套接字的多种可选项

一、引言

套接字有很多可选项，可以用来自定义细节。

1、通用套接字选项

2、TCP 专用选项

3、IP 协议选项

读取选项值（getsockopt）：

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int value;
socklen_t optlen = sizeof(value);
if (getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &value, &optlen) == 0) {
    printf("Receive buffer size: %d\n", value);
}

设置选项值（setsockopt）：

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int new_size = 8192; // 8 KB
if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &new_size, sizeof(new_size)) == 0) {
    printf("Receive buffer size updated.\n");
}

Tips：输入输出缓存区不可以并不能完全设置，系统会有上限和下限。

二、函数原型

getsockopt 函数原型

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// Linux
#include <sys/socket.h>

int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

// Windows
#include <winsock2.h>

int getsockopt(SOCKET s, int level, int optname, char *optval, int *optlen);

• 参数说明：

  • sockfd：套接字描述符。

  • level：协议层级，常见值包括：
    • SOL_SOCKET：通用套接字选项。
    • IPPROTO_TCP：TCP 专用选项。
    • IPPROTO_IP：IPv4 专用选项。
    • IPPROTO_IPV6：IPv6 专用选项。

  • optname：选项名（如 SO_RCVBUF、TCP_NODELAY 等）。

  • optval：指向存储选项值的缓冲区。

  • optlen：指向缓冲区长度的指针，调用后包含实际返回的选项值的大小。

• 返回值：

  • 成功时返回 0。
  • 失败时返回 -1 并设置 errno。

setsockopt 函数原型

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// Linux
#include <sys/socket.h>

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

// Windows
#include <winsock2.h>

int setsockopt(SOCKET s, int level, int optname, const char *optval, int optlen);

• 参数说明：
  • sockfd：套接字描述符。
  • level：协议层级（与 getsockopt 相同）。
  • optname：选项名。
  • optval：指向设置选项值的缓冲区。
  • optlen：缓冲区大小，单位是字节。
• 返回值：
  • 成功时返回 0。
  • 失败时返回 -1 并设置 errno。

三、连接和断开所经历的状态

TCP 三次握手（建立连接）中的状态

1. CLOSED：
   • 初始状态，表示套接字未使用或连接已关闭。
2. LISTEN：
   • 服务端套接字进入监听状态，等待来自客户端的连接请求。
3. SYN-SENT：
   • 客户端发送 SYN 报文后进入此状态，等待服务端的 SYN+ACK 报文。
4. SYN-RECEIVED：
   • 服务端接收到客户端的 SYN 报文并回复 SYN+ACK 后进入此状态，等待客户端的确认（ACK）。
5. ESTABLISHED：
   • 表示连接已建立，双方可以开始数据传输。

TCP 四次挥手（断开连接）中的状态

1. ESTABLISHED：
   • 连接正常建立，数据传输过程中。
2. FIN-WAIT-1：
   • 主动关闭的一方（发送 FIN 报文的一方）进入此状态，等待对方的 ACK 或 FIN+ACK。
3. CLOSE-WAIT：
   • 被动关闭的一方接收到 FIN 后发送 ACK，进入此状态，准备关闭连接。
4. FIN-WAIT-2：
   • 主动关闭的一方接收到对方的 ACK 后进入此状态，等待对方的 FIN。
5. LAST-ACK：
   • 被动关闭的一方发送 FIN 后进入此状态，等待对方的 ACK。
6. TIME-WAIT：
   • 主动关闭的一方接收到对方的 FIN 并回复 ACK 后进入此状态，等待足够的时间以确保对方收到 ACK（通常是 2 倍的最大报文段寿命，2MSL）。
7. CLOSED：
   • 最终状态，表示连接已完全关闭。

四、重要的可选项

1、SO_REUSEADDR

SO_REUSEADDR 及其相关的 TIME-WAIT 状态很重要。

TIME-WAIT 状态就是四次挥手时，主动关闭连接的一方接收对方的 FIN 返回 ACK 之后为了避免 ACK 丢包而进入的等待状态。在 TIME-WAIT 状态下，会一直占用端口号，导致无法重新分配给新的套接字。

SO_REUSEADDR 可以解决 TIME-WAIT 端口占用问题，但是新的套接字必须绑定到相同的本地地址和端口，而且操作系统允许在端口处于 TIME-WAIT 状态时重新绑定。

2、SO_REUSEPORT

SO_REUSEPORT 允许多个套接字绑定到同一 IP 地址和端口，可以提高服务器性能，通过多个进程或线程共享同一端口，支持负载均衡。

3、TCP_NODELAY

为防止数据包过多而发生网络过载，Nagle 算法在1984 年诞生了。它应用于 TCP 层，只有收到前一数据的 ACK 消息时，Nagle 算法才发送下一数据。

Nagle 算法不适用“传输大文件数据”，因为将文件数据传入输出缓存区不会花费太多时间，使用 Nagle 算法会导致无法连续传输。

TCP 默认开启 Nagle 算法，如果需要禁用 Nagle 算法只需要将套接字的 TCP_NODELAY 设置为 1 即可。

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

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