tcp/udp
根据端口号的绑定我们分以下几种情况来讨论:
我们首先编写两个简单的测试程序。
tcp.c
该程序仅仅创建tcp套接字并绑定端口号8888,没有accept建立连接操作,并且sleep(1000),让进程不要太快退出。
/*******服务器程序 TCPServer.c ************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <pthread.h>
#define WAITBUF 10
#define RECVBUFSIZE 1024
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd,nbytes;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int portnumber = 8888;
socklen_t sin_size;
char hello[512];
char buffer[RECVBUFSIZE];
/*端口号不对,退出*/
/*服务器端开始建立socket描述符*/
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket error:%sna",strerror(errno));
exit(1);
}
/*服务器端填充 sockaddr结构*/
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
server_addr.sin_family=AF_INET;
/*自动填充主机IP*/
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
/*捆绑sockfd描述符 进程+端口号+ip+socket*/
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
fprintf(stderr,"Bind error:%sna",strerror(errno));
exit(1);
}
/*监听sockfd描述符*/
if(listen(sockfd, WAITBUF)==-1)
{
fprintf(stderr,"Listen error:%sna",strerror(errno));
exit(1);
}
sleep(1000);//让程序不要这么快的退出
close(sockfd);
exit(0);
}
udp.c
该程序仅仅创建udp套接字并绑定端口号8888,没有accept建立连接操作,并且sleep(1000),让进程不要太快退出.
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888
#define MAX_MSG_SIZE 1024
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
/* 服务器端开始建立socket描述符 */
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%sn",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 服务器端填充 sockaddr结构 */
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
/* 捆绑sockfd描述符 */
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0)
{
fprintf(stderr,"Bind Error:%sn",strerror(errno));
exit(1);
}
sleep(1000);
close(sockfd);
}
编译
gcc tcp.c -o tcp
gcc udp.c -o udp
情况1执行结果
从结果可知,第二个进程绑定端口号8888绑定失败。
情况2执行结果
从结果可知,第二个进程绑定端口号8888绑定失败。
情况3执行结果
用netstat命令查看信息。
netstat
从结果可知,该种情形,两个进程分别绑定成功。
由上述结果可知:TCP、UDP可以同时绑定一个端口8888,但是一个端口在同一时刻不可以被TCP或者UDP绑定2次。 原因如下:
端口号可以用来标识同一个主机上通信的不同应用程序,端口号+IP地址就可以组成一个套接字,用来标识一个进程。
在TCP/IP协议中,用“源IP地址”,“目的IP地址”,“源端口号”,“目的端口号”,协议号(IP协议的协议号为4,TCP的协议号为6)这样的一个五元组来标识一个通信,通信的双方在发送消息时,消息的头部会带着这样的五元组。
(1)0~1023:知名端口号,是留着备用的,一把都是用于协议,例如HTTP、FTP、SSH ;
(2)1024~65535:是操作系统动态分配的端口号,客户端程序的端口号,就是由操作系统从这个范围来分配的,在TCP与UDP的套接字通信中,客户端的端口号就是在此范围中。
比如:
HTTP服务器:80
FTP服务器:21
ps:FTP有一个控制连接和一个数据连接,所以FTP是有两个端口号的,控制连接的端口号是21,数据连接的端口号是20,但是如果FTP的端口号默认是21,如果指明FTP有两个端口号的话,那就是21和20,否则FTP服务器的端口号就是21
TELNET服务器:23
SSH服务器:22
HTTPS:443
WEB服务器:25
cat /etc/services
可以
因为一个进程可以打开多个文件描述符,而每个文件描述符都对应一个端口号,所以一个进程可以绑定多个端口号。
Linux内核会给每一个socket分配一个唯一的文件描述符,进程通过该文件描述符来区分对应的套接字。
同种协议通常不可以,但有一种情况可以。
ps:如果进程先绑定一个端口号,然后在fork一个子进程,这样的话就可以是实现多个进程绑定一个端口号,但是两个不同的进程绑定同一个端口号是不可以的。
当两个socket的address和port相冲突,而我们又想重用地址和端口,则旧的socket和新的socket都要已经被设置了SO_REUSEADDR特性,只有两者之一有这个特性还是有问题的。
SO_REUSEADDR可以用在以下四种情况下。(摘自《Unix网络编程》卷一,即UNPv1)
一般来说,一个端口释放后会等待两分钟之后才能再被使用,SO_REUSEADDR是让端口释放后立即就可以被再次使用。
SO_REUSEADDR用于对TCP套接字处于TIME_WAIT状态下的socket,才可以重复绑定使用。server程序总是应该在调用bind()之前设置SO_REUSEADDR套接字选项。TCP,先调用close()的一方会进入TIME_WAIT状态。
4次握手顺序见下图:
4次握手
SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口,即使以前建立的将此端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现,若不设置此选项,则bind时将出错。
SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例,只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。对于TCP,我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。
SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上,只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。
SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑:当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时,还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说,这个特性仅在支持多播的系统上才有,而且只对UDP套接口而言(TCP不支持多播)。
SO_REUSEPORT选项有如下语义: 此选项允许完全重复捆绑,但仅在想捆绑相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口选项才行。
如果被捆绑的IP地址是一个多播地址,则SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。
使用这两个套接口选项的建议: 在所有TCP服务器中,在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接口选项; 当编写一个同一时刻在同一主机上可运行多次的多播应用程序时,设置SO_REUSEADDR选项,并将本组的多播地址作为本地IP地址捆绑。
设置方法如下:
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
(const void *)&nOptval , sizeof(int)) < 0)
...
