Linux C语言网络编程详细入门教程：如何一步步实现TCP服务端与客户端通信
文章目录
- Linux C语言网络编程详细入门教程：如何一步步实现TCP服务端与客户端通信
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- 前言
- 一、网络通信基础概念
- 二、服务端与客户端的完整流程图解
- 三、每一步的详细讲解和代码示例
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- 1. 创建Socket（服务端和客户端都要）
- 2. 绑定本地地址和端口（服务端用bind）
- 3. 设置监听（服务端listen）
- 4. 等待并接受连接（服务端accept）
- 5. 客户端发起连接（connect）
- 6. 数据收发（read/write）
- 7. 关闭socket
- 四、流程图&示意
- 五、错误处理机制（errno、perror、strerror）
- 六、完整最简服务端和客户端代码范例
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- 1. 服务端示例
- 2. 客户端示例
- 七、通用经验和常见问题排查
- 八、图解数据流和socket关系
- 九、总结
Linux C语言网络编程详细入门教程：如何一步步实现TCP服务端与客户端通信
前言
本文面向初学者，目标是让你“一看就懂、能马上动手实践”。从零讲起，手把手梳理服务端与客户端的构建全过程，每个函数、参数、典型用法、数据流向、底层机制、注意事项全部细细拆解，让你彻底明白如何让两个程序通过网络可靠通信。
一、网络通信基础概念
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什么是Socket？
- Socket（套接字）是操作系统为进程之间通过网络发送和接收数据而提供的一套“接口”。
- 类比现实世界，就是一台机器（主机）上的“电话插孔”，只有插上电话线（建立连接）你们才能说话。
- Socket抽象了所有底层的网络细节，为开发者提供了“像读写文件一样”进行网络通信的方式。
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IP和端口
- IP：主机的唯一网络地址，相当于“电话号码”。
- 端口：主机内部区分不同网络服务的编号，相当于“分机号”。
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TCP通信流程（面向连接）
- 服务端先开启，监听一个IP+端口。
- 客户端主动连接服务端的IP+端口。
- 建立连接（三次握手）。
- 双方可以互相发送和接收数据。
- 通信完成后关闭连接。
二、服务端与客户端的完整流程图解
服务端主要流程：
- 创建Socket
- 绑定本地IP和端口（bind）
- 设置为监听状态（listen）
- 死循环等待客户端连接（accept）
- 收发数据（read/write）
- 关闭通信（close）
客户端主要流程：
- 创建Socket
- 配置服务器IP和端口
- 发起连接请求（connect）
- 收发数据（read/write）
- 关闭通信（close）
三、每一步的详细讲解和代码示例
1. 创建Socket（服务端和客户端都要）
作用：告诉内核“我要用网络通信”，创建一个通信端点。
#include - domain：协议族，常用
AF_INET（IPv4）。 - type：套接字类型，常用
SOCK_STREAM（TCP，可靠流）。 - protocol：协议，通常填0，表示由系统自动选择。
举例：
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
perror("socket error");
exit(1);
}
- 返回值：成功时是一个“文件描述符”，失败返回-1。
2. 绑定本地地址和端口（服务端用bind）
作用：明确告诉操作系统“我用哪个IP+端口”来等待客户端连接。只有bind了，别人才能找到你。
#include htons/htonl是将主机字节序转为网络字节序（大端）。INADDR_ANY让你的服务监听本机所有网卡（IP）。
3. 设置监听（服务端listen）
作用：让socket进入“监听”状态，准备接收连接请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
- sockfd：刚才创建并bind过的socket。
- backlog：内核排队等待连接的最大数量。
举例：
if (listen(sockfd, 128) == -1) {
perror("listen error");
exit(1);
}
- 这时操作系统会帮你排队管理那些“想要连你”的客户端。
4. 等待并接受连接（服务端accept）
作用：阻塞等待客户端“来电”，接听一个新连接，为每个连接分配一个新的socket。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- sockfd：监听socket。
- addr：传出参数，获取客户端的IP+端口等信息。
- addrlen：addr结构体大小（调用前要赋初值）。
举例：
