网络编程 —— TCP 和 UDP 编程详解

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分类专栏： # Linux 应用文章标签：网络 tcp/ip udp

于 2023-11-15 00:00:00 首次发布

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本文详细介绍了网络编程中的关键函数，如socket、bind、listen、accept、connect、send和recv等，以及TCP和UDP的区别，并给出了TCP和UDP在服务端和客户端的代码示例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、网络编程主要函数介绍

1. socket 函数

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

此函数用于创建一个套接字

domain 是网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX 和 AF_INET 等)。

AF_UNIX 只能够用于单一的 Unix 系统进程间通信，而 AF_INET 是针对 Internet 的，因而可以允许远程通信使用。

type 是网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM 等)。

SOCK_STREAM 表明用的是 TCP 协议，这样会提供按顺序的，可靠，双向，面向连接的比特流。
SOCK_DGRAM 表明用的是 UDP 协议，这样只会提不可靠，无连接的通信。

关于 protocol，由于指定了 type，所以这个地方一般只要用 0 来代替就可以了。

此函数执行成功时返回文件描述符，失败时返回-1,看 errno 可知道出错的详细情况

2. bind 函数

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

从函数用于将地址绑定到一个套接字。

sockfd 是由 socket 函数调用返回的文件描述符。

my_addr 是一个指向 sockaddr 的指针。

addrlen 是 sockaddr 结构的长度。

sockaddr 的定义：

struct sockaddr{

unisgned short as_family;

char sa_data[14];

};

不过由于系统的兼容性 , 我们一般使用另外一个结构 (struct sockaddr_in) 来代替。 sockaddr_in 的定义：

struct sockaddr_in{

unsigned short sin_family;

unsigned short sin_port;

struct in_addr sin_addr; // // 结构体套结构体 sin_addr.s_addr

unsigned char sin_zero[8];

}

如果使用 Internet 所以 sin_family 一般为 AF_INET。

sin_addr 设置为 INADDR_ANY 表示可以和任何的主机通信。

sin_port 是要监听的端口号。

bind 将本地的端口同 socket 返回的文件描述符捆绑在一起.

成功则返回 0, 失败则情况和 socket 一样。

3. listen 函数

int listen(int sockfd,int backlog);

此函数宣告服务器可以接受连接请求。

sockfd 是 bind 后的文件描述符。

backlog 设置请求排队的最大长度。当有多个客户端程序和服务端相连时，使用这个表示可以介绍的排队长度。

listen 函数将 bind 的文件描述符变为监听套接字，返回的情况和 bind 一样。

4. accept 函数

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

服务器使用此函数获得连接请求，并且建立连接。

addr，addrlen 是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了， bind,listen 和 accept 是服务器端用的函数。

accept 调用时，服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接。

accept 成功时返回最后的服务器端的文件描述符，这个时候服务器端可以向该描述符写信息了，失败时返回-1 。

5. connect 函数

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

可以用 connect 建立一个连接，在 connect 中所指定的地址是想与之通信的服务器的地址。

sockfd 是 socket 函数返回的文件描述符。

serv_addr 储存了服务器端的连接信息，其中 sin_add 是服务端的地址。

addrlen 是 serv_addr 的长度

connect 函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回 0，sockfd 是同服务端通讯的文件描述符，失败时返回-1。

6. send 函数

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

sockfd 指定发送端套接字描述符；

buf 指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区；

len 指明实际要发送的数据的字节数；

flags 一般置 0。

客户或者服务器应用程序都用 send 函数来向 TCP 连接的另一端发送数据

7. recv 函数

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

sockfd 指定接收端套接字描述符；

buf 指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放 recv 函数接收到的数据；

len 指明 buf 的长度；

flags 一般置 0。

客户或者服务器应用程序都用 recv 函数从 TCP 连接的另一端接收数据。

8. recvfrom 函数

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

recvfrom 通常用于无连接套接字，因为此函数可以获得发送者的地址。

src_addr 是一个 struct sockaddr 类型的变量，该变量保存源机的 IP 地址及端口号。

addrlen 常置为 sizeof （struct sockaddr）。

9. sendto 函数

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

sendto 和 send 相似，区别在于 sendto 允许在无连接的套接字上指定一个目标地址。

dest_addr 表示目地机的 IP 地址和端口号信息，

addrlen 常常被赋值为 sizeof （struct sockaddr）

sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

二、TCP 和 UDP 原理上的区别

TCP 向它的应用程序提供了面向连接的服务。这种服务有 2 个特点：可靠传输、流量控制（即发送方/接收方速率匹配）。它包括了应用层报文划分为短报文，并提供拥塞控制机制。

