TCP/IP-——C++編程詳解

1. TCP/IP 編程基本概念

  • TCP（傳輸控制協議）：面向連接、可靠的傳輸層協議，保證數據順序和完整性。
  • IP（網際協議）：負責將數據包路由到目標地址。
  • Socket（套接字）：網絡通信的端點，通過IP和端口標識。

2. 服務器端實現步驟

步驟 1：創建套接字
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <iostream>int main() {// 創建套接字int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_fd == -1) {std::cerr << "Socket creation failed\n";return -1;}
步驟 2：綁定套接字到地址和端口
    // 設置地址結構struct sockaddr_in address;address.sin_family = AF_INET;          // IPv4address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 綁定所有接口address.sin_port = htons(8080);        // 端口號（需轉為網絡字節序）// 綁定套接字if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {std::cerr << "Bind failed\n";return -1;}
步驟 3：監聽連接請求
    // 監聽，隊列長度設為5if (listen(server_fd, 5) < 0) {std::cerr << "Listen failed\n";return -1;}std::cout << "Server listening on port 8080...\n";
步驟 4：接受客戶端連接
    // 接受連接int addrlen = sizeof(address);int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);if (new_socket < 0) {std::cerr << "Accept failed\n";return -1;}std::cout << "Client connected\n";
步驟 5：接收和發送數據
    // 接收數據char buffer[1024] = {0};int valread = read(new_socket, buffer, 1024);std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;// 發送響應const char* response = "Hello from server";send(new_socket, response, strlen(response), 0);std::cout << "Response sent\n";
步驟 6：關閉套接字
    close(new_socket);close(server_fd);return 0;
}

3. 客戶端實現步驟

步驟 1：創建套接字
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <iostream>int main() {// 創建套接字int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sock == -1) {std::cerr << "Socket creation failed\n";return -1;}
步驟 2：設置服務器地址
    struct sockaddr_in serv_addr;serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(8080);  // 服務器端口// 將IP地址從字符串轉為二進制格式if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {std::cerr << "Invalid address\n";return -1;}
步驟 3：連接到服務器
    if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {std::cerr << "Connection failed\n";return -1;}std::cout << "Connected to server\n";
步驟 4：發送和接收數據
    // 發送數據const char* message = "Hello from client";send(sock, message, strlen(message), 0);std::cout << "Message sent\n";// 接收響應char buffer[1024] = {0};int valread = read(sock, buffer, 1024);std::cout << "Server response: " << buffer << std::endl;
步驟 5：關閉套接字
    close(sock);return 0;
}

4. 關鍵函數和結構體

  • socket(): 創建套接字。
  • bind(): 綁定套接字到地址和端口。
  • listen(): 進入監聽狀態。
  • accept(): 接受客戶端連接。
  • connect(): 客戶端連接到服務器。
  • send()/recv() 或 write()/read(): 發送和接收數據。
  • sockaddr_in: 存儲地址信息的結構體（IPv4）。

5. 注意事項

  1. 錯誤處理：每次調用網絡函數后檢查返回值。
  2. 字節序轉換：
    • htons(): 主機字節序轉網絡字節序（端口）。
    • inet_pton(): 字符串IP轉二進制。
  3. 資源釋放：使用 close() 關閉套接字。
  4. 端口復用：通過 setsockopt() 設置 SO_REUSEADDR 選項。

6. 完整示例代碼

  • 服務器端

    #include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int server_fd, new_socket;struct sockaddr_in address;int addrlen = sizeof(address);char buffer[1024] = {0};const char* hello = "Hello from server";// 創建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 綁定socketaddress.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(8080);if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 監聽socketif (listen(server_fd, 3) < 0) {perror("listen");exit(EXIT_FAILURE);}// 接受連接if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}// 讀取客戶端發送的數據read(new_socket, buffer, 1024);std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;// 向客戶端發送數據send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);std::cout << "Hello message sent\n";// 關閉socketclose(new_socket);close(server_fd);return 0;
}
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int server_fd, new_socket;struct sockaddr_in address;int addrlen = sizeof(address);char buffer[1024] = {0};const char* hello = "Hello from server";// 創建socketif ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 綁定socketaddress.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(8080);if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 監聽socketif (listen(server_fd, 3) < 0) {perror("listen");exit(EXIT_FAILURE);}// 接受連接if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}// 讀取客戶端發送的數據read(new_socket, buffer, 1024);std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;// 向客戶端發送數據send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);std::cout << "Hello message sent\n";// 關閉socketclose(new_socket);close(server_fd);return 0;
}

  • 客戶端：

    #include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int sock = 0;struct sockaddr_in serv_addr;char buffer[1024] = {0};const char* hello = "Hello from client";// 創建socketif ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {std::cerr << "Socket creation error" << std::endl;return -1;}// 設置服務器地址serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(8080);// 將IP地址從字符串轉換為網絡格式if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {std::cerr << "Invalid address/Address not supported" << std::endl;return -1;}// 連接到服務器if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {std::cerr << "Connection Failed" << std::endl;return -1;}// 向服務器發送數據send(sock, hello, strlen(hello), 0);std::cout << "Hello message sent" << std::endl;// 讀取服務器發送的數據read(sock, buffer, 1024);std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;// 關閉socketclose(sock);return 0;
}

編譯運行：

# 編譯服務器
g++ server.cpp -o server
# 編譯客戶端
g++ client.cpp -o client# 啟動服務器
./server
# 啟動客戶端（另起終端）
./client

對于更復雜的場景（如多客戶端并發），需結合多線程或異步I/O（如 select/epoll）進行擴展。

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