13.4 Linux_网络编程_套接字属性

news2024/10/22 15:20:42

概述

什么是选项的级别：

socket中可以设置的属性种类很多，比如socke的选项、传输层TCP/UDP的选项、数据链路层的选项。这些选项在不同的层级，这就是选项的级别。常用级别及含义如下：

级别含义
SOL_SOCKET作用于套接字本身
IPPROTO_IP作用于IPv4协议
IPPROTO_TCP作用于流式套接字
IPPROTO_UDP作用于数据报套接字

SOL_SOCKET级别的常用选项：

IPPROTO_IP级别的常用选项：

相关函数

//获取套接字选项
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,void *optval, socklen_t *optlen);
//设置套接字选项
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);

返回值：成功返回0，失败返回-1 

sockfd：套接字的文件描述符

level：选项的级别

optname：要获取/设置哪一个选项

optval：获取/设置的选项存放在哪

optlen：选项存放的空间的大小

相关实验

1、保活连接实验

什么是保活链接：

保活链接指的是在TCP通信中，为了防止长时间不交互而连接被关闭的情况，服务器会向客户端发送一些数据，以确保连接正常。当到达设置的间隔时，会发出第一个保活数据，如果服务器没有收到客户端的回应，之后会继续发出。当到达设置的发送次数依旧没有得到回应，那么服务器就会中断与客户端的连接。

保活连接包括：是否开启、未通讯多久发送第一次保活数据、之后发送的间隔、发送几次未响应中断连接。与之相对应的选项如下：

含义选项级别选项设置值
是否开启保活连接SOL_SOCKETSO_KEEPALIVE1开启0关闭
未通讯多久发送第一次保活数据SOL_TCPTCP_KEEPIDLE

单位s

默认7200s(2h)

之后发送的间隔SOL_TCPTCP_KEEPINTVL

单位s

默认75s

发送几次未响应中断连接SOL_TCPTCP_KEEPCNT默认9次

server.c代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
#include <netinet/tcp.h>

#define BACKLOG 5 				//最大接入客户端数量
int socket_init(char** argv);
void getKeepAlive(int fd);
void setKeepAlive(int fd);
int main(int argc ,char** argv){
 
	int fd;
	//判断参数有效性
	if(argc != 3){
		printf("param err\n");
		printf("%s<ip><port>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	printf("ip = %s\n",argv[1]);
	printf("port = %s\n",argv[2]);
	//初始化socket:TCP,IPv4,本地回环测试
	fd = socket_init(argv);
	//设置保活链接
	getKeepAlive(fd);
	setKeepAlive(fd);
	getKeepAlive(fd);
	//接受客户端链接
	int newFd;
	struct sockaddr_in newAddr;
	socklen_t newAddrlen;
	char buf[100] = {0};
	fd_set readfds,readfdsTmp;
	int i,nfds;
	//1.清空可读可写集合,并将服务器的fd添加进可读集合
	FD_ZERO(&readfds);
	FD_ZERO(&readfdsTmp);
	FD_SET(fd,&readfds);
	nfds = fd + BACKLOG + 1;
	while(1){
		readfdsTmp = readfds;
		//2.以阻塞方式监听全部文件描述符,如果有文件描述符可以写入,则返回
		if(select(nfds,&readfdsTmp,NULL,NULL,NULL) == -1){
			perror("select");
			exit(-1);
		}
		//3.根据监听到的文件描述符进行相应的操作
		if(FD_ISSET(fd,&readfdsTmp)){//监听到了服务器的fd,代表有新的客户端接入
			if((newFd = accept(fd,(struct sockaddr*)&newAddr,&newAddrlen)) < 0){
				perror("accept");
				return -1;
			}
			printf("[%s,%d]connect\n",inet_ntoa(newAddr.sin_addr),ntohs(newAddr.sin_port));
			printf("newFd = %d\n",newFd);
			FD_SET(newFd,&readfds);//将新的socket加入监听列表
		}
		else{
			//printf("Debug:fd = %d\n",fd);
			for(i=fd+1;i<nfds;i++){//监听到了客户端的fd,处理相应客户端信息,这里的难点是客户端fd的范围如何确定
				//printf("Debug:i=%d\n",i);
				if(FD_ISSET(i,&readfdsTmp)){
					if(read(i,buf,sizeof(buf)) <= 0){
						close(i);
						FD_CLR(i,&readfds);
						printf("fd=%d closed\n",i);
					}else{
						if(getpeername(i,(struct sockaddr*)&newAddr,&newAddrlen) == -1){//与客户端链接存在问题
							perror("getpeername");
						}else{
							printf("[%s,%d]data:%s",inet_ntoa(newAddr.sin_addr),ntohs(newAddr.sin_port),buf);
							write(i,"server\n",strlen("server\n"));
							memset(buf,0,sizeof(buf));
						}
					}
				}
			}	
		}
	}
	close(fd);
	return 0;
}

