[C++ 网络协议] 套接字的多种可选项

news2024/9/20 0:58:54

1. 套接字的可选项

2. 获取/设置套接字可选项

2.1 getsockopt函数（获取套接字可选项）

2.2 setsockopt函数（设置套接字可选项）

3. 常用套接字可选项

3.1 SOL_SOCKET协议层的SO_TYPE可选项

3.2 SOL_SOCKET协议层的SO_SNDBUF和SO_RCVBUF可选项

3.3 SOL_SOCKET协议层的SO_REUSEADDR可选项

3.3.1 Time-wait状态

3.3.2 SO_REUSEADDR可选项

3.4 IPPROTO_TCP协议层的TCP_NODELAY可选项

3.4.1 Nagle算法

3.4.2 TCP_NODELAY可选项

1. 套接字的可选项

SOL_SOCKET：是套接字相关的通用可选项。

IPPROTO_IP：是IP协议相关事项。

IPPROTO_TCP：是TCP协议相关的事项。

无需全部记忆下来，只有一些是常用的，下面将会介绍。

2. 获取/设置套接字可选项

2.1 getsockopt函数（获取套接字可选项）

LINUX:
#include<sys/socket.h>

int getsocketopt(
int sock,                //用于查看选项套接字文件描述符
int level,               //要查看的可选项的协议层
int optname,             //要查看的可选项名
void* optval,            //保存查看结果的缓冲地址值
socklen_t* optlen        //向第四个参数optval传递的缓冲大小，即第四个参数所占字节数
);
成功返回0，失败返回-1

WINDOWS:
#include<winsock2.h>

int getsockopt(
SOCKET sock,              //同上    
int level,                //同上
int optname,              //同上
char* optval,             //同上，不同的是，这里是char* 类型要进行强制转换
int* optlen               //同上，不同的是，这里是int* 类型
);
成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

2.2 setsockopt函数（设置套接字可选项）

LINUX:
#include<sys/socket.h>

int setsockopt(
int sock,            //用于更改可选项的套接字文件描述符
int level,           //要更改的可选项协议层
int optname,         //要更改的可选项名
const void* optval,  //保存要更改的选项信息的缓冲地址值
socklen_t optlen     //向第四个参数optval传递的可选项信息的字节数
);
成功返回0，失败返回-1

WINDOWS：
#include<winsock2.h>

int setsockopt(
int sock,            //同上
int level,           //同上
int optname,         //同上
const char* optval,  //同上，不同的是这里是const char* 类型
int optlen           //同上，不同的是这里是int 类型
);
成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

3. 常用套接字可选项

3.1 SOL_SOCKET协议层的SO_TYPE可选项

作用：用以查看套接字类型。如果是TCP套接字则为1（SOCK_STREAM），UDP套接字则为2（SOCK_DGRAM）。

注意：套接字类型不可更改，只能在创建时决定，由表也可得知。

3.2 SOL_SOCKET协议层的SO_SNDBUF和SO_RCVBUF可选项

作用：用以查看/修改输入/输出缓冲区大小。

注意：当你修改完后的I/O缓冲区大小，可能不是和你设置的结果一样，这是因为，缓冲区的大小设置要谨慎处理，不会完全按我们的要求进行，我们只是向系统传递要求，系统不一定会按照我们的结果来设置。

3.3 SOL_SOCKET协议层的SO_REUSEADDR可选项

3.3.1 Time-wait状态

在了解SO_REUSEADDR可选项之前，先介绍套接字的Time_wait状态。

Time_wait状态：就是当某一方向另一方发起断开连接请求时，经过四次握手状态，请求断开连接的这一方在接收到另一方发来的FIN信息时，就会进入到一个Time-wait状态，等状态结束，才会关闭套接字，在这个期间，端口是一直处在运行状态，不能绑定其它套接字。

如图所示，只有先请求断开的这一方，才会经过Time-wait状态。

所以，假设服务器端是先请求断开的这一方，那么服务器端在与客户端进行四次握手后，进入到Time-wait状态，这时，服务器端不能马上重新运行，因为下次运行，进行IP地址和端口号绑定时，bind函数会发生错误，因为此时套接字还处于Time-wait状态，端口号仍然在使用中，所以服务器不能马上重新运行。

1.客户端套接字为什么先请求断开，重启后仍然可以立马运行？

因为：客户端的端口是动态分配的，并不是固定的。

2.客户端套接字会不会经过Time-wait状态？

答：会的，只要是先请求断开的这一方的套接字，都会经过Time-wait状态。

3.为什么会有Time-wait这个状态？

答：假设上述图中，主机A在发送完最后一个数据包后，马上关闭套接字，而最后一个数据包并没有送达到主机B，那么此时主机B就会认为前一个数据包发送给了主机A，而主机A没有收到，就会把前一个主机包进行重传，但是，主机A却再也不能接收到这个数据包了，因为主机A已经在发送最后一个数据包的同时把套接字给关闭了。基于这些考虑，才会有Time-wait状态。

3.3.2 SO_REUSEADDR可选项

Time-wait状态，看起来很重要，但并不是那么让人喜欢。当系统发生故障紧急停止时，需要立马重启服务器端，提供服务，这时，因为服务器端的套接字处于Time-wait状态，从而导致，必须要等待几分钟。如图：

此时，服务器端每接收到主机B发来的数据包，Time-wait状态就会进行重置，服务器端就必须要等待状态结束。

所以，我们提供SO_REUSEADDR可选项，来设置套接字。

作用：调整参数，将允许处于Time-wait状态的套接字绑定的端口号，绑定新的套接字。

值：默认值是0（假），不允许Time-wait状态的套接字的端口号绑定新的套接字，设置为1（真），将允许绑定新的套接字。

3.4 IPPROTO_TCP协议层的TCP_NODELAY可选项

3.4.1 Nagle算法

在了解TCP_NODELAY可选项的作用之前，先了解Nagle算法。

Nagle算法优点：防止因数据包过多而发生的网络过载。

Nagle算法缺点：因要等待ACK消息，传输速率会降低。

Nagle算法原理：只有收到前一数据的ACK消息时，才发送下一数据。如图：

主机A发送字符串"Nagle"到主机B。

左边，当开启了Nagle算法时，主机A会先将头字符N存入输出缓冲中，这时因为N是头字符，没有需要接收的ACK，所以会立马传输给主机B，接着主机A等待主机B的ACK，在等待的同时，会将余下的字符存入输出缓冲里，在接收到主机B的ACK消息后，把余下字符装入一个数据包发送给主机B。这时，总共只传递了4个数据包。

右边，当关闭了Nagle算法时，极端情况下（并不是说关闭Nagle算法一定是这么传输的），主机A有可能会逐个字符依次传到输出缓冲里，因为无需等待主机B的ACK，在存入输出缓冲里，就马上传输给主机B。这样，总共传递了10个数据包。

综上，Nagle算法可以防止数据包过多而导致的网络过载。