Linux C 語言 Socket 網路程式設計入門：TCP 伺服器/客戶端完整範例

前言

Socket 是網路通訊的基礎介面。本文提供一個最精簡的 Linux C 語言 TCP Socket 範例，涵蓋伺服器端（server.c）與客戶端（client.c），並詳細註解關鍵系統呼叫流程，適合初學者快速上手。

程式架構概覽

• 通訊協定：TCP (SOCK_STREAM)
• 伺服器固定 IP/埠：192.168.1.104 : 0x8888 (34952)
• 流程：伺服器 bind → listen → accept 阻塞等待 → 客戶端 connect → 伺服器 write 發送歡迎訊息 → 客戶端 read 印出 → 雙方 close

伺服器端完整代碼 (server.c)

#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>   // 建議用 netinet/in.h 取代 linux/in.h
#include <string.h>
#include <unistd.h>       // close()

int main() {
    int sfp, nfp;                 // sfp: 監聽 socket, nfp: 連線 socket
    struct sockaddr_in s_add, c_add;
    socklen_t sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
    unsigned short portnum = 0x8888;

    printf("Hello, welcome to my server!\n");

    // 1. 建立 socket
    sfp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sfp == -1) { perror("socket"); return -1; }
    printf("socket ok!\n");

    // 2. 填充伺服器地址結構
    memset(&s_add, 0, sizeof(s_add));
    s_add.sin_family = AF_INET;
    s_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 綁定所有介面
    s_add.sin_port = htons(portnum);

    // 3. bind 綁定
    if (bind(sfp, (struct sockaddr*)&s_add, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("bind"); return -1;
    }
    printf("bind ok!\n");

    // 4. listen 監聽，backlog=5
    if (listen(sfp, 5) == -1) { perror("listen"); return -1; }
    printf("listen ok\n");

    // 5. 主迴圈：accept 阻塞等待連線
    while (1) {
        nfp = accept(sfp, (struct sockaddr*)&c_add, &sin_size);
        if (nfp == -1) { perror("accept"); continue; } // 實務上不應直接 return

        printf("accept ok! Client: %s:%d\n",
               inet_ntoa(c_add.sin_addr), ntohs(c_add.sin_port));

        // 6. 發送資料
        const char* msg = "hello, welcome to my server\n";
        if (write(nfp, msg, strlen(msg)) == -1) {
            perror("write");
        } else {
            printf("write ok!\n");
        }

        close(nfp); // 關閉此連線 socket，繼續等待下一個
    }

    close(sfp); // 實際不可達，僅為完整性
    return 0;
}

客戶端完整代碼 (client.c)

#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h> // inet_addr

int main() {
    int cfd, recbytes;
    char buffer[1024] = {0};
    struct sockaddr_in s_add;
    unsigned short portnum = 0x8888;

    printf("Hello, welcome to client!\n");

    // 1. 建立 socket
    cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (cfd == -1) { perror("socket"); return -1; }
    printf("socket ok!\n");

    // 2. 填充伺服器地址
    memset(&s_add, 0, sizeof(s_add));
    s_add.sin_family = AF_INET;
    s_add.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.104"); // 修改為實際伺服器 IP
    s_add.sin_port = htons(portnum);

    printf("Connecting to %s:%d...\n", inet_ntoa(s_add.sin_addr), ntohs(s_add.sin_port));

    // 3. connect 連線
    if (connect(cfd, (struct sockaddr*)&s_add, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
        perror("connect"); return -1;
    }
    printf("connect ok!\n");

    // 4. 接收資料
    recbytes = read(cfd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (recbytes == -1) { perror("read"); return -1; }
    buffer[recbytes] = '\0';
    printf("Received:\n%s\n", buffer);

    // 暫停以便 netstat 觀察連線狀態
    getchar();
    close(cfd);
    return 0;
}

編譯與執行步驟

# 伺服器端
gcc server.c -o server
./server

# 客戶端（另一終端機，修改 IP 後）
gcc client.c -o client
./client

關鍵函數速查表

常見問題與改進方向

• IP/埠硬編碼：實務應透過命令列參數或設定檔傳入。
• 單執行緒阻塞：此範例一次只能處理一個連線。生產環境常用 fork()、pthread、epoll/kqueue 實現並發。
• 錯誤處理：範例為教學簡化，實際應完善錯誤碼判斷與重試邏輯。
• 位元序轉換：htons/htonl (host-to-network short/long) 確保跨平台相容，x86 為小端序，網路序為大端序。

驗證連線狀態

執行期間可開啟另一終端機執行：

netstat -an | grep 34952
# 或
ss -tan | grep 34952

觀察 ESTABLISHED、TIME_WAIT 等狀態變化。