底层网络编程：使用C++构建TCP_IP应用

# 第一章：理解TCP/IP协议

## 1.1 TCP/IP协议简介

TCP/IP协议是互联网的基础协议之一，它是一个网络通信协议族，其核心是两个协议：传输控制协议（TCP）和网际协议（IP）。TCP/IP协议族定义了计算机在互联网上进行通信所必须的协议和算法。通过TCP/IP协议，不同操作系统和不同网络之间的计算机能够进行数据交换和通信。

TCP/IP协议主要包括四个层次：网络接口层、网络层、传输层和应用层。在每个层次上，不同的协议执行不同的功能，使得计算机能够在网络上进行数据传输和通信。

## 1.2 TCP/IP协议与OSI模型的关系

在计算机网络领域，常常使用OSI（Open Systems Interconnection）模型来描述网络通信的各个层次。OSI模型是由国际标准化组织（ISO）制定的一个框架，用于定义计算机网络中不同层次的功能和协议。

TCP/IP协议族与OSI模型的关系如下：
- 网络接口层对应OSI模型的物理层和数据链路层，主要负责网络硬件的驱动和数据的传输。
- 网络层对应OSI模型的网络层，主要负责网络互连和寻址。
- 传输层对应OSI模型的传输层，主要负责数据的可靠传输和错误恢复。
- 应用层对应OSI模型的会话层、表示层和应用层，主要负责网络应用程序的开发和数据的处理。

TCP/IP协议族在实际应用中基本上与OSI模型一一对应。

## 1.3 TCP与IP的基本原理

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的传输协议。它将数据分割成合适的大小进行传输，并保证数据的顺序和可靠传输。TCP通过三次握手建立连接，通过四次挥手关闭连接，实现了端到端的可靠传输。

IP（Internet Protocol）是一种网络层协议，主要负责在网络上寻址和路由选择。IP协议定义了数据报的格式和传输规则，将数据分割成一段段的数据包进行传输，并由目的地址和源地址标识数据的发送和接收端。

TCP与IP的结合，使得TCP/IP协议族可以在互联网上实现可靠的数据传输和通信。通过TCP提供的可靠传输机制，以及IP提供的寻址和路由选择机制，数据可以安全、高效地在不同的网络节点之间传输和交换。

下一章节我们将回顾并介绍C语言中与网络编程相关的基础知识。
### 2. 第二章：C语言基础回顾

C语言是一种广泛应用于系统编程和底层开发的编程语言，对于网络编程而言，掌握C语言的相关知识是非常重要的。本章将从C语言基础回顾开始，介绍与TCP/IP协议相关的网络编程基础、套接字编程和相关的库函数。

#### 2.1 C语言中的网络编程基础

在C语言中进行网络编程时，需要了解如何使用socket套接字，并掌握相关的网络编程库函数。网络编程基础包括socket的创建、绑定、监听、连接以及数据的发送和接收等内容。

#### 2.2 理解套接字编程

套接字编程是指利用socket套接字进行网络通信的编程方式。在C语言中，通过socket套接字可以实现不同主机之间的通信，无论是TCP还是UDP都可以通过套接字编程来实现。

#### 2.3 C语言中与TCP/IP相关的库函数介绍

C语言中提供了丰富的库函数来支持TCP/IP协议相关的网络编程，比如常用的socket、connect、bind、listen、accept、send、recv等函数。这些函数可以帮助我们构建TCP/IP应用程序，并进行数据传输与接收。

以上是本章的内容概要，接下来我们将深入讲解C语言的网络编程基础、套接字编程以及TCP/IP相关的库函数用法，帮助读者更好地掌握C语言下的网络编程技术。
第三章：搭建TCP/IP应用程序框架

### 3.1 创建TCP服务器和客户端程序

在本节中，我们将介绍如何使用C语言来创建一个简单的TCP服务器和客户端程序。

#### 3.1.1 套接字的创建和初始化

首先，我们需要创建套接字来建立TCP连接。套接字是一种文件描述符，它与网络通信相关联。我们可以使用`socket()`函数来创建套接字，并使用`bind()`函数将套接字与IP地址和端口绑定。

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

#define PORT 8888

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in serverAddr;

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 初始化服务器地址结构体
    memset(&serverAddr, '\0', sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(PORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 将套接字与IP地址和端口绑定
    bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));

    return 0;
}

#### 3.1.2 TCP连接的建立与关闭

接下来，我们需要通过服务器端和客户端建立TCP连接。对于服务器端，我们可以使用`listen()`函数开始监听客户端连接请求，并使用`accept()`函数接受客户端的连接。对于客户端，我们使用`connect()`函数向服务器发起连接请求。

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

#define PORT 8888
#define BUFF_SIZE 4096

int main() {
    int serverSock, clientSock;
    struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
    socklen_t clientAddrLen;
    char buffer[BUFF_SIZE];

    // 创建套接字
    serverSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 初始化服务器地址结构体
    memset(&serverAddr, '\0', sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(PORT);
    serverAddr.s