• TCP连接

    1. 创建Socket

    1. #include<sys/types.h>
    2. #include<sys/socket.h>
    3.  
    4. int sock = ::socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    原型：int socket(int domain, int type, int protocol);

    domain: 协议族，可以是PF_INET，PF_INET6，PF_UNIX

    type: socke类型，可以是SOCK_STREAM，SOCK_DGRAM，SOCK_RAW，可以或(|)上SOCK_NONBLOCK(非阻塞), SOCK_CLOEXEC(close on exec: fork的子进程在执行exec的时候自动关闭已经打开的sock)

            其中：SOCK_STREAM：传输层，TCP

                       SOCK_DGRAM：传输层，UDP

                       SOCK_RAW：网络层（处理ICMP、IGMP等网络报文、特殊的IPv4报文、可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头）

    protocol: 在对应domain中对应的协议类型，通常为一一对应，设为0

    参考：

    SOCK_RAW 与 SOCK_STREAM 、SOCK_DGRAM 的区别_zhu2695的博客-CSDN博客

    2. 设置socket的options

    1. struct linger opt = {1, 1};
    2. setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (void *)&opt, sizeof(opt));

    原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
                                      const void *optval, socklen_t optlen);

    sockfd：创建的fd

    level：需要设置option所在的协议层，可以是SOL_SOCKET(套接字选项)，IPPROTO_IP(IP选项)，IPPROTO_TCP(TCP选项), IPPROTO_UDP(UDP选项)

               其中一些SOL_SOCKET选项有：man 7 socket

                       SO_REUSEADDR: bind()时，即使需要绑定的地址被其他处于TIME_WAIT状态的socket占用，也可以立刻重用(也可以改/proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_recycle来快速回收TIME_WAIT的socket，不建议)

                       SO_KEEPALIVE: tcp keepalive，设置后，如果tcp连接在7200s内没有数据交互，会触发tcp keepalive机制，(通常服务器端)会给对端主机发送keep-alive probe的tcp数据包(包含1个字节或者不含数据)：

                            如果对方回复ack，则再次等7200s发送keep-alive；

                            如果对方崩溃以重启会回复RST，此时socket待处理错误被置为ECONNRESET，socket本身则被关闭；

                            如果对方没有回复，会每隔75s发送一次，发送9次，如果仍然没有应答，会断掉tcp连接，socket待处理错误被置为ETIMEOUT并且被关闭，如ICMP错误是“host unreachable(主机不可达)”，说明对方主机并没有崩溃，但是不可达，这种情况下待处理错误被置为 EHOSTUNREACH。

                      SO_LINGER: 控制socket在close或shutdown时，是否需要在缓冲区的数据发送出去后再返回

                            默认情况，在调用close()后，close会立即返回，内核的TCP模块会负责把socket对应缓冲区的数据发给对方。

                            如果l_onoff为0，则SO_LINGER不起作用，close用默认的行为关闭socket

                            如果l_onoff为1，l_linger为0，则close立即返回，TCP模块会丢弃发送缓冲区的数据，并且给对方发一个RST报文(可避免TIME_WAIT，但是可能会丢失数据)

                            如果l_onoff为1，l_linger大于0：

                                    如果close是阻塞的，close会等待l_linger的时间，直到TCP模块把缓冲区的数据发完并收到ACK，如果在l_linger时间内，没有发送并确认完，close会返回-1，并且errno置为EWOULDBLOCK。

                                    如果close是非阻塞的，close立即返回并且丢弃缓冲区数据。

    1. struct linger {
    2.     int l_onoff;    /* linger active */
    3.     int l_linger;   /* how many seconds to linger for */
    4. };

                    SO_OOBINLINE：在常规数据流中接收带外数据

                    SO_SNDBUF：发送缓冲区大小(udp没用，因为直接发到网络中去了)

                    SO_RCVBUF：接收缓冲区大小(socket级别，所以可以tcp/udp)

                    SO_SNDLOWAT：发送缓冲区的低水平标记位 (performance优化措施，防止cpu一直占用)

                                                   只对non-blocking的socket起作用，对于non-blocking的socket，send只能发送全部的数据或者SO_SNDLOWAT以上的数据（如果SO_SNDLOWAT为100，如果发送50字节，send会成功发送50字节或者返回失败，如果发送200字节，send可能成功发送100到200字节之间大小的数据，或者返回失败。默认SO_SNDLOWAT为1，send能发送1字节或者返回EWOULDBLOCK）

