TCP协议详细讲解及C++代码实例

时间：2025-05-14 13:18:50

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  • 一. TCP协议详细讲解及C++代码实例
    • 1、TCP协议概述
    • 2、TCP通信流程
      • 1） 三次握手
      • 2) 数据传输
      • 3) 四次挥手
    • 3、关键点解析
      • 1） 套接字创建
      • 2） 三次握手实现
      • 3） 数据传输
      • 4） 四次挥手实现
    • 4、TCP与UDP对比

一. TCP协议详细讲解及C++代码实例

1、TCP协议概述

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。其核心特性包括：

  • 面向连接：通信前需建立连接（三次握手），结束后需释放连接（四次挥手）。
  • 可靠性：通过序列号、确认应答（ACK）、超时重传、校验和等机制确保数据无丢失、无重复、按序到达。
  • 流量控制：使用滑动窗口机制，动态调整发送速率，避免接收方缓冲区溢出。
  • 拥塞控制：通过慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等算法避免网络拥塞。

2、TCP通信流程

1） 三次握手

客户端发送SYN包，服务器返回SYN+ACK包，客户端再发送ACK包，建立连接。

2) 数据传输

数据被分割为多个TCP段，每段包含序列号和确认号，确保按序传输。

3) 四次挥手

通信结束时，主动关闭方发送FIN包，被动关闭方返回ACK包，再发送FIN包，最后主动关闭方返回ACK包，释放连接。

C++代码实例

1. TCP客户端代码（C++）
cpp
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    // 创建TCP套接字
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (client_socket == -1) {
        std::cerr << "Failed to create socket." << std::endl;
        return -1;
    }
 
    // 设置服务器地址和端口
    sockaddr_in server_address{};
    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_port = htons(8888);
    server_address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
    // 连接服务器
    if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address)) == -1) {
        std::cerr << "Failed to connect to server." << std::endl;
        close(client_socket);
        return -1;
    }
 
    try {
        // 发送数据
        const char* message = "Hello, TCP Server!";
        send(client_socket, message, strlen(message), 0);
 
        // 接收响应
        char buffer[1024] = {0};
        int bytes_received = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
        if (bytes_received > 0) {
            std::cout << "Received from server: " << buffer << std::endl;
        }
    } catch (...) {
        std::cerr << "An error occurred during communication." << std::endl;
    }
 
    // 关闭连接
    close(client_socket);
    return 0;
}

2. TCP服务器端代码（C++）
cpp
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    // 创建TCP套接字
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_socket == -1) {
        std::cerr << "Failed to create socket." << std::endl;
        return -1;
    }
 
    // 绑定地址和端口
    sockaddr_in server_address{};
    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_port = htons(8888);
    server_address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 
    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address)) == -1) {
        std::cerr << "Failed to bind socket." << std::endl;
        close(server_socket);
        return -1;
    }
 
    // 监听连接
    if (listen(server_socket, 1) == -1) {
        std::cerr << "Failed to listen on socket." << std::endl;
        close(server_socket);
        return -1;
    }
 
    std::cout << "Server is listening on port 8888..." << std::endl;
 
    try {
        while (true) {
            // 接受客户端连接
            sockaddr_in client_address{};
            socklen_t client_address_size = sizeof(client_address);
            int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_address, &client_address_size);
            if (client_socket == -1) {
                std::cerr << "Failed to accept client connection." << std::endl;
                continue;
            }
 
            std::cout << "Connection from " << inet_ntoa(client_address.sin_addr) << std::endl;
 
            try {
                // 接收数据
                char buffer[1024] = {0};
                int bytes_received = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
                if (bytes_received > 0) {
                    std::cout << "Received from client: " << buffer << std::endl;
                    // 发送响应
                    const char* response = "Hello, TCP Client!";
                    send(client_socket, response, strlen(response), 0);
                }
            } catch (...) {
                std::cerr << "An error occurred during communication." << std::endl;
            }
 
            // 关闭客户端连接
            close(client_socket);
        }
    } catch (...) {
        std::cerr << "An error occurred in the server loop." << std::endl;
    }
 
    // 关闭服务器套接字
    close(server_socket);
    return 0;
}

3、关键点解析

1） 套接字创建

socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)：创建IPv4的TCP套接字。

2） 三次握手实现

客户端调用connect()时，底层自动完成三次握手。

3） 数据传输

send()：发送数据。
recv()：接收数据，需指定缓冲区大小。

4） 四次挥手实现

关闭连接时，close()方法自动完成四次挥手。

4、TCP与UDP对比

特性 TCP UDP
连接方式 面向连接（三次握手） 无连接
可靠性 高（确认应答、重传等） 低（不保证可靠传输）
传输效率 较低（因可靠性机制） 高（无额外开销）
适用场景 文件传输、网页浏览等 视频流、实时游戏等

六、总结
TCP协议通过面向连接、可靠性保障、流量控制和拥塞控制等机制，成为互联网数据传输的核心协议。上述代码示例展示了TCP客户端和服务端的完整交互流程，适用于需要可靠传输的场景。

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