【网络编程】TCPIP-8-套接字的多种选项

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前言

说明：

  • demo 基于 Linux。

8. 套接字的多种选项

一般创建好套接字后直接使用即可，有些配置是默认的，当然也可以通过以下修改。

8.1 API getsockopt(); & setsockopt();

/*
sock: 用于查看选项套接字文件描述符
level: 要查看的可选项协议层
optname: 要查看的可选项名
optval: 保存查看结果的缓冲地址值
optlen: 向第四个参数传递的缓冲大小。调用函数候，该变量中保存通过第四个参数返回的可选项信息的字节数。
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
*/
#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

/*
sock: 用于更改选项套接字文件描述符
level: 要更改的可选项协议层
optname: 要更改的可选项名
optval: 保存更改结果的缓冲地址值
optlen: 向第四个参数传递的缓冲大小。调用函数候，该变量中保存通过第四个参数返回的可选项信息的字节数。
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
*/
#include <sys/socket.h>
int setsockopt(int sock, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

8.2 套接字选项

注意，套接字可选项是分层的。

  • SOL_SOCKET：套接字的通用可选项。
  • IPPROTO_TCP：可选项是 TCP 协议的相关事项。
  • IPPROTO_IP：IP 协议相关事项。
协议层 选项名 读取 设置
SOL_SOCKET SO_SNDBUF O O
SOL_SOCKET SO_RCVBUF O O
SOL_SOCKET SO_REUSEADDR O O
SOL_SOCKET SO_KEEPALIVE O O
SOL_SOCKET SO_BROADCAST O O
SOL_SOCKET SO_DONTROUTE O O
SOL_SOCKET SO_OOBINLINE O O
SOL_SOCKET SO_ERROR O X
SOL_SOCKET SO_TYPE O X
IPPROTO_IP IP_TOS O O
IPPROTO_IP IP_TTL O O
IPPROTO_IP IP_MULTICAST_TTL O O
IPPROTO_IP IP_MULTICAST_LOOP O O
IPPROTO_IP IP_MULTICAST_IF O O
IPPROTO_TCP TCP_KEEPALIVE O O
IPPROTO_TCP TCP_NODELAY O O
IPPROTO_TCP TCP_MAXSEG O O

8.3 缓冲区相关可选项

SO_SNDBUF & SO_RCVBUF

SO_SNDBUF：

  • 输出缓冲区相关的可选项。
  • 可用其读取当前 I/O 大小，也可以更改缓冲区大小。

SO_RCVBUF：

  • 输入缓冲区相关的可选项。
  • 可用其读取当前 I/O 大小，也可以更改缓冲区大小。

8.4 端口复用

主要用到 SO_REUSEADDR

先了解一些概念再介绍该选项。

8.4.1 time-wait 状态

MSL：报文段最大生存时间，它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间。

time-wait 状态一般为 2 个MSL。其原因：

  • 保证 TCP 协议的全双工连接能够可靠关闭。
  • 保证这次连接的重复数据段从网络中消失。保证下次连接收到的数据报文段都是来自新连接的目标端。
  • 返回ACK最长为也给MSL，如果没有到达对端，对端重发，到本端最大也要一个MSL，所以得2个MSL。

若服务器先异常断开，四次挥手后进入 time-wait 状态（一般为几分钟），在 time-wait 状态时，该端口还是被占用的。服务器重启后不能正常使用该端口，会输出「bind() error」消息。必须等待该端口被置为 close 状态才能被正常使用。

但是有些情景下是不能接受的，若服务器异常重启，那得等待几分钟才能正常使用。
解决：使用SO_REUSEADDR来解决。

8.4.2 SO_REUSEADDR使用

在套接字的可选项中更改 SO_REUSEADDR 的状态。
适当调整该参数，可将 Time-wait 状态下的套接字端口号重新分配给新的套接字。
SO_REUSEADDR 的默认值为 0。
这就意味着无法分配 Time-wait 状态下的套接字端口号。
因此需要将这个值改成 1 。

参考：

option = TRUE;
setsockopt(serv_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&option, sizeof(option));

8.4.3 SO_REUSEADDR 作用

SO_REUSEADDR 作用：

  1. 当有一个有相同本地地址和端口的socket1处于TIME_WAIT状态时，而你启动的程序的socket2要占用该地址和端口，你的程序就要用到该选项。
  2. SO_REUSEADDR允许同一port上启动同一服务器的多个实例(多个进程)。但每个实例绑定的IP地址是不能相同的。在有多块网卡或用IP Alias技术的机器可以测试这种情况。
  3. SO_REUSEADDR允许单个进程绑定相同的端口到多个socket上，但每个socket绑定的ip地址不同。这和2很相似，区别请看UNPv1。
  4. SO_REUSEADDR允许完全相同的地址和端口的重复绑定。但这只用于UDP的多播，不用于TCP。

8.5 Nagle 算法

主要用到 TCP_NODELAY

Nagle 算法：

  • 应用于 TCP 层。
  • TCP 套接字默认使用 Nagle 算法交换数据。
  • 算法：只有接收到前一数据的 ACK 消息， Nagle 算法才发送下一数据。

禁用：

opt_val = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void *)&opt_val, sizeof(opt_val));

查看：

getsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void *)&opt_val, sizeof(opt_val));

参考

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