù)說明：

• sockfd：服務(wù)器監(jiān)聽套接字。
• addr：客戶端地址結(jié)構(gòu)，用于存儲連接的客戶端信息。
• addrlen：地址結(jié)構(gòu)的大小。

返回值：

• 成功：返回一個新的已連接套接字描述符，用于與客戶端通信。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
int client_sock = accept(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
if (client_sock < 0) {perror("accept failed");
}

6. send()：發(fā)送數(shù)據(jù)

send()函數(shù)用于向指定的套接字發(fā)送數(shù)據(jù)。

ssize_t send(int sockfd, const void *buffer, size_t length, int flags);

參數(shù)說明：

• sockfd：套接字描述符。
• buffer：指向需要發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• length：要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度。
• flags：通常為0，可選其他標(biāo)志位。

返回值：

• 成功：返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

char message[] = "Hello, TCP Server!";
if (send(sock, message, strlen(message), 0) < 0) {perror("send failed");
}

7. recv()：接收數(shù)據(jù)

recv()函數(shù)用于從指定的套接字接收數(shù)據(jù)。

ssize_t recv(int sockfd, void *buffer, size_t length, int flags);

參數(shù)說明：

• sockfd：套接字描述符。
• buffer：指向接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• length：緩沖區(qū)大小。
• flags：通常為0，可選其他標(biāo)志位。

返回值：

• 成功：返回接收到的字節(jié)數(shù)。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。
• 如果連接被關(guān)閉，返回0。

示例：

char buffer[128];
ssize_t bytes_received = recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (bytes_received > 0) {buffer[bytes_received] = '\0'; // 確保數(shù)據(jù)是以字符串形式輸出printf("Received data: %s\n", buffer);
} else if (bytes_received == 0) {printf("Connection closed by peer\n");
} else {perror("recv failed");
}

8. close()：關(guān)閉連接

close()函數(shù)用于關(guān)閉指定的套接字，釋放相關(guān)資源。

int close(int sockfd);

參數(shù)說明：

• sockfd：需要關(guān)閉的套接字描述符。

返回值：

• 成功：返回0。
• 失敗：返回-1，并設(shè)置errno。

示例：

close(sock); // 關(guān)閉套接字

TCP客戶端與服務(wù)端的實現(xiàn)案例

TCP客戶端實現(xiàn)

在TCP客戶端編程中，客戶端主動發(fā)起與服務(wù)器的連接。以下是一個基本的TCP客戶端代碼示例：

#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>typedef struct sockaddr_in addr_in;
typedef struct sockaddr addr;int main(int argc, char const *argv[]) {// 創(chuàng)建TCP套接字int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 連接TCP服務(wù)器addr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8000);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.35.184.221");if (connect(sock, (addr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {perror("connect");return -1;}printf("TCP server connect OK\n");// 每2秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)int n = 0;while (1) {char data[] = "hi, tcp server!";if (send(sock, data, strlen(data), 0) > 0) {printf("(%d)發(fā)送成功！\n", ++n);}sleep(2);}close(sock);return 0;
}

TCP服務(wù)器實現(xiàn)

TCP服務(wù)器是被動的，等待客戶端連接。在實現(xiàn)中，服務(wù)器需要首先綁定地址并監(jiān)聽客戶端連接，接著通過accept()函數(shù)接受客戶端的連接。以下是一個簡單的單聊TCP服務(wù)器實現(xiàn)：

#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>typedef struct sockaddr_in addr_in;
typedef struct sockaddr addr;typedef struct {int sock;char ip[INET_ADDRSTRLEN];
} client_info;void *readTask(void *arg) {client_info *info = (client_info *)arg;while (1) {char buf[128] = "";ssize_t len = recv(info->sock, buf, 128, 0);if (len > 0) {printf("%s: %s\n", info->ip, buf);}}
}void *sendTask(void *arg) {client_info *info = (client_info *)arg;while (1) {char buf[128] = "";fgets(buf, 128, stdin);buf[strlen(buf)-1] = 0;send(info->sock, buf, strlen(buf), 0);if (strncmp(buf, "bye", 3) == 0) break;}
}int main(int argc, char const *argv[]) {if (argc != 2) return -1;// 創(chuàng)建TCP套接字int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 設(shè)置服務(wù)器地址addr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(sock, (addr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {perror("bind");return -1;}listen(sock, 1000);printf("TCP server running\n");addr_in client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);int client_sock = accept(sock, (addr *)&client_addr, &client_addr_len);if (client_sock > 0) {client_info info;info.sock = client_sock;inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, info.ip, INET_ADDRSTRLEN);printf("Client connected: %s\n", info.ip);pthread_t read_tid, send_tid;pthread_create(&read_tid, NULL, readTask, &info);pthread_create(&send_tid, NULL, sendTask, &info);pthread_join(send_tid, NULL);}close(sock);return 0;
}

---

通過上述TCP網(wǎng)絡(luò)編程的介紹和實例代碼，讀者可以掌握如何使用TCP協(xié)議進行可靠的數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)實際需求實現(xiàn)功能豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。