TCP/UDP 通用通信代码库（C语言实现）

一、C 语言网络编程基础

（一）套接字概念与特点

        介绍套接字是网络通信中的端点，具有跨进程、跨网络、双向通信、协议无关性和地址绑定等特点。

        套接字作为网络通信的端点，实现了不同进程之间的数据交换，无论这些进程是在同一台机器上还是分布在不同的网络位置。跨进程通信使得不同的程序能够协同工作，共同完成复杂的任务。跨网络通信则打破了物理位置的限制，只要网络可达，不同地点的进程就可以进行通信。双向通信意味着套接字既可以发送数据，也可以接收数据，为交互性的应用提供了基础。协议无关性使得套接字可以支持多种网络协议，不仅仅局限于特定的一种，增加了其灵活性和适用性。而地址绑定则为每个套接字分配了唯一的地址，包括 IP 地址和端口号，确保数据能够准确地发送到目标套接字。

（二）头文件 <sys/socket.h> 概述

1.数据类型：socklen_t、sockaddr 等结构体的作用和意义。

• socklen_t 是一种无符号整型，通常用于表示与套接字相关的参数大小，如地址长度等，确保了跨平台的兼容性。在不同的操作系统中，对于地址长度等参数的表示可能会有所不同，socklen_t 的使用可以避免这种差异带来的问题。
• sockaddr 是一个通用的套接字地址结构，它被设计为一个抽象层，允许应用程序通过同一接口处理不同类型的网络协议和地址族。sockaddr 通常与更具体的结构体如 sockaddr_in（用于 IPv4）和 sockaddr_in6（用于 IPv6）结合使用。这些具体的结构体包含了特定协议所需的地址信息，如 IP 地址和端口号等。

2.常量：AF_INET、SOCK_STREAM 等常量的含义及用途。

• AF_INET 是地址族常量，标识 IPv4 协议。在网络编程中，当我们使用 AF_INET 时，意味着我们将使用 IPv4 地址进行通信。IPv4 地址由四个字节组成，通常以点分十进制形式表示，如 192.168.1.1。
• SOCK_STREAM 是套接字类型常量，对应 TCP（面向连接的流套接字）。使用 SOCK_STREAM 类型的套接字可以实现可靠的数据传输，数据按序到达，不会出现丢失、重复或乱序的情况。这种类型的套接字适用于对数据传输可靠性要求较高的应用，如文件传输、电子邮件等。

3.函数：socket、bind、listen 等函数的功能和参数解析。

• socket 函数用于创建一个新的套接字，它的原型为 int socket(int domain, int type, int protocol)。其中，domain 参数指定通信域（地址族），如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）；type 参数指定套接字类型，如 SOCK_STREAM（TCP）或 SOCK_DGRAM（UDP）；protocol 参数指定使用的协议，一般设置为 0，让系统自动选择与 domain 和 type 匹配的默认协议。如果成功创建套接字，返回一个非负整数，即套接字描述符，用于后续的套接字操作；如果失败，返回 -1，并设置全局变量 errno 为相应的错误代码。
• bind 函数将一个套接字与本地地址（IP 地址和端口号）绑定，使得该套接字可以接收发往该地址的连接请求或数据报。它的原型为 int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)。sockfd 是由 socket 函数返回的套接字描述符，addr 是一个指向包含本地地址信息的 sockaddr 结构体的指针，addrlen 是 addr 所指向的结构体的长度。
• listen 函数使一个 TCP 套接字进入被动监听状态，等待客户端的连接请求。它的原型为 int listen(int sockfd, int backlog)。sockfd 是要监听的套接字描述符，backlog 参数指定同时可接纳的最大连接请求队列长度。

二、TCP 通信实现

（一）服务器端流程

1.创建套接字：socket 函数参数及返回值解析。

• socket函数用于创建一个新的套接字，其原型为int socket(int domain, int type, int protocol)。其中，domain参数指定通信域，通常使用AF_INET表示 IPv4 地址族。type参数指定套接字类型，对于 TCP 通信，使用SOCK_STREAM表示面向连接的流套接字。protocol参数指定使用的协议，一般设置为 0，让系统自动选择与domain和type匹配的默认协议，通常为IPPROTO_TCP。如果成功创建套接字，返回一个非负整数，即套接字描述符，用于后续的套接字操作；如果失败，返回 -1，并设置全局变量errno为相应的错误代码。

2.绑定地址：sockaddr_in 结构体与 bind 函数的使用。

• sockaddr_in结构体用于存储 IPv4 地址和端口号等信息。其成员包括sin_family（通常设置为AF_INET）、sin_port（存储端口号，需使用htons函数将主机字节序转换为网络字节序）、sin_addr（存储 IP 地址，可使用inet_addr函数将点分十进制形式的 IP 地址转换为整数形式）和sin_zero（一般用 0 填充，确保结构体大小与sockaddr结构体一致）。bind函数将一个套接字与本地地址（IP 地址和端口号）绑定，其原型为int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)。sockfd是由socket函数返回的套接字描述符，addr是一个指向sockaddr_in结构体的指针，需强制转换为const struct sockaddr *类型&