附
Q:编写 TCP/SOCK_STREAM 服务程序时,SO_REUSEADDR到底什么意思?
A:这个套接字选项通知内核,如果端口忙,但TCP状态位于 TIME_WAIT ,可以重用端口。如果端口忙,而TCP状态位于其他状态,重用端口时依旧得到一个错误信息,指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止后想立即重启,而新套接字依旧使用同一端口,此时SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到,此时任何非期望数据到达,都可能导致服务程序反应混乱,不过这只是一种可能,事实上很不可能。
一个套接字由相关五元组构成,协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口。SO_REUSEADDR 仅仅表示可以重用本地本地地址、本地端口,整个相关五元组还是唯一确定的。所以,重启后的服务程序有可能收到非期望数据。必须慎重使用 SO_REUSEADDR 选项。
例子1:测试上面第一种情况。
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXLINE 100
int main(int argc, char** argv)
{
int listenfd,connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[MAXLINE+1];
time_t ticks;
unsigned short port;
int flag=1,len=sizeof(int);
port=10013;
if( (listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port=htons(port);
if( setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
else
printf("bind call OK!n");
if( listen(listenfd,5) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
for(;;)
{
if( (connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)NULL,NULL)) == -1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
if( fork() == 0)/*child process*/
{
close(listenfd);/*关闭监听套接字,子进程不需要。*/
ticks=time(NULL);
snprintf(buff,100,"%.24srn",ctime(&ticks));
write(connfd,buff,strlen(buff));
close(connfd);
sleep(1);
execlp("run",NULL);
perror("execlp");
exit(1);
}
close(connfd);
exit(0);/* end parent*/
}
}
gcc 123.c -o run
sudo cp run /sbin
sudo chmod 777 /sbin/run
测试:编译为run程序,放到一个自己PATH环境变量里的某个路径里,例如$HOME/bin,运行run,然后telnet localhost 10013看结果。
第一步 运行程序,此时程序阻塞在accept()这个位置。
第二步 重新打开一个终端,执行以下命令。
第三步: 可以看到次异步运行的程序退出,并打印了bind call OK! 说明子进程被执行,并且成功绑定了端口10013,验证了第一种情况。
ifconfig
可以得到本地地址为:
eth0 : 192.168.43.171
lo : 127.0.0.1
测试代码
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXLINE 100
int main(int argc, char** argv)
{
int fd1,fd2;
struct sockaddr_in servaddr1,servaddr2;
char buff[MAXLINE+1];
time_t ticks;
unsigned short port;
int flag=1,len=sizeof(int);
port=10013;
if( (fd1=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
if( (fd2=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
bzero(&servaddr1,sizeof(servaddr1));
bzero(&servaddr2,sizeof(servaddr2));
servaddr1.sin_family=AF_INET;
servaddr2.sin_family=AF_INET;
if( inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr1.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton() call error:127.0.0.1n");
exit(1);
}
if( inet_pton(AF_INET, "192.168.43.171", &servaddr2.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton() call error:128.160.1.230n");
exit(1);
}
servaddr1.sin_port=htons(port);
servaddr2.sin_port=htons(port);
if( setsockopt(fd1, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( setsockopt(fd2, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( bind(fd1,(struct sockaddr*)&servaddr1,sizeof(servaddr1)) == -1)
{
perror("bind fd1");
exit(1);
}
if( bind(fd2,(struct sockaddr*)&servaddr2,sizeof(servaddr2)) == -1)
{
perror("bind fd2");
exit(1);
}
printf("bind fd1 and fd2 OK!n");
/*put other process here*/
getchar();
exit(0);/* end */
}
执行结果
结果
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