C
C语言网络编程：TCP/IP协议栈、套接字与通信实战
C语言网络编程涉及TCP/IP协议栈理解、套接字API使用及服务器客户端通信实现。内容涵盖TCP与UDP协议特性对比，Socket创建、绑定、监听、连接等核心步骤，并提供TCP/UDP及HTTP服务器的完整C代码示例。通过select模型演示多客户端并发处理，解析网络编程中的常见错误与配置要点，帮助开发者掌握底层网络交互机制。
C语言网络编程涉及TCP/IP协议栈理解、套接字API使用及服务器客户端通信实现。内容涵盖TCP与UDP协议特性对比，Socket创建、绑定、监听、连接等核心步骤，并提供TCP/UDP及HTTP服务器的完整C代码示例。通过select模型演示多客户端并发处理，解析网络编程中的常见错误与配置要点，帮助开发者掌握底层网络交互机制。
💡 网络编程是C语言开发的重要技能！互联网和物联网的普及，使得网络编程成为程序员的必备技能，C语言的高性能和可移植性使其在网络编程中具有重要地位。
应用层：提供用户服务，如HTTP、FTP、SMTP等
传输层：提供端到端的通信，如TCP、UDP
网络层：提供路由和转发功能，如IP、ICMP
数据链路层：提供物理连接和帧传输，如以太网、WiFi
TCP协议：
UDP协议：
创建套接字：
int socket(int domain, int type, int protocol);
绑定地址：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
监听连接：
int listen(int sockfd, int backlog);
接受连接：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
发送和接收数据：
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
关闭套接字：
int close(int sockfd);
TCP服务器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
int server_fd, new_socket;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *hello = "Hello from server";
// 创建套接字文件描述符
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置套接字选项
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);
// 绑定套接字到指定地址和端口
if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
perror("bind() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 监听连接
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("listen() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 接受连接
if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t *)&addrlen)) < 0) {
perror("accept() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 接收数据
read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
printf("收到客户端消息：%s\n", buffer);
// 发送数据
send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
printf("向客户端发送消息：%s\n", hello);
// 关闭套接字
close(new_socket);
close(server_fd);
return 0;
}
TCP客户端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
int sock = 0;
struct sockaddr_in serv_addr;
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *hello = "Hello from client";
// 创建套接字文件描述符
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(PORT);
// 将IPv4和IPv6地址从文本转换为二进制形式
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
perror("无效的地址/地址不可支持");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 连接服务器
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
perror("连接失败");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 发送数据
send(sock, hello, strlen(hello), 0);
printf("向服务器发送消息：%s\n", hello);
// 接收数据
read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
printf("收到服务器消息：%s\n", buffer);
// 关闭套接字
close(sock);
return 0;
}
UDP服务器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
int opt = 1;
int len;
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *hello = "Hello from UDP server";
// 创建套接字文件描述符
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
perror("socket() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置套接字选项
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
// 绑定套接字到指定地址和端口
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
perror("bind() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
len = sizeof(cliaddr);
// 接收数据
recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
printf("收到客户端消息：%s\n", buffer);
// 发送数据
sendto(sockfd, hello, strlen(hello), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, len);
printf("向客户端发送消息：%s\n", hello);
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
UDP客户端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
int len;
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *hello = "Hello from UDP client";
// 创建套接字文件描述符
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
perror("socket() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
len = sizeof(servaddr);
// 发送数据
sendto(sockfd, hello, strlen(hello), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, len);
printf("向服务器发送消息：%s\n", hello);
// 接收数据
recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, &len);
printf("收到服务器消息：%s\n", buffer);
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
代码示例5：HTTP服务器
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 4096
#define MAX_CLIENTS 10
void handle_client(int new_socket) {
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
char *response = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: 12\r\n\r\nHello, World!";
// 接收HTTP请求
read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
printf("收到HTTP请求：\n%s\n", buffer);
// 发送HTTP响应
send(new_socket, response, strlen(response), 0);
printf("向客户端发送响应：\n%s\n", response);
// 关闭套接字
close(new_socket);
}
int main() {
int server_fd, new_socket;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
int clients[MAX_CLIENTS];
int max_clients = MAX_CLIENTS;
int i, j, valread, sd;
int activity, max_sd;
fd_set readfds;
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
// 初始化客户端数组
for (i = 0; i < max_clients; i++) {
clients[i] = 0;
}
// 创建套接字文件描述符
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
perror("socket() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置套接字选项
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);
// 绑定套接字到指定地址和端口
if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
perror("bind() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 监听连接
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
perror("listen() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("HTTP服务器启动成功，监听端口：%d\n", PORT);
while (1) {
// 清空文件描述符集合
FD_ZERO(&readfds);
// 添加服务器套接字到集合
FD_SET(server_fd, &readfds);
max_sd = server_fd;
// 添加客户端套接字到集合
for (i = 0; i < max_clients; i++) {
sd = clients[i];
if (sd > 0) {
FD_SET(sd, &readfds);
}
if (sd > max_sd) {
max_sd = sd;
}
}
// 等待活动
activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);
if (activity < 0) {
perror("select() error");
}
// 如果服务器套接字有活动，说明有新连接
if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {
if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t *)&addrlen)) < 0) {
perror("accept() error");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 打印客户端信息
printf("新连接：套接字文件描述符=%d，IP=%s，端口=%d\n", new_socket, inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
// 将新套接字文件描述符添加到数组
for (i = 0; i < max_clients; i++) {
if (clients[i] == 0) {
clients[i] = new_socket;
break;
}
}
if (i == max_clients) {
printf("客户端数量已达上限！\n");
}
}
// 处理客户端活动
for (i = 0; i < max_clients; i++) {
sd = clients[i];
if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {
valread = read(sd, buffer, BUFFER_SIZE);
if (valread == 0) {
// 客户端关闭连接
getpeername(sd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t *)&addrlen);
printf("客户端断开连接：IP=%s，端口=%d\n", inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));
close(sd);
clients[i] = 0;
} else {
// 处理HTTP请求
buffer[valread] = '\0';
handle_client(sd);
// 关闭套接字
close(sd);
clients[i] = 0;
}
}
}
}
return 0;
}
✅ TCP/IP协议栈：用于网络通信的协议集合，分为应用层、传输层、网络层、数据链路层
✅ 套接字编程：网络通信的端点，用于实现服务器和客户端之间的通信
✅ 服务器/客户端通信：服务器监听连接，客户端发起连接，实现数据传输
✅ 实战案例分析：HTTP服务器开发，使用套接字编程和HTTP协议实现网络应用
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