C语言网络编程基础与套接字介绍

# 1. 计算机网络基础

## 1.1 网络基础概述

计算机网络是指利用通信设备与线路，将地理位置不同的计算机及其外部设备互相连接起来，以传输数据或共享硬件、软件和数据等资源的系统。计算机网络的发展已经深刻地改变了人们的生活和工作方式，成为现代社会必不可少的基础设施之一。

## 1.2 OSI模型与TCP/IP协议

计算机网络通常采用OSI（Open System Interconnection）模型或TCP/IP协议来进行数据传输。OSI模型将计算机网络通信划分为七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP/IP协议则是实际应用较为广泛的网络传输协议，包括网络层的IP协议、传输层的TCP或UDP协议等。

## 1.3 IP地址与端口号的概念

在计算机网络中，IP地址用于标识网络中的不同主机，端口号则用于标识主机中的不同服务。IP地址分为IPv4和IPv6两种类型，IPv4采用32位地址，而IPv6采用128位地址，用于解决IPv4地址短缺的问题。端口号范围为0~65535，其中0~1023为系统保留端口，常用端口如HTTP的80端口、FTP的21端口等。

# 2. C语言网络编程基础

### 2.1 网络编程简介

网络编程是利用计算机网络进行通信的编程技术，其主要目的是实现不同计算机之间的数据传输和通信。在C语言中，网络编程可以通过套接字（socket）来实现。

### 2.2 套接字的概念与分类

套接字是网络编程中的一种抽象，用于描述网络中的两个通信实体之间的连接。套接字根据不同的通信需求和协议可以分为流套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）两种类型。

### 2.3 套接字编程基础函数介绍

在C语言中，套接字编程主要通过以下几个基础函数来实现：
- **socket()**：创建套接字
- **bind()**：将套接字绑定到一个地址和端口
- **listen()**：监听连接请求
- **accept()**：接受连接请求
- **connect()**：发起与远程套接字的连接请求
- **send()**和**recv()**：发送和接收数据

以上是套接字编程中的一些基础函数，接下来我们将详细介绍如何使用这些函数在C语言中进行网络编程。

# 3. TCP套接字编程

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在本章中，我们将学习TCP套接字编程的基本概念和实现流程。

#### 3.1 TCP协议概述
TCP协议是一种面向连接的协议，它提供可靠的、全双工的的数据通信。TCP协议通过三次握手建立连接，并通过确认和重传机制确保数据的可靠传输。由于其可靠性和顺序性，TCP常用于对数据传输要求严格的场景，如文件传输和网页访问等。

#### 3.2 TCP套接字编程流程
在进行TCP套接字编程时，通常需要经历以下流程：
1. 创建套接字：调用socket()函数创建一个TCP套接字。
2. 绑定套接字：将套接字绑定到本地IP地址和端口号。
3. 监听连接：对于服务器端，调用listen()函数开始监听客户端连接请求。
4. 接受连接：对于服务器端，调用accept()函数接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于与客户端通信。
5. 发起连接：对于客户端，调用connect()函数向服务器端发起连接请求。
6. 数据收发：使用新建立的套接字进行数据的收发操作。
7. 关闭连接：通信结束后，调用close()函数关闭套接字连接。

#### 3.3 TCP服务器与客户端编程
以下是一个简单的TCP服务器与客户端的编程示例（使用Python语言）：

##### 服务器端代码示例：

# 服务器端代码
import socket

# 创建TCP套接字
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 绑定IP地址和端口号
server_socket.bind(('127.0.0.1', 8888))

# 开始监听
server_socket.listen(5)

# 等待客户端连接
print("等待客户端连接...")
client_socket, addr = server_socket.accept()

# 接收数据并发送响应
data = client_socket.recv(1024)
client_socket.sendall("Hello, client!".encode())

# 关闭连接
client_socket.close()
server_socket.close()

##### 客户端代码示例：

# 客户端代码
import socket

# 创建TCP套接字
client_socket = s