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linux 使用 INADDR_ANY 绑定套接字之后如何获取其真实绑定的IP(

发布时间:2019-04-25 03:52 来源:未知 编辑:admin

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  Linux的兴起可以说是Internet创造的一个奇迹。Linux作为一个完全开放其原代码的免费的自由软件,兼容了各种UNIX标准(如POSIX、UNIX System V 和 BSD UNIX 等)的多用户、多任务的具有复杂内核的操作系统。在中国,随着Internet的普及,一批主要以高等院校的学生和ISP的技术人员组成的Linux爱好者队伍已经蓬勃成长起来。越来越多的编程爱好者也逐渐酷爱上这个优秀的自由软件。本文介绍了Linux下Socket的基本概念和函数调用。

  Socket(套接字)是通过标准的UNIX文件描述符和其它程序通讯的一个方法。每一个套接字都用一个半相关描述:{协议,本地地址、本地端口}来表示;一个完整的套接字则用一个相关描述:{协议,本地地址、本地端口、远程地址、远程端口},每一个套接字都有一个本地的由操作系统分配的唯一的套接字号。

  流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流;它使用TCP协议,从而保证了数据传输的正确性和顺序的。

  数据报套接字定义了一种无连接的服务,数据通过相互独立的报文进行传输,是无序的,并且不保证可靠、无差错。它使用数据报协议UDP

  原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP直接访问,它功能强大但使用较为不便,主要用于一些协议的开发。

  2、 对于数据报套接字,则需要自己先加一个信息头,然后调用sendto()函数把数据发送出去。

  每一台机器内部对变量的字节存储顺序不同,而网络传输的数据是一定要统一顺序的。所以对内部字节表示顺序与网络字节顺序不同的机器,一定要对数据进行转换,从程序的可移植性要求来讲,就算本机的内部字节表示顺序与网络字节顺序相同也应该在传输数据以前先调用数据转换函数,以便程序移植到其它机器上后能正确执行。真正转换还是不转换是由系统函数自己来决定的。

  有三个函数将数字点形式表示的字符串IP地址与32位网络字节顺序的二进制形式的IP地址进行转换

  该函数成功时:返回转换结果;失败时返回常量INADDR_NONE,该常量=-1,二进制的无符号整数-1相当于255.255.255.255,这是一个广播地址,所以在程序中调用iner_addr()时,一定要人为地对调用失败进行处理。由于该函数不能处理广播地址,所以在程序中应该使用函数inet_aton()。

  (3) char * inet_ntoa(struct in-addr in):将32位二进制形式的IP地址转换为数字点形式的IP地址,结果在函数返回值中返回,返回的是一个指向字符串的指针。

  Socket地址是多字节数据,不是以空字符结尾的,这和C语言中的字符串是不同的。Linux提供了两组函数来处理多字节数据,一组以b(byte)开头,是和BSD系统兼容的函数,另一组以mem(内存)开头,是ANSI C提供的函数。

  (1) void bzero(void * s,int n):将参数s指定的内存的前n个字节设置为0,通常它用来将套接字地址清0。

  SOCK_RAW //原始套接字,只对Internet协议有效,可以用来直接访问IP协议

  参数protocol通常设置成0,表示使用默认协议,如Internet协议族的流套接字使用TCP协议,而数据报套接字使用UDP协议。当套接字是原始套接字类型时,需要指定参数protocol,因为原始套接字对多种协议有效,如ICMP和IGMP等。

  Linux系统中创建一个套接字的操作主要是:在内核中创建一个套接字数据结构,然后返回一个套接字描述符标识这个套接字数据结构。这个套接字数据结构包含连接的各种信息,如对方地址、TCP状态以及发送和接收缓冲区等等,TCP协议根据这个套接字数据结构的内容来控制这条连接。

  参数sockfd是函数socket返回的套接字描述符;参数servaddr指定远程服务器的套接字地址,包括服务器的IP地址和端口号;参数addrlen指定这个套接字地址的长度。成功时返回0,否则返回-1,并设置全局变量为以下任何一种错误类型:ETIMEOUT、ECONNREFUSED、EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。

