5.6 Linux 应用开发 网络编程

一、TCP 与 UDP 核心概念

1. 协议基础

• TCP（传输控制协议）：面向连接、可靠的全双工字节流，提供超时重传、流量控制、拥塞控制，保证数据有序、不丢失。
• UDP（用户数据报协议）：无连接、不可靠的报文协议，不保证顺序、不重传，开销小、延迟低。
• Socket：特殊的文件描述符，代表网络编程的资源，是应用层与传输层的接口。
• SOCK_STREAM：对应 TCP（流式套接字）。
• SOCK_DGRAM：对应 UDP（数据报套接字）。
• SOCK_RAW：原始套接字，可直接访问 IP、ICMP 等协议。

2. 网络分层模型

二、TCP 编程核心基础

1. 网络字节序

TCP/IP 协议规定：网络流数据采用大端字节序（高位字节存低地址），主机字节序（小端 / 大端）需转换。

• 核心转换函数（arpa/inet.h）

2. 地址结构体

• 通用地址结构体 struct sockaddr

struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;  // 16位地址族（AF_INET=IPv4）
    char        sa_data[14];// 14字节地址数据
};

• IPv4 专用结构体 struct sockaddr_in

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; // 地址族，填AF_INET
    in_port_t     sin_port;    // 16位端口号（网络字节序）
    struct in_addr sin_addr;   // 32位IP地址
    unsigned char sin_zero[8]; // 占位符，填0
};
struct in_addr {
    uint32_t s_addr; // 32位IP（网络字节序）
};

// 实际编程中用sockaddr_in填充，强转成sockaddr传入函数。

3. IP 地址转换函数

现代推荐用inet_pton/inet_ntop，支持 IPv4/IPv6，线程安全。

三、TCP 编程核心函数

1. socket()：创建套接字

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

// 参数：
// domain：地址族，AF_INET（IPv4）/AF_INET6（IPv6）
// type：套接字类型，SOCK_STREAM（TCP）/SOCK_DGRAM（UDP）
// protocol：协议，填 0（自动匹配 type 对应协议）
// 返回值：成功返回套接字文件描述符，失败返回 - 1
// 作用：打开一个网络通信端口，创建套接字对象

2. bind()：绑定地址（服务器专用）

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

// 参数：
// sockfd：socket()返回的套接字
// addr：绑定的地址（sockaddr_in强转）
// addrlen：地址结构体大小（sizeof(struct sockaddr)）
// 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1
// 作用：服务器绑定 IP 和端口，INADDR_ANY表示绑定本机所有可用 IP

// 填充示例：
struct sockaddr_in local;
loca