                                                    如果socket是block的，如果send不能发送全部的数据，会block，一直到有足够的缓冲区空间或者timeout(SO_SNDTIMEO)。

                                                    如果是select/poll/epoll，只有在缓冲区至少SO_SNDLOWAT的数据可写之后，才会返回socket可写。

                    SO_RCVLOWAT：接收缓冲区的低水平标记位

                                                   (非阻塞如何？值得验证) 对于阻塞recv会返回request的字节数或者超过SO_RCVLOWAT字节的数据

                                                    select/poll/epoll，只有在缓冲区至少有SO_RCVLOWAT的数据可读之后，才会返回socket可读

                    SO_RCVTIMEO：接收数据的超时时间。如果设置了该选项，recv/recvfrom函数会有一个block的时限，如果超过该时间就仍没有接收到更多的数据，会返回部分数据或者没有收到数据，返回失败(errno置为EWOULDBLOCK或EAGAIN)，默认值为0(一直不会超时)。使用的结构体为struct timeval

    1. #include <sys/time.h>
    2.  
    3. struct timeval {
    4.     time_t      tv_sec;     /* seconds */
    5.     suseconds_t tv_usec;    /* microseconds */
    6. };

                    SO_SNDTIMEO：发送数据的超时时间。类似SO_RCVTIMEO

    optname：上面提到的SO_SOCKET选项

    optval：选项对应的结构体，通常为int/bool

                 SO_LINGER/SO_SNDTIMEO/SO_RCVTIMEO分别有专门的结构体

    optlen：optval的字节大小

    参考：

    setsockopt

    Network Sockets and Communication (Guile Reference Manual)

    setsockopt 详解_张忠琳的博客-CSDN博客_linux setsockopt

    10.2. Changing Network Kernel Settings Red Hat Enterprise Linux 5 | Red Hat Customer Portal

    linux - What's the purpose of the socket option SO_SNDLOWAT - Stack Overflow

    Related:

    更改TCP keep-alive时间间隔：

    TCP keepalive的详解(解惑) - 翔云123456 - 博客园

    方法1 - 整个系统范围：

            7200秒, 75秒, 9次这3个值可以通过更改这几个值         

    1. /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_time
    2. /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_intvl
    3. /proc/sys/net/ipv4/tcp_keepalive_probes

            或者在Linux中我们可以通过修改 /etc/sysctl.conf 的全局配置, 添加完下面的配置后输入 sysctl -p 使其生效，并使用命令sysctl -a | grep keepalive 来查看当前的默认配置

    1. net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
    2. net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75
    3. net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

    方法2 - TCP单个连接的：man 7 tcp

            使用tcp options：TCP_KEEPCNT、TCP_KEEPIDLE、TCP_KEEPINTVL

    1. #include <sys/socket.h>
    2. #include <netinet/in.h>
    3. #include <netinet/tcp.h>
    4.  
    5. int keepalive = 1;
    6. int count = 5;
    7. setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepalive, sizeof(keepalive));
    8. setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&count, sizeof(count));

    TCP keep-alive与HTTP keep-alive的区别：

    面试官：TCP Keepalive 和 HTTP Keep-Alive 是一个东西吗？_小林coding的技术博客_51CTO博客

    两者实现在不同的层次，作用也不同：

            TCP keep-alive是TCP层(内核态)实现的，称为 TCP 保活机制，用于确保TCP连接的有效性，检测连接错误；

            HTTP keep-alive是在应用层(用户态)实现的，称为 HTTP 长连接，用于HTTP连接复用，同一个连接上串行方式传递请求-响应数据，减少HTTP短连接需要多次建立/释放TCP连接消耗的资源；

    有TCP keep-alive，仍需要应用层的心跳包的原因：

    ​​​​​​TCP中已有SO_KEEPALIVE选项，为什么还要在应用层加入心跳包机制?? - 知乎

    1. tcp keepalive只能检测连接是否存活，不能检测连接是否可用。比如服务器因为负载过高导致无法响应请求但是连接仍然存在，或者出现进程死锁或阻塞，此时keepalive可以正常收发，但检测出连接出错。
    2. 客户端与服务器之间有四层代理或负载均衡，即在传输层之上的代理，只有传输层以上的数据才被转发，例如socks5等
    3. 如果TCP连接中的另一方因为停电突然断网，我们并不知道连接断开，此时发送数据失败会进行重传，由于重传包的优先级要高于keepalive的数据包，因此keepalive的数据包无法发送出去。只有在长时间的重传失败之后我们才能判断此连接断开了。