  在调用函数connect之前,客户机需要指定服务器进程的套接字地址。客户机一般不需要指定自己的套接字地址(IP地址和端口号),系统会自动从1024至5000的端口号范围内为它选择一个未用的端口号,然后以这个端口号和本机的IP地址填充这个套接字地址。

  客户机调用函数connect来主动建立连接。这个函数将启动TCP协议的3次握手过程。在建立连接之后或发生错误时函数返回。连接过程可能出现的错误情况有:

  (1) 如果客户机TCP协议没有接收到对它的SYN数据段的确认,函数以错误返回,错误类型为ETIMEOUT。通常TCP协议在发送SYN数据段失败之后,会多次发送SYN数据段,在所有的发送都高中失败之后,函数以错误返回。

  注:SYN(synchronize)位:请求连接。TCP用这种数据段向对方TCP协议请求建立连接。在这个数据段中,TCP协议将它选择的初始序列号通知对方,并且与对方协议协商最大数据段大小。SYN数据段的序列号为初始序列号,这个SYN数据段能够被确认。当协议接收到对这个数据段的确认之后,建立TCP连接。

  (2) 如果远程TCP协议返回一个RST数据段,函数立即以错误返回,错误类型为ECONNREFUSED。当远程机器在SYN数据段指定的目的端口号处没有服务进程在等待连接时,远程机器的TCP协议将发送一个RST数据段,向客户机报告这个错误。客户机的TCP协议在接收到RST数据段后不再继续发送SYN数据段,函数立即以错误返回。

  注:RST(reset)位:表示请求重置连接。当TCP协议接收到一个不能处理的数据段时,向对方TCP协议发送这种数据段,表示这个数据段所标识的连接出现了某种错误,请求TCP协议将这个连接清除。有3种情况可能导致TCP协议发送RST数据段:(1)SYN数据段指定的目的端口处没有接收进程在等待;(2)TCP协议想放弃一个已经存在的连接;(3)TCP接收到一个数据段,但是这个数据段所标识的连接不存在。接收到RST数据段的TCP协议立即将这条连接非正常地断开,并向应用程序报告错误。

  (3) 如果客户机的SYN数据段导致某个路由器产生“目的地不可到达”类型的ICMP消息,函数以错误返回,错误类型为EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。通常TCP协议在接收到这个ICMP消息之后,记录这个消息,然后继续几次发送SYN数据段,在所有的发送都告失败之后,TCP协议检查这个ICMP消息,函数以错误返回。

  注:ICMP:Internet 消息控制协议。Internet的运行主要是由Internet的路由器来控制,路由器完成IP数据包的发送和接收,如果发送数据包时发生错误,路由器使用ICMP协议来报告这些错误。ICMP数据包是封装在IP数据包的数据部分中进行传输的,其格式如下:

  (1) 目的地不可到达:A、目的主机未运行;B、目的地址不存在;C、路由表中没有目的地址对应的条目,因而路由器无法找到去往目的主机的路由。

  (2) 超时:路由器将接收到的IP数据包的生存时间(TTL)域减1,如果这个域的值变为0,路由器丢弃这个IP数据包,并且发送这种ICMP消息。

  (5) ECHO请求、ECHO回答:这两条消息用语测试目的主机是否可以到达。请求者向目的主机发送ECHO请求ICMP数据包,目的主机在接收到这个ICMP数据包之后,返回ECHO回答ICMP数据包。

  (6) 时戳请求、时戳回答:ICMP协议使用这两种消息从其他机器处获得其时钟的当前时间。

  调用函数connect的过程中,当客户机TCP协议发送了SYN数据段的确认之后,TCP状态由CLOSED状态转为SYN_SENT状态,在接收到对SYN数据段的确认之后,TCP状态转换成ESTABLISHED状态,函数成功返回。如果调用函数connect失败,应该用close关闭这个套接字描述符,不能再次使用这个套接字描述符来调用函数connect。

  参数sockfd是函数sockt返回的套接字描述符;参数myaddr是本地地址;参数addrlen是套接字地址结构的长度。执行成功时返回0,否则,返回-1,并设置全局变量errno为错误类型EADDRINUSER。

  服务器和客户机都可以调用函数bind来绑定套接字地址,但一般是服务器调用函数bind来绑定自己的公认端口号。绑定操作一般有如下几种组合方式:

