Linux C套接字编程如何实现跨平台通信？

Linux C 套接字编程是网络开发中的核心技术，它基于 TCP/IP 协议栈，为应用程序提供了跨网络的通信能力，通过套接字，开发者可以实现客户端与服务器之间的数据传输，构建分布式系统、网络服务等多种应用，本文将系统介绍 Linux C 套接字的核心概念、编程步骤及关键函数，帮助读者掌握这一技术。

套接字基础概念

套接字（Socket）是通信的端点，它通过 IP 地址和端口号标识网络中的进程，在 Linux 中，套接字被描述为一个文件描述符，允许使用文件 I/O 函数（如 read、write）进行数据传输，根据通信类型，套接字主要分为三类：

1. 流式套接字（SOCK_STREAM）：基于 TCP 协议，提供面向连接、可靠的数据传输，保证数据按序且无丢失。
2. 数据报套接字（SOCK_DGRAM）：基于 UDP 协议，无连接、不可靠，但传输效率高，适用于实时性要求高的场景。
3. 原始套接字（SOCK_RAW）：直接操作 IP 层数据，常用于网络协议分析和自定义协议开发。

TCP 套接字编程步骤

TCP 套接字编程采用客户端-服务器模型，双方需分别执行初始化、绑定、监听、连接等操作，以下是完整流程：

服务器端步骤

• 创建套接字
  使用 socket() 函数创建套接字，需指定地址族（如 AF_INET 表示 IPv4）、套接字类型（SOCK_STREAM）和协议（0 表示自动选择）。

  int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

• 绑定地址与端口
  通过 bind() 将套接字与 IP 地址和端口号绑定，客户端通过该地址发起连接。

  struct sockaddr_in server_addr;
  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有网络接口
  server_addr.sin_port = htons(8080);       // 端口号需转换为网络字节序
  bind(server_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

• 监听连接
  调用 listen() 使套接字进入监听状态，参数 backlog 指定最大待连接队列长度。

  listen(server_fd, 5);

• 接受连接
  使用 accept() 阻塞等待客户端连接，返回新的套接字描述符用于后续通信。

  struct sockaddr_in client_addr;
  socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
  int client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);

• 数据传输
  通过 read() 和 write() 函数与客户端交换数据。

  

  char buffer[1024] = {0};
  read(client_fd, buffer, 1024);
  write(client_fd, "Hello, Client!", 14);

• 关闭套接字
  通信结束后，使用 close() 关闭套接字。

  close(client_fd);
  close(server_fd);

客户端步骤

• 创建套接字
  与服务器端相同，调用 socket() 创建套接字。

  int client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

• 连接服务器
  使用 connect() 向服务器发起连接，需指定服务器的 IP 地址和端口号。

  struct sockaddr_in server_addr;
  server_addr.sin_family = AF_INET;
  server_addr.sin_port = htons(8080);
  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr);
  connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

• 数据传输
  向服务器发送数据并接收响应。

  write(client_fd, "Hello, Server!", 14);
  char buffer[1024] = {0};
  read(client_fd, buffer, 1024);

• 关闭套接字

  close(client_fd);

UDP 套接字编程特点

UDP 套接字无需建立连接，编程流程更简单，主要区别如下：

• 无需监听与连接：直接使用 sendto() 和 recvfrom() 发送和接收数据，需指定对方地址。
• 无连接性：每次发送数据需提供目标地址，接收方需明确数据来源。

示例代码片段：

// 发送数据
struct sockaddr_in dest_addr;
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_port = htons(8080);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &dest_addr.sin_addr);
sendto(sockfd, "Hello, UDP!", 11, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
// 接收数据
struct sockaddr_in src_addr;
socklen_t src_len = sizeof(src_addr);
char buffer[1024] = {0};
int n = recvfrom(sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr*)&src_addr, &src_len);

关键函数与错误处理

Linux C 套接字编程依赖以下核心函数，需注意错误处理（如检查返回值 -1 并通过 perror() 打印错误信息）：

字节序与地址转换

网络通信中需统一字节序（大端序），Linux 提供以下转换函数：

• htons()：16 位主机字节序转网络字节序
• htonl()：32 位主机字节序转网络字节序
• ntohs()：16 位网络字节序转主机字节序
• ntohl()：32 位网络字节序转主机字节序

IP 地址转换函数：

• inet_pton()：将点分十进制 IP 转换为网络字节序二进制地址
• inet_ntop()：将网络字节序二进制地址转换为点分十进制 IP

开发者可快速上手 Linux C 套接字编程，构建可靠的网络应用，实际开发中还需注意并发处理（如多线程、多进程）、数据分包与粘包处理等细节问题，以确保程序的稳定性和性能。