《TCP/IP网络编程》（第九章）套接字的多种选项

本文主要是介绍《TCP/IP网络编程》（第九章）套接字的多种选项，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1.套接字的多种可选项

SOL_SOCKET的选项是套接字相关的选项
IPPROTO_IP的可选项是IP协议相关的选项
IPPROTO_TCP的可选项是TCP协议相关的选项

接下来会简单介绍几个选项和用法

2.对选项信息进行读取和设置

使用getsockopt()和setsockopt()进行读取和设置，语法如下：

Linux系统
getsockopt()读取套接字选项

int getsockopt(
int sockfd,           //sockfd：要查看的套接字的文件描述符。
int level,            //level：要查看的协议层，如SOL_SOCKET。
int optname,          //要查询的选项的名称。
void *optval,         //指向一个缓冲区，该缓冲区将接收查询的选项值。
socklen_t *optlen     //向optval缓冲区传递的缓冲大小。调用成功后，它会被设置为选项值的实际长度。
);  

setsockopt()设置套接字选项

int setsockopt(
int sockfd,            //sockfd：要设置的套接字文件描述符。
int level,             //level：要设置的协议层，如SOL_SOCKET。
int optname,           //optname：要设置的选项的名称。
const void *optval,    //optval：指向包含要设置的选项值的缓冲区。
socklen_t optlen       //optval缓冲区的长度。
);

Windows系统
getsockopt()读取套接字选项

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

setsockopt()设置套接字选项

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

3.SOL_SOCKET协议层中的SO_SNDBUF 和 SO_RCVBUF

前者是输入缓冲大小的相关选项，后者是输出缓冲大小的相关选项
Linux系统

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(const char *message);int main(int argc, char *argv[]){int sock;int result;// 用于存储函数调用结果socklen_t optlen;// 用于存储选项长度int recvBufSize, sendBufSize;// 用于存储接收和发送缓冲区大小int buffer_value = 1024; // 我们想要设置的缓冲区大小// 创建套接字（示例中使用IPv4 TCP套接字）sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (!sock) {error_handling(" sock buliding error");return 1;}// 获取默认的接收缓冲区大小optlen = sizeof(recvBufSize);result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (char*)&recvBufSize, &optlen);if (result) {error_handling("getsockopt SO_RCVBUF error");} else {printf("Default receive buffer size: %d\n", recvBufSize);}// 获取默认的发送缓冲区大小result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&sendBufSize, &optlen);if (result) {error_handling("getsockopt SO_SNDBUF error");} else {printf("Default send buffer size: %d\n", sendBufSize);}// 设置接收缓冲区大小为1024result = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (const char*)&buffer_value, sizeof(buffer_value));if (result) {error_handling("setsockopt SO_RCVBUF error");} else {// 验证接收缓冲区大小设置result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (char*)&recvBufSize, &optlen);if (result) {error_handling("get new SO_RCVBUF error");} else {printf("New receive buffer size: %d\n", recvBufSize);}}// 设置发送缓冲区大小为1024result = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (const char*)&buffer_value, sizeof(buffer_value));if (result) {error_handling("setsockopt SO_SNDBUF error");} else {// 验证发送缓冲区大小设置result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&sendBufSize, &optlen);if (result) {error_handling("get new SO_SNDBUF error");} else {printf("New send buffer size: %d\n", sendBufSize);}}return 0;}void error_handling(const char *msg){fputs(msg, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

输出的结果和我们预设的不同，受限于系统，可能无法按照我们的要求100%实现，操作系统可能有自己的缓冲区大小限制，这些限制可能高于或低于您尝试设置的值。如果设置的值超出了系统允许的范围，系统会自动调整到允许的最大或最小值。
Windows系统

#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {WSADATA wsaData;SOCKET sock = INVALID_SOCKET;int result;// 用于存储函数调用结果socklen_t optlen;// 用于存储选项长度int recvBufSize, sendBufSize;// 用于存储接收和发送缓冲区大小int buffer_value = 1024; // 我们想要设置的缓冲区大小// 初始化WinSockresult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);if (result != 0) {printf("WSAStartup failed: %d\n", result);return 1;}// 创建套接字（示例中使用IPv4 TCP套接字）sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (sock == INVALID_SOCKET) {printf("Could not create socket: %ld\n", WSAGetLastError());WSACleanup();return 1;}// 获取默认的接收缓冲区大小optlen = sizeof(recvBufSize);result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (char*)&recvBufSize, &optlen);if (result == SOCKET_ERROR) {printf("getsockopt failed for SO_RCVBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {printf("Default receive buffer size: %d\n", recvBufSize);}// 获取默认的发送缓冲区大小result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&sendBufSize, &optlen);if (result == SOCKET_ERROR) {printf("getsockopt failed for SO_SNDBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {printf("Default send buffer size: %d\n", sendBufSize);}// 设置接收缓冲区大小为1024result = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (const char*)&buffer_value, sizeof(buffer_value));if (result == SOCKET_ERROR) {printf("setsockopt failed for SO_RCVBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {// 验证接收缓冲区大小设置result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (char*)&recvBufSize, &optlen);if (result == SOCKET_ERROR) {printf("getsockopt failed for SO_RCVBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {printf("New receive buffer size: %d\n", recvBufSize);}}// 设置发送缓冲区大小为1024result = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (const char*)&buffer_value, sizeof(buffer_value));if (result == SOCKET_ERROR) {printf("setsockopt failed for SO_SNDBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {// 验证发送缓冲区大小设置result = getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&sendBufSize, &optlen);if (result == SOCKET_ERROR) {printf("getsockopt failed for SO_SNDBUF: %d\n", WSAGetLastError());} else {printf("New send buffer size: %d\n", sendBufSize);}}// 清理资源closesocket(sock);WSACleanup();system("pause");return 0;
}

