news 2026/9/4 4:49:21

嵌入式从0到精通——Linux 网络通信｜TCP、HTTP 网络编程

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张小明

前端开发工程师

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嵌入式从0到精通——Linux 网络通信｜TCP、HTTP 网络编程

📝学习感悟

最近学完 Linux 下 TCP 以及 HTTP 网络编程部分，对比前面 UDP 通信，最大感受就是 TCP 虽然可靠性高，但内部机制复杂，坑点也更多。UDP 只管发出去就结束，而 TCP 要处理连接建立断开、丢包重传、流量控制，还会出现粘包这种容易踩坑的问题。

1.TCP 协议

传输层TCP: 传输控制协议 (流式套接字)

1. TCP 特点

  1. 有连接；
  2. 面向字节流；
  3. 安全可靠的传输协议三次握手､四次挥手､应答机制､超时重传机制.... 等
  4. 机制复杂，实时性和效率没有 UDP 高

应用场景：HTTPS､MQTT､FTP

2. TCP 的三次握手和四次挥手机制

三次握手：TCP 建立连接时，通过三次握手，来确保通信双方都已经准备就绪。三次握手由客户端发起。

数据收发：

四次挥手：TCP 断开连接时，通过四次挥手，确保通信双方数据都已经收发结束。

3. TCP 编程

客户端流程：socket()-->connect()-->send()-->recv()-->close()

服务端流程：socket()-->bind()-->listen()-->accept()-->recv()-->send()-->close()

connect
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：请求建立连接参数：

  • sockfd：套接字
  • addr：服务端的地址
  • addrlen：地址长度返回值：
  • 成功：0
  • 失败：-1
listen
int listen(int sockfd, int backlog);

功能：监听客户端的三次握手参数：

  • sockfd：监听套接字
  • backlog：最多允许监听的客户端的个数返回值：
  • 成功：0
  • 失败：-1
accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能：接收完成三次握手的客户端，并返回一个通讯套接字参数：

  • sockfd：监听套接字
  • addr：保存接入的客户端的地址信息的指针
  • addrlen：地址信息长度的指针返回值：
  • 成功：通讯套接字
  • 失败：-1
recv
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

功能：接收网络数据参数：

  • sockfd：通讯套接字
  • buf：存放接收到的数据的空间首地址
  • len：期待接收到的字节数
  • flags：0 默认方式返回值：
  • 成功：返回实际收到的字节数
  • 失败：-1

返回 0 代表对方发送断开连接

4. TCP 报文头部

标志位：TCP 报文头部数据位：

  • SYN：请求建立连接标志位
  • ACK：效应报文标志位
  • PSH：携带数据的报文标志位
  • FIN：请求断开连接标志位
  • URG：紧急数据标志位
  • RST：重置标志位

5. TCP 机制

  1. 三次握手机制：建立连接，确认双方收发能力正常
  2. 四次挥手机制：断开连接，保证双方数据全部处理完毕
  3. 应答机制：TCP 为发送的数据进行编号，发送数据时，报文头部的序列号是这包数据的第一个数据的编号；将来接收方需要给这包数据发送 ACK，ACK 报文中确认号是收到的最后一个字节编号 + 1；
  4. 超时重传机制：TCP 每发送一包数据后都要等待应答，如果超时时间之内没有收到应答，则重新发送这包数据。
  5. 滑动窗口机制：缓冲区，保存已发送并收到应答的数据、已发送未收到应答的数据、未发送但在对方处理范围内的数据。
  6. 延迟应答机制：TCP 可以发送多组数据，发送的同时等待应答。
  7. 流量控制机制：TCP 会根据发送端的数据处理和接收能力调整自己的发送速率，根据 ACK 中窗口值的大小进行动态调整流量。
  8. 捎带应答机制：ACK 可以和应用层发送的数据一起发出，表示对上包数据的响应。

6. TCP 粘包

粘包：发送端发送速度太快，接收端处理速度比较慢，导致数据在缓冲区缓存，应用层读出数据时，多包数据发生了粘连。

如何解决：

  1. 收发指定大小数据 (收发结构体)

注意：跨平台发送时平台的位数。

struct data { xxx; long num; }; send(sockfd, &data, sizeof(struct data), 0); recv(sockfd, &data, sizeof(struct data), 0);