    TCP读写缓冲区大小：man tcp

    通过sysctl -a | grep tcp_rmem 和 tcp_wmem

    1. net.ipv4.tcp_rmem = 4096	131072	6291456
    2. net.ipv4.tcp_wmem = 4096	16384	4194304

    或者cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem

    1. # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem 
    2. 4096	131072	6291456
    3. # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem 
    4. 4096	16384	4194304

    这三个数值左中右分别是系统中tcp接收和发送缓冲区的最小值，默认值，最大值。用getsockopt可以得到默认值。

    1. int wmem = 0;
    2. socklen_t wmem_len = sizeof(wmem);
    3. getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void *)&wmem, &wmem_len);

    可以通过设置SO_SNDBUF/SO_RCVBUF值设置单个socket的tcp发送/接收缓冲区。验证后，在一定范围内，系统会将设置值加倍，比如设置10240后，通过getsockopt得到的为20480

    1. int wmem = 10240;
    2. setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (void *)&wmem, sizeof(wmem));

    UDP的读缓冲区，没有写缓冲区(因为没用)： 

    通过sysctl -a | grep rmem

    1. net.core.rmem_default = 212992
    2. net.core.rmem_max = 212992

    可以通过设置SO_RCVBUF值设置单个udp socket(SOCK_DGRAM)的接收缓冲区，和tcp缓冲区一样，系统会将设置值加倍

    1. int rmem = 10240;
    2. socklen_t rmem_len = sizeof(rmem);
    3. setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (void *)&rmem, sizeof(rmem));
    4. getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (void *)&rmem, &rmem_len);

    SO_SNDBUF/SO_RCVBUF与滑动窗口的关系：

    SO_SNDBUF和SO_RCVBUF_库昊天的博客-CSDN博客_so_rcvbuf 设置上限

    TCP滑动窗口（发送窗口和接受窗口） - hongdada - 博客园

    【大厂面试必备系列】滑动窗口协议 - 飞天小牛肉 - 博客园

    TCP/IP学习笔记：TCP拥塞控制 - 明明1109 - 博客园

    3. socket绑定地址(命名socket)

    几种不同的地址结构：

    1. 通用的socket地址

    1. //总长度16字节
    2. struct sockaddr  {
    3.     sa_family_t sa_family; // unsigned short int，16bit,2字节，AF_xxx
    4.     char        data[14];
    5. };
    6.  
    7. //总长度128字节
    8. struct sockaddr_storage {
    9.     sa_family_t sa_family;
    10.     char __ss_padding[_SS_PADSIZE];
    11.     __ss_aligntype __ss_align;	/* Force desired alignment.  */
    12. };

    2. 专用的socket地址 

    1. // IP协议族 IPv4
    2. // 总长度16字节
    3. struct sockaddr_in {
    4.     sa_family_t sin_family; // AF_INET
    5.     uint16_t    sin_port; // e.g. htons(3490)
    6.     struct in_addr sin_addr;
    7.     
    8.     /* Pad to size of `struct sockaddr'.  8 字节*/
    9.     unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)
    10. 			   - sizeof (sa_family_t)
    11. 			   - sizeof (uint16_t)
    12. 			   - sizeof (struct in_addr)];
    13. };
    14. struct in_addr {
    15.     uint32_t s_addr;
    16. };
    17.  
    18. // IP协议族 IPv6
    19. // 总长度28字节
    20. struct sockaddr_in6 {
    21.     sa_family_t sin6_family; // AF_INET6
    22.     uint16_t sin6_port;	/* Transport layer port # */
    23.     uint32_t sin6_flowinfo;	/* IPv6 flow information */
    24.     struct in6_addr sin6_addr;	/* IPv6 address */
    25.     uint32_t sin6_scope_id;	/* IPv6 scope-id */
    26. };
    27. struct in6_addr {
    28.     union {
    29. 	    uint8_t	__u6_addr8[16];
    30. 	    uint16_t __u6_addr16[8];
    31. 	    uint32_t __u6_addr32[4];
    32.     } __in6_u;
    33. };
    34.  
    35. //UNIX本地协议族
    36. struct sockaddr_un {
    37.     sa_family_t sun_family; // AF_LOCAL/AF_UNIX
    38.     char sun_path[108];
    39. };

     

    PF_INET: 协议族，AF_INET：地址族

    illumos: manual page: sockaddr_storage.3socket

    Implementing AF-independent application

    recvfrom 辅助数据

    recvmsg(2) - OpenBSD manual pages

     UNIX网络编程读书笔记：辅助数据 - ITtecman - 博客园

    unix(7) - Linux manual page

    Linux msghdr结构讲解 | Ivanzz


     

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/iamanda/article/details/125223900