UDP 协议向它的应用程序提供无连接服务。它没有可靠性，没有流量控制，也没有拥塞控制。

三、TCP 编程

服务端运用到的函数：

1. socket
2. bind
3. listen
4. accept
5. recv

1.服务端代码

#include <sys/types.h>         
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>


/* socket
 * bind
 * listen
 * accept
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888
#define BACKLOG     10

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketServer;
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
	struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
	int iRet;
	int iAddrLen;

	int iRecvLen;
	unsigned char ucRecvBuf[1000];

	int iClientNum = -1;

	signal(SIGCHLD,SIG_IGN); // 信号量,避免出现僵尸进程
	
	// 创建服务端套接字
	iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == iSocketServer)
	{
		printf("socket error!\n");
		return -1;
	}
	
	// 设置服务器地址信息
	tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
	tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
 	tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
	
	// 绑定套接字到指定地址和端口
	iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
	if (-1 == iRet)
	{
		printf("bind error!\n");
		return -1;
	}
	// 监听连接请求	
	iRet = listen(iSocketServer, BACKLOG);
	if (-1 == iRet)
	{
		printf("listen error!\n");
		return -1;
	}

	while (1)
	{
		iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
		iSocketClient = accept(iSocketServer, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen); // 接受客户端连接
		if (-1 != iSocketClient)
		{
			iClientNum++;
			printf("Get connect from client %d : %s\n",  iClientNum, inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr));
			if (!fork())
			{
				/* 子进程的源码 */
				while (1)
				{
					/* 接收客户端发来的数据并显示出来 */
					iRecvLen = recv(iSocketClient, ucRecvBuf, 999, 0);
					if (iRecvLen <= 0)
					{
						close(iSocketClient);
						return -1;
					}
					else
					{
						ucRecvBuf[iRecvLen] = '\0';
						printf("Get Msg From Client %d: %s\n", iClientNum, ucRecvBuf);
					}
				}				
			}
		}
	}
	
	close(iSocketServer);
	return 0;
}

客户端运用到的函数：

1. socket
2. connect
3. send

2.客户端代码

#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

/* socket
 * connect
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
	
	int iRet;
	unsigned char ucSendBuf[1000];
	int iSendLen;

	if (argc != 2)
	{
		printf("Usage:\n");
		printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	// 创建客户端套接字
	iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	// 设置服务器地址信息
	tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
	tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  // host to net 端口号
 	if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr)) //  ASCLL to net 把argv[1]存到地址中去
 	{
		printf("invalid server_ip\n");
		return -1;
	}
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8); // 清0


	iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));	
	if (-1 == iRet)
	{
		printf("connect error!\n");
		return -1;
	}

	while (1)
	{
		if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin)) // 从输入流stdin即输入缓冲区中读取999个字符到sendbuf中
		{
			iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
			if (iSendLen <= 0)
			{
				close(iSocketClient);
				return -1;
			}
		}
	}
	
	return 0;
}

编译执行结果：

四、UDP 编程

服务端运用到的函数：

1. socket
2. bind
3. sendto/recvfrom

1.服务端代码

#include <sys/types.h>         
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>

/* socket
 * bind
 * sendto/recvfrom
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketServer;
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
	struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
	int iRet;
	int iAddrLen;

	int iRecvLen;
	unsigned char ucRecvBuf[1000];

	int iClientNum = -1;
	
	iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (-1 == iSocketServer)
	{
		printf("socket error!\n");
		return -1;
	}

	tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
	tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
 	tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
	
	iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
	if (-1 == iRet)
	{
		printf("bind error!\n");
		return -1;
	}


	while (1)
	{
		iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
		iRecvLen = recvfrom(iSocketServer, ucRecvBuf, 999, 0, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen);
		if (iRecvLen > 0)
		{
			ucRecvBuf[iRecvLen] = '\0';
			printf("Get Msg From %s : %s\n", inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr), ucRecvBuf);
		}
	}
	
	close(iSocketServer);
	return 0;
}

客户端运用到的函数：

1. socket
2. connect
3. send

2.客户端代码

#include <sys/types.h>         
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

/* socket
 * connect
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
	
	int iRet;
	unsigned char ucSendBuf[1000];
	int iSendLen;
	int iAddrLen;

	if (argc != 2)
	{
		printf("Usage:\n");
		printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
		return -1;
	}

	iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
	tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
 	if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr))
 	{
		printf("invalid server_ip\n");
		return -1;
	}
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);

#endif

	while (1)
	{
		if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin))
		{
			iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
			iSendLen = sendto(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0,(const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, iAddrLen);

			if (iSendLen <= 0)
			{
				close(iSocketClient);
				return -1;
			}
		}
	}
	
	return 0;
}