Linux 网络编程入门：Socket、TCP Server 与常用排错

一、网络编程先理解什么

Linux 网络编程的核心是 socket。socket 是应用程序访问网络的接口，HTTP、WebSocket、RPC 等上层协议最终都建立在 socket 之上。

入门需要先理解：

IP：主机地址。
端口：进程提供服务的入口。
TCP：可靠字节流。
UDP：无连接数据报。
服务端：监听端口，等待连接。
客户端：主动连接服务端。

二、TCP 服务端流程

一个最小 TCP 服务端通常包含：

1	socket -> bind -> listen -> accept -> read/write -> close

含义：

socket：创建套接字。
bind：绑定 IP 和端口。
listen：开始监听。
accept：接受客户端连接。
read/write：收发数据。
close：关闭连接。

三、最小 TCP Echo Server

#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd < 0) {
        perror("socket");
        return 1;
    }

    int reuse = 1;
    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(8080);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(server_fd);
        return 1;
    }

    if (listen(server_fd, 16) < 0) {
        perror("listen");
        close(server_fd);
        return 1;
    }

    printf("listen on 8080\n");

    while (1) {
        int client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);
        if (client_fd < 0) {
            perror("accept");
            continue;
        }

        char buf[1024];
        ssize_t n = read(client_fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            write(client_fd, buf, n);
        }

        close(client_fd);
    }

    close(server_fd);
    return 0;
}

编译：

1	gcc tcp_echo_server.c -o tcp_echo_server -Wall -Wextra -g

运行：

1	./tcp_echo_server

另开终端测试：

1	nc 127.0.0.1 8080

输入内容后回车，服务端会原样返回。

四、查看端口

查看监听端口：

ss -lntp

只看 8080：

1	ss -lntp \| grep 8080

如果启动时报错：

1	bind: Address already in use

说明端口已经被占用。

五、TCP 客户端流程

客户端通常是：

1	socket -> connect -> write/read -> close

示例：

#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (fd < 0) {
        perror("socket");
        return 1;
    }

    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8080);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr);

    if (connect(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("connect");
        close(fd);
        return 1;
    }

    const char *msg = "hello server\n";
    write(fd, msg, strlen(msg));

    char buf[1024];
    ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
    if (n > 0) {
        buf[n] = '\0';
        printf("recv: %s", buf);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

六、阻塞和并发

上面的服务端一次只处理一个连接。真实服务通常需要并发。

常见方式：

多进程：每个连接 fork 一个子进程。
多线程：每个连接创建一个线程。
IO 多路复用：select、poll、epoll。
事件库：libevent、libuv、asio。

入门阶段建议先写阻塞版本，理解流程后再学习 epoll。

七、常用排错工具

测试 HTTP：

1	curl -v http://127.0.0.1:8080

测试 TCP：

1	nc 127.0.0.1 8080

查看端口：

ss -lntp

查看进程打开的 socket：

1	lsof -p <pid>

抓包：

1	sudo tcpdump -i any port 8080

看系统调用：

1	strace -e trace=network ./tcp_echo_server

八、常见问题

8.1 Connection refused

客户端连接被拒绝，通常是服务端没启动，或者端口不对。

检查：

1	ss -lntp \| grep 8080

8.2 Address already in use

端口被占用。

检查：

1	ss -lntp \| grep 8080

8.3 只能本机访问

如果服务端绑定的是 127.0.0.1，外部机器无法访问。需要绑定 0.0.0.0 或指定网卡 IP。

8.4 防火墙阻断

服务启动了，但外部访问失败，可能是防火墙或云安全组限制。

九、继续学习

建议路线：

写 TCP echo server。
写 TCP echo client。
支持多客户端。
理解粘包和协议边界。
写简单 HTTP server。
学习 non-blocking socket。
学习 epoll。
阅读成熟网络库。

网络编程不是只会调用 socket API，更重要的是理解连接生命周期、错误处理和线上排错。