void setKeepAlive(int fd){
	int optval;
	optval = 1;
	if(setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&optval,sizeof(int)) == -1){
		perror("SO_KEEPALIVE");
	}
	optval = 5;
	if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,&optval,sizeof(socklen_t))){
		perror("TCP_KEEPIDLE");
	}
	optval = 2;
	if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,&optval,sizeof(socklen_t))){
		perror("TCP_KEEPINTVL");
	}
	optval = 3;
	if(setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,&optval,sizeof(socklen_t))){
		perror("TCP_KEEPCNT");
	}

}
void getKeepAlive(int fd){
	int optval;
	socklen_t optlen;
	if(getsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&optval,&optlen) == -1){
		perror("get SO_KEEPALIVE");
	}else{
		printf("是否开启保活链接 = %d\n",optval);
	}
	if(getsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,&optval,&optlen) == -1){
		perror("get TCP_KEEPIDLE");
	}else{
		printf("未通讯多久发送第一次保活数据 = %ds\n",optval);
	}
	if(getsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,&optval,&optlen) == -1){
		perror("get TCP_KEEPINTVL");
	}else{
		printf("之后发送的间隔 = %d\n",optval);
	}
	if(getsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,&optval,&optlen) == -1){
		perror("get TCP_KEEPCNT");
	}else{
		printf("发送几次未响应中断连接 = %d\n",optval);
	}
}
int socket_init(char** argv){
	int fd;
	struct sockaddr_in addr;
	//1.创建socket
	if((fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){//IPv4,TCP协议
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	//2.绑定IP、端口号
	addr.sin_family = AF_INET;    				  //IPv4
	addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); 		  //端口号,要转化为大端子节序
	addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);    //IP地址:0表示在本网络上的本主机,即:自己
	if(bind(fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1){
		perror("bind");
		exit(-1);
	}
	//3.监听socket
	if(listen(fd,BACKLOG) == -1){ 	//允许最多接入5个客户端
		perror("listen");
		exit(-1);
	}
	return fd;
}

代码执行结果如下：

2、广播实验

什么是广播：

如果数据包发送方式只有一个接收方，这称为单播。如果同时发给网络中的所有主机，这就是广播。只有UDP能够实现广播。

广播地址特点：

一个网络内主机号全为1的IP地址为广播地址。发到广播地址的数据包会被所有的主机接收。

IP:255.255.255.255在所有网段中都代表广播地址。

Linux下查询广播地址：

ifconfig查询到的广播地址为192.168.129.255，掩码为255.255.255.0

这代表如果向该广播地址发送数据，那么IP为192.168.129.xxx的主机都可以接收到数据。

客户端广播服务器接收实验：

设置允许广播：

//设置可以允许广播
int on = 1;
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));

