【揭秘TCP原理】C语言实现网络编程实战案例详解

引言

TCP（传输控制协议）是互联网上应用最为广泛的传输层协议之一，它提供了可靠的、面向连接的服务。本文将深入探讨TCP的原理，并通过C语言实现一个简单的TCP服务器和客户端，以帮助读者更好地理解TCP的工作机制。

TCP原理概述

1. 面向连接

TCP是一种面向连接的协议，这意味着在数据传输之前，客户端和服务器之间需要建立一个连接。这个过程称为“三次握手”。

2. 可靠传输

TCP确保数据可靠传输，通过序列号、确认应答、重传机制等手段实现。

3. 流量控制

TCP通过滑动窗口机制实现流量控制，避免发送方发送的数据过多，导致接收方无法处理。

4. 拥塞控制

TCP通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等算法实现拥塞控制，确保网络稳定。

C语言实现TCP服务器和客户端

1. 服务器端代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);

    // 创建 socket 文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 强制绑定到端口 8080
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);

    // 绑定 socket 到端口 8080
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address))<0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取数据
    char buffer[1024] = {0};
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);

    // 关闭连接
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

2. 客户端代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};
    char *hello = "Hello from client";

    // 创建 socket 文件描述符
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);

    // 获取本地 IP 地址
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    // 发送数据
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 读取服务器响应
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Server : %s\n", buffer);

    // 关闭连接
    close(sock);
    return 0;
}

总结

本文通过C语言实现了TCP服务器和客户端，帮助读者理解TCP的工作原理。在实际应用中，TCP协议的很多细节需要深入研究和学习，但本文提供的案例可以帮助读者入门并为进一步学习打下基础。

引言