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &cliaddr_len);
if (connfd == -1) {
perror("accept error");
continue; // 或exit(1)
}
- connfd：每个客户端连接都会分配一个新socket，独立通信。
- 注意：监听socket（sockfd）只负责“等电话”，不能直接收发数据，后面通信都用connfd。
5. 客户端发起连接（connect）
作用：主动“打电话”给服务端，发起三次握手，连接指定IP+端口。
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
客户端配置服务器地址：
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(8888);
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &servaddr.sin_addr);
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
perror("connect error");
exit(1);
}
- inet_pton 用于将点分十进制IP字符串转为网络字节序整数。
6. 数据收发（read/write）
作用：收发字节流数据，就像读写文件一样。
write()发送数据到对方read()从对方接收数据
例子（双方都类似）：
char buf[1024];
// 发送
write(sockfd, "hello", 5);
// 接收
int n = read(sockfd, buf, sizeof(buf)-1);
if (n > 0) {
buf[n] = '\0';
printf("收到: %s\n", buf);
}
- 注意：read和write返回值要判断，<=0说明对方关闭了连接或出错。
- 服务器处理建议：每个连接完成后记得close(connfd)。
7. 关闭socket
作用：释放系统资源，断开连接。
close(sockfd); // 对服务端监听socket、通信socket、客户端socket都适用
四、流程图&示意
服务器端流程 客户端流程
--------------------------------------------------------
socket() socket()
| |
bind() connect()
| |
listen() |
| ---------三次握手
accept() <--------+ |
| | |
read()/write() <---+---> read()/write()
| | |
close() close() close()
五、错误处理机制（errno、perror、strerror）
- 每一步系统调用都可能出错，一定要检查返回值（-1 代表失败）。
- 出错后操作系统会设置errno变量（int类型，存放错误码）。
- perror(“描述”) 会直接把你的描述和错误原因一起打印到标准错误输出。
- strerror(errno) 把错误码转为字符串，可以写日志或文件。
例子：
if (bind(sockfd, ...) == -1) {
perror("bind error");
// fprintf(logfile, "bind error: %s\n", strerror(errno));
exit(1);
}
- 建议每个步骤都这样处理，排查故障时一清二楚。
六、完整最简服务端和客户端代码范例
1. 服务端示例
#include 2. 客户端示例
#include 七、通用经验和常见问题排查
- 端口被占用，bind出错：先用
netstat -ntlp查端口占用，或改端口再试。 - connect失败：IP、端口写错？服务器没开？防火墙拦截？
- read/write出错或为0：对方关闭了连接，需及时close。
- 每个连接用独立socket，主循环不要关listenfd。
- 大项目建议引入多线程或select/epoll提升并发能力。
八、图解数据流和socket关系
| 客户端 | 网络 | 服务端 |
+--------+---------------+-----------------------+
| | ---connect--> | [listenfd] |
| | <---三次握手--| |
| | | accept()产生[connfd] |
| |<->read/write<>| [connfd]<->[listenfd] |
| | ---close----->| [connfd closed] |
- listenfd负责排队监听，不用于通信。connfd负责与客户端通信。
九、总结
- 先socket()，再bind()（服务端），然后listen()，accept()连接，read/write通信，close()结束。客户端用connect()主动连接。
- 每一步都检查错误，配合perror/strerror打印详细信息，便于调试和维护。
- IP、端口、字节序、缓冲区管理要细心。
- 建议将代码拆分成模块，错误处理、日志、收发通信各自封装。
只要理解并掌握上面每一步、每个关键函数的使用，你就能独立搭建出稳定可靠的C语言网络通信程序！每次遇到问题都可以翻回来看，一步步排查流程，问题迎刃而解。