C语言TCP编程

最新推荐文章于 2025-04-22 13:12:42 发布

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分类专栏： C语言文章标签： tcp/ip 网络服务器

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/sunnylight218/article/details/138441079

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本文详细介绍了C语言TCP编程，涵盖了TCP/IP协议基础、C语言网络编程、TCP连接建立与通信实践、并发处理与多线程应用、安全性考虑及数据传输优化策略。内容包括TCP/IP协议栈概述、TCP与UDP协议对比、套接字编程原理、服务器与客户端程序设计、线程同步与互斥、加密技术应用以及性能评估等关键知识点。

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1. TCP/IP协议简介

1.1 TCP/IP协议栈概述

        TCP/IP协议栈是互联网协议系列，也称为TCP/IP协议族，它是一组网络通信协议的集合；

        TCP/IP协议栈分为4层，从下到上分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。其中，网络接口层负责接收和发送物理帧，网络层负责IP地址的寻址和路由选择，传输层负责提供可靠的传输服务，应用层则负责处理特定的应用程序细节；

        TCP/IP协议栈的设计具有灵活性和可扩展性，可以适应不同网络环境和应用需求的变化而变化。

1.2 TCP与UDP协议对比

        TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，它提供了数据确认、重传、流量控制等机制，保证了数据传输的可靠性和顺序性

        UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）则是一种无连接的、不可靠的传输层通信协议，它不提供数据确认和重传机制，也不保证数据传输的顺序性，但具有更高的传输效率和实时性。

        TCP和UDP的选择取决于具体的应用场景和需求，例如对于需要可靠传输的文件传输等应用，通常选择TCP协议；而对于实时性要求较高的音视频传输等应用，则可能选择UDP协议。

1.3 网络通信基本概念

（1）IP地址

        用于唯一标识网络中的一个节点（主机或路由器等），它由网络号和主机号组成，通常采用点分十进制表示法。

（2）端口号

        用于标识主机上的一个应用程序或服务，它是一个16位的整数，范围从0到65535。

（3）套接字

        是网络通信的基本单元，用于实现不同主机间的通信。在TCP/IP协议中，套接字通常由一个IP地址和一个端口号组成。

1.4 客户端-服务器架构

        客户端-服务器架构是一种常见的网络通信架构，其中客户端负责发起请求并接收响应，而服务器则负责处理请求并返回响应；

        在TCP/IP协议中，客户端和服务器之间通过建立套接字连接来实现通信。客户端向服务器发送请求时，需要指定服务器的IP地址和端口号；服务器在接收到请求后，会处理请求并返回响应给客户端；

        客户端-服务器架构具有可扩展性和易维护性等优点，可以方便地实现分布式系统和网络服务等功能。

2. C语言网络编程基础

2.1 套接字编程概念及原理

（1）套接字（socket）定义

        套接字是一种独立于协议的网络编程接口，用于实现不同主机上的应用进程间双向通信；

（2）套接字工作原理

        通过创建套接字、绑定地址与端口、监听连接、接受请求与发送数据等步骤实现网络通信；

（3）套接字通信流程

        包括服务器端和客户端的套接字创建、连接、数据交换和关闭等操作。

2.2 套接字类型与地址结构

（1）套接字类型

        包括流式套接字（SOCK_STREAM）、数据报套接字（SOCK_DGRAM）和原始套接字（SOCK_RAW）等；

（2）套接字地址结构

        IPv4地址使用`sockaddr_in`结构，包含地址族、IP地址和端口号等信息；IPv6地址使用`sockaddr_in6`结构；

（3）地址转换函数

        用于将主机名转换为IP地址，以及将服务名转换为端口号等

2.3 常用网络函数库介绍

（1）BSD Socket API

        提供了一组丰富的网络编程函数，包括套接字创建、地址绑定、监听与连接、数据发送与接收等；

（2）Windows Sockets API（Winsock.h）

        在Windows平台上进行网络编程的接口，与BSD Socket API类似但有一些差异;

（3）跨平台网络库

        如libevent、Boost.Asio等，提供了跨平台的网络编程解决方案

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