4.Time-wait状态

在基于TCP的服务器端/客户端（2）中讲述“四次挥手的时，第四次挥手中，主动关闭方发送一个ACK作为回应，便会进入TIME_WAIT状态。

若没有TIME_WAIT状态，如果最后这条ACK消息在传输途中丢失了，未能传给主机B，则主机B就会重传FIN消息，而不是关闭连接，但此时主机A已经关闭连接无法收到消息，那么主机B将无法按照程序关闭连接。
但因为有TIME_WAIT状态，主机A就会收到重传的FIN消息，然后重新发送ACK消息给主机B，让主机B正常关闭连接。

但是TIME_WAIT状态也有缺点，如果需要尽快重启服务器，但因为网络不好，便会一直处于TIME_WAIT状态。

解决方法就是使用SO_REUSEADDR

5.SOL_SOCKET协议层中的SO_REUSEADDR

SO_REUSEADDR 是一个 socket 选项，允许一个 socket 绑定到一个已经在使用中的地址和端口上。当应用程序关闭处于 TIME_WAIT 状态的连接时，如果启用了 SO_REUSEADDR，新的 socket 可以立即重用该地址和端口，即使之前的连接仍在 TIME_WAIT 状态。
使用语法

int optval = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&optval, sizeof(optval));

当服务器端添加了这个代码后，即让服务器处于SO_REUSEADDR状态，即使由于网络问题，导致服务器无法正常关闭，也可以立刻重新运行服务器程序，让服务器重新绑定在之前的地址和端口上。

6.Nagle算法

TCP套接字默认使用Nagle算法，下图是极端例子下使用和不使用Nagle算法：

左图是使用Nagle算法，右图是不使用Nagle算法，这里再次强调，即使是不使用Nagle算法，数据传输也不是逐字传输，这里只是方便理解，极端化处理。

Nagle算法优点：

• 减少网络拥塞： 通过减少小包的数量，可以降低网络拥塞，特别是在高延迟网络中。
• 提高带宽利用率： 通过发送更大的数据包，可以更有效地利用可用带宽。

Nagle算法缺点：

• 增加交互式应用的延迟： 对于需要快速响应的交互式应用（如远程登录或在线游戏），Nagle算法可能会导致感知上的延迟，因为它延迟了小数据包的发送。
• 与某些应用协议不兼容： 一些应用协议依赖于小数据包的快速传输，Nagle算法可能会干扰这些协议的正常工作。

为了解决这些问题，TCP提供了一个称为TCP_NODELAY的选项，允许禁用Nagle算法。如果应用程序需要发送小的、需要快速确认的数据包，可以设置这个选项来禁用Nagle算法，从而允许立即发送数据包，不进行合并。

7.IPPROTO_TCP协议层中的TCP_NODELAY

TCP_NODELAY 是一个用于控制 TCP 连接中 Nagle 算法行为的套接字选项。默认情况下，Nagle 算法通过合并小的数据包来减少网络拥塞和提高带宽利用率，但这可能会导致交互式应用的延迟增加。

当启用 TCP_NODELAY 选项时，它会禁用 Nagle 算法的合并过程，允许立即发送小的数据包，而不需要等待更多的数据来填满一个最大报文段（MSS）。这可以减少延迟，特别是在需要快速响应的应用中，如远程登录（SSH）、在线游戏或任何需要实时通信的场景。

启动TCP_NODELAY

int optval = 1;// 启用 TCP_NODELAY ，禁用 Nagle 算法
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void*)&optval, sizeof(optval)) 

查看状态

int opt_val;
socklent_ opt_len;
opt_len=sizeof(opt_val);
getsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void*)&opt_val, &opt_len)
//使用状态opt_val会保存为0，禁用状态则保存为1

这篇关于《TCP/IP网络编程》（第九章）套接字的多种选项的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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