client.c代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
 
int main(int argc,char** argv){
 
	int fd;
	struct sockaddr_in addr;
	//判断参数有效性
	if(argc != 3){
		printf("param err\n");
		printf("%s<ip><port>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	printf("ip = %s\n",argv[1]);
	printf("port = %s\n",argv[2]);
	//1.创建socket
	if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){//IPv4,UDP协议
		perror("socket");
		return -1;
	}
	//设置可以允许广播
	int on = 1;
	setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));
	//2.设置要发送到的服务器信息
	addr.sin_family = AF_INET;    		  		//IPv4
	addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); 		//服务器端口号,要转化为大端子节序
	addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);  //服务器IP地址:在本网络上的本主机,即:自己
	//3.数据交互
	while(1){
		sendto(fd,"cilent",strlen("cilent"),0,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
		sleep(1);
	}
	close(fd);
 
	return 0;
}

代码运行结果如下： 

3、组播实验

组播是什么：

组播是向多个网络的不同主机同时发送消息。组播的IP是D类地址（多播地址），每一个IP代表一个多播组。多播地址只能用于 "目的地址" ，不能用作 "源地址" 。

组播地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255，一般选择239的网络号

组播如何通讯：

接收方(目的地址)先加入指定的多播组，发送方(源地址)向多播组发送数据，则加入该组的全部主机都可以收到数据。

服务器加入多播组客户端发数据实验：

注意事项：

  • 进行该实验时需要保证本机已经联网，因为组播的数据是在网络上传输的。
  • 在设置服务器IP时，不能设置127.0.0.1，因为这是本地回环地址，是不涉及真正的网络传输的。应该设置为0，这代表本网络上的本主机的IP地址，这样才能真正的在网络中通信。

加入多播组：

//设置多播组的结构体
struct ip_mreq {
    struct in_addr imr_multiaddr;   /*IP 组播组地址*/
    struct in_addr imr_interface;   /*本地接口的IP地址*/
};

//绑定组播IP
struct ip_mreq mreq;
memset(&mreq,0,sizeof(mreq));
if(!inet_aton("239.2.2.100",&mreq.imr_multiaddr)){//组播IP
    perror("inet_aton");
    return -1;
}
printf("组播ip = %s\n",inet_ntoa(mreq.imr_multiaddr));//setsockopt设置套接字属性,加入多播组
if(setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq)) < 0){
    perror("setsockopt");
    return -1;
}

server.c代码： 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
 
int main(int argc,char** argv){
	int fd;
	struct sockaddr_in addr;
	//判断参数有效性
	if(argc != 3){
		printf("param err\n");
		printf("%s<ip><port>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	printf("ip = %s\n",argv[1]);
	printf("port = %s\n",argv[2]);
	//1.创建socket
	if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){//IPv4,UDP协议
		perror("socket");
		return -1;
	}
	
	//绑定组播IP
	struct ip_mreq mreq;
	memset(&mreq,0,sizeof(mreq));
	//if(!inet_aton("0.0.0.0",&mreq.imr_interface)){//本地IP
	//	perror("inet_aton");
	//	return -1;
	//}
	if(!inet_aton("239.2.2.100",&mreq.imr_multiaddr)){//组播IP
		perror("inet_aton");
		return -1;
	}
	printf("组播ip = %s\n",inet_ntoa(mreq.imr_multiaddr));
	if(setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq)) < 0){
    	perror("setsockopt");
    	return -1;
	}
	
	//2.绑定IP、端口号
	addr.sin_family = AF_INET;    				  //IPv4
	addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); 		  //端口号,要转化为大端子节序
	addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);    //IP地址:0表示在本网络上的本主机,即:自己
	if(bind(fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1){
		perror("bind");
		return -1;
	}
	//3.数据交互
	char buf[100] = {0};
	struct sockaddr_in src_addr;
	socklen_t src_addrlen;
	while(1){
		memset(buf,0,sizeof(buf));
		if(recvfrom(fd,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&src_addr,&src_addrlen) > 0){
			printf("client port = %d\n",ntohs(src_addr.sin_port));
			printf("client ip = %s\n",inet_ntoa(src_addr.sin_addr));
			printf("read:%s\n",buf);
		}	
	}
	close(fd);
	return 0;
}

 代码运行结果如下：

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