  1. 给发送的数据明显的分割符，应用层根据分隔符解析例：hello\n、world\n，接收端按换行符分割解析。

  2. 以自定义方式定义发送的数据帧格式，接收方严格按照协议方式解析帧格式示例：帧头 数据长度 消息类型 校验 帧尾示例：5A 0101 1010 A5校验可选：8 位和校验、16 位和校验、CRC 校验。

2.HTTP 协议

应用层HTTP 协议：超文本传输协议基于传输层 TCP 协议，端口 80HTTPS：SSL 加密方式，默认端口 443

1. HTTP 协议工作流程

  1. 建立 TCP 连接
  2. 发送 HTTP 请求报文（URL）+ 正文
  3. 返回 HTTP 响应报文 + 正文
  4. 断开 TCP 连接

2. HTTP 报文

HTTP 有两类报文：

  1. 请求报文：从客户向服务器发送请求报文
  2. 响应报文：从服务器到客户的回答

HTTP 报文每一个字段都是 ASCII 码串，字段长度不确定。

http 请求报文示例
GET / HTTP/1.1\r\n Host: news.sohu.com\r\n User‑Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:109.0) Gecko/20100101 Firefox/113.0\r\n Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,*/*;q=0.8 Accept‑Language: en‑US,en;q=0.5\r\n Connection: keep‑alive\r\n \r\n
  • keep‑alive：长连接，HTTP 通信结束，保持一段时间连接再断开
  • close：短连接，HTTP 通信结束，立马断开连接
HTTP 响应报文示例
HTTP/1.1 200 OK\r\n Date: Wed, 02 Sep 2026 06:31:29 GMT\r\n Content‑Type: text/html;charset=utf‑8\r\n Server: openresty Vary: Accept‑Encoding Vary: Origin Vary: Accept‑Request‑Method Vary: Access‑Control‑Request‑Headers Set‑Cookie: SUV=1788330689823odinzX9W; Path=/; Domain=sohu.com; Max‑Age=946080000; Expires=Fri, 25 Aug 2056 06:31:29 GMT; Secure; SameSite=None Trace‑Id: a067a38f132249f8a173162c956fc468.88701.17883306898232510 Data‑Source: X‑Content‑Type‑Options: nosniff X‑XSS‑Protection: 0 S‑REQ‑ID: 12342245799539308391 S‑REQ‑TYPE: 0 X‑Cache‑Lookup: Cache Miss Content‑Encoding: gzip Cache‑Control: no‑cache Transfer‑Encoding: chunked X‑NWS‑LOG‑UUID: 12342245799539308391\r\n Connection: keep‑alive\r\n X‑Cache‑Lookup: Cache Miss\r\n \r\n <!DOCTYPE html><html lang=zh‑CN><head> <script>if(window&&window.performance&&typeof window.performance.now==='function'){

3.HTTP 常用方法

方法 (操作)意义
GET获取资源
POST提交数据
PUT在指明的 URL 下存储一个文档
DELETE删除资源

4.HTTP 状态码

状态码都是三位数字，分为 5 大类：

  1. 1xx：通知信息，请求收到，正在进行处理
  2. 2xx：成功，请求正常处理
  3. 3xx：重定向，需要进一步操作完成请求
  4. 4xx：客户端差错，请求语法错误 / 资源不存在
  5. 5xx：服务器差错，服务器内部异常

常见状态码：

  • 200 OK：请求成功
  • 202 Accepted：接受请求
  • 400 Bad Request：错误的请求
  • 404 Not Found：找不到资源

5.http 接口调用示例

plaintext

http://api.k780.com/?app=weather.today&cityNm=西安&appkey=10003&sign=b59bc3ef6191eb9f747dd4e83c99f2a4&format=json
  • appkey：平台分配密钥
  • sign：签名校验
  • format=json：返回 json 格式数据

学习小结

  1. TCP 是面向连接可靠字节流协议，核心机制：三次握手、四次挥手、应答、超时重传、流量控制、滑动窗口；
  2. TCP 粘包是缓冲区现象，不是 bug，三种主流解决方案：固定结构体、分隔符、自定义帧协议；
  3. HTTP 基于 TCP，文本格式报文，区分长短连接，状态码区分请求结果；
  4. 实际开发嵌入式 Linux 网络编程，TCP 粘包是高频踩坑点，写代码的时候必须提前规划数据协议
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