TCP协议详细讲解及C++代码实例

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。