  (1) 服务器指定套接字地址的公认端口号,不指定IP地址:即服务器调用bind时,设置套接字的IP地址为特殊的INADDE-ANY,表示它愿意接收来自任何网络设备接口的客户机连接。这是服务器最常用的绑定方式。

  (2) 服务器指定套接字地址的公认端口号和IP地址:服务器调用bind时,如果设置套接字的IP地址为某个本地IP地址,这表示这台机器只接收来自对应于这个IP地址的特定网络设备接口的客户机连接。当服务器有多块网卡时,可以用这种方式来限制服务器的接收范围。

  (3) 客户机指定套接字地址的连接端口号:一般情况下,客户机调用connect函数时不用指定自己的套接字地址的端口号。系统会自动为它选择一个未用的端口号,并且用本地的IP地址来填充套接字地址中的相应项。但有时客户机需要使用一个特定的端口号(比如保留端口号),而系统不会未客户机自动分配一个保留端口号,所以需要调用函数bind来和一个未用的保留端口号绑定。

  (4) 指定客户机的IP地址和连接端口号:表示客户机使用指定的网络设备接口和端口号进行通信。

  (5) 指定客户机的IP地址:表示客户机使用指定的网络设备接口和端口号进行通信,系统自动为客户机选一个未用的端口号。一般只有在主机有多个网络设备接口时使用。

  我们一般不在客户机上使用固定的客户机端口号,除非是必须使用的情况。在客户机上使用固定的端口号有以下不利:

  (1) 服务器执行主动关闭操作:服务器最后进入TIME_WAIT状态。当客户机再次与这个服务器进行连接时,仍使用相同的客户机端口号,于是这个连接与前次连接的套接字对完全一样,但是一呢、为前次连接处于TIME_WAIT状态,并未消失,所以这次连接请求被拒绝,函connect以错误返回,错误类型为ECONNREFUSED

  (2) 客户机执行主动关闭操作:客户机最后进入TIME_WAIT状态。当马上再次执行这个客户机程序时,客户机将继续与这个固定客户机端口号绑定,但因为前次连接处于TIME_WAIT状态,并未消失,系统会发现这个端口号仍被占用,所以这次绑定操作失败,函数bind以错误返回,错误类型为EADDRINUSE。

  参数sockfd指定要转换的套接字描述符;参数backlog设置请求队列的最大长度;执行成功时返回0, 否则返回-1。函数listen功能有两个:

  (1) 将一个尚未连接的主动套接字(函数socket创建的可以用来进行主动连接但不能接受连接请求的套接字)转换成一个被动连接套接字。执行listen之后,服务器的TCP状态由CLOSED转为LISTEN状态。

  (2) TCP协议将到达的连接请求队列,函数listen的第二个参数指定这个队列的最大长度。

  (1) 未完成连接队列:每个尚未完成3次握手操作的TCP连接在这个队列中占有一项。TCP希望仪在接收到一个客户机SYN数据段之后,在这个队列中创建一个新条目,然后发送对客户机SYN数据段的确认和自己的SYN数据段(ACK+SYN数据段),等待客户机对自己的SYN数据段的确认。此时,套接字处于SYN_RCVD状态。这个条目将保存在这个队列中,直到客户机返回对SYN数据段的确认或者连接超时。

  (2) 完成连接队列:每个已经完成3次握手操作,但尚未被应用程序接收(调用函数accept)的TCP连接在这个队列中占有一项。当一个在未完成连接队列中的连接接收到对SYN数据段的确认之后,完成3次握手操作,TCP协议将它从未完成连接队列移到完成连接队列中。此时,套接字处于ESTABLISHED状态。这个条目将保存在这个队列中,直到应用程序调用函数accept来接收它。

  参数backlog指定某个征听套接字的完成连接队列的最大长度,表示这个套接字能够接收的最大数目的未接收连接。如果当一个客户机的SYN数据段到达时,征听套接字的完成队列已经满了,那么TCP协议将忽略这个SYN数据段。对于不能接收的SYN数据段,TCP协议不发送RST数据段,

  将sin_addr设置为INADDR_ANY的含义是什么...

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