Linux socket编程 套接字选项

Posted 2021-06-07 明明1109

1. 套接字选项概述

有很多方法来获取和设置套接字的选项, 以影响套接字行为:

• getsockopt和setsocketopt;
• fcntl;
• ioctl;

---

2. getsockopt和setsockopt

2个函数仅用于套接字, 分别用于获取和设置套接字选项

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

• 参数
  sockfd 一个打开的套接字描述符
  level 级别, 指定系统中解释选项的代码或为通用套接字代码, 或为某个特定于协议的代码(e.g. IPv4/6, TCP, STCP)
  optval 指向某个变量(optval)的指针, setsockopt从optval中取得选项待设置的新值, getsockopt则把已获得的选项当前值存放到*optval中
  optlen 对setsockopt是值参数, 对getsockopt是值-结果参数, 用于指明optval的大小

套接字选项粗分为2个基本类型: 启用或进制某个特性的二元选项, 称为标志选项; 取得并返回我们可以设置或检查的特定值的选项, 称为值选项.

套接字层和IP层的套接字选项汇总表:

leve级别	optname选项名	get	set	说明	标志	数据类型
SOL_SOCKET	SO_BROADCAST	·	·	允许发送广播数据报	·	int
SOL_SOCKET	SO_DEBUG	·	·	开启调试跟踪	·	int
SOL_SOCKET	SO_DONTROUTE	·	·	绕过外出路由表查询	·	int
SOL_SOCKET	SO_ERROR	·		获取待处理错误并清除		int
SOL_SOCKET	SO_KEEPALIVE	·	·	周期性测试连接是否仍存活	·	int
SOL_SOCKET	SO_LINEGER	·	·	若有数据待发送, 则延迟关闭		linger{}
SOL_SOCKET	SO_OOBINLINE	·	·	让接收到的带外数据继续在线留存	·	int
SOL_SOCKET	SO_RCVBUF	·	·	接收缓冲区大小		int
SOL_SOCKET	SO_SNDBUF	·	·	发送缓冲区大小		int
SOL_SOCKET	SO_RCVLOWAT	·	·	接收缓冲区低水位标记		int
SOL_SOCKET	SO_SNDLOWAT	·	·	发送缓冲区低水位标记		int
SOL_SOCKET	SO_RCVTIMEO	·	·	接收超时		timeval{}
SOL_SOCKET	SO_SNDTIMEO	·	·	发送超时		timeval{}
SOL_SOCKET	SO_REUSEADDR	·	·	允许重用本地地址	·	int
SOL_SOCKET	SO_REUSEPORT	·	·	允许重用本地端口	·	int
SOL_SOCKET	SO_TYPE	·		取得套接字类型		int
SOL_SOCKET	SO_USELOOPBACK	·	·	路由套接字取得所发送数据的副本	·	int
IPPROTO_IP	IP_HDRINCL	·	·	随数据包含的IP首部	·	int
IPPROTO_IP	IP_OPTIONS	·	·	IP首部选项
IPPROTO_IP	IP_RECVDSTADDR	·	·	返回目的IP地址	·	int
IPPROTO_IP	IP_RECVIF	·	·	返回接收接口索引	·	int
IPPROTO_IP	IP_TOS	·	·	服务类型和优先权		int
IPPROTO_IP	IP_TTL	·	·	存活时间		int
IPPROTO_IP	IP_MULTICAST_IP	·	·	指定外出接口		in_addr{}
IPPROTO_IP	IP_MULTICAST_TTL	·	·	指定外出TTL		u_char
IPPROTO_IP	IP_MULTICAST_LOOP	·	·	指定是否环回		u_char
IPPROTO_IP	IP_ADD_MEMBERSHIP		·	加入多播组		ip_mreq{}
IPPROTO_IP	IP_DROP_MEMBERSHIP		·	离开多播组		ip_mreq{}
IPPROTO_IP	IP_BLOCK_SOURCE		·	阻塞多播源		ip_mreq_source{}
IPPROTO_IP	IP_UNBLOCK_SOURCE		·	开通多播源		ip_mreq_source{}
IPPROTO_IP	IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP		·	加入源特定多播组		ip_mreq_source{}
IPPROTO_IP	IP_DROP_SOURCE_MEMBERSHIP		·	离开源特定多播组		ip_mreq_source{}
IPPROTO_ICMPV6	ICMP6_FILTER	·	·	指定待传递的ICMPv6消息类型		icmp6_filter{}
IPPROTO_IPV6	IPV6_CHECKSUM	·	·	用于原始套接字的校验和字段偏移		int
IPPROTO_IPV6	IPV6_DONTFRAG	·	·	丢弃大的分组而非将其分片	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_NEXTHOP	·	·	指定下一跳地址		sockaddr_in6{}
IPPROTO_IPV6	IPV6_PATHMTU	·		获取当前路径MTU		ip6_mtuinfo{}
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVDSTOPTS	·	·	接收目的地选项	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVHOPLIMIT	·	·	接收单播跳限	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVHOPOPTS	·	·	接收步跳选项	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVPATHMTU	·	·	接收路径MTU	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVPKTINFO	·	·	接收分组信息	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVRTHDR	·	·	接收源路径	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_RECVTCLASS	·	·	接收流通类别	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_UNICAST_HOPS	·	·	默认单播跳限		int
IPPROTO_IPV6	IPV6_USE_MIN_MTU	·	·	使用最小MTU	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_V6ONLY	·	·	禁止v4兼容	·	int
IPPROTO_IPV6	IPV6_XXX	·	·	黏附性辅助数据
IPPROTO_IPV6	IPV6_MULTICAST_IF	·	·	指定外出接口		u_int
IPPROTO_IPV6	IPV6_MULTICAST_HOPS	·	·	指定外出跳限		int
IPPROTO_IPV6	IPV6_MULTICAST_LOOP	·	·	指定是否环回	·	u_int
IPPROTO_IPV6	IPV6_JOIN_GROUP		·	加入多播组		ipv6_mreq{}
IPPROTO_IPV6	IPV6_LEAVE_GROUP		·	离开多播组		ipv6_mreq{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_JOIN_GROUP		·	加入多播组		group_req{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_LEAVE_GROUP		·	离开多播组		group_source_req{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_BLOCK_GROUP		·	阻塞多播组		group_source_req{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_UNBLOCK_GROUP		·	开通多播组		group_source_req{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_JOIN_SOURCE_GROUP		·	加入源特定多播组		group_source_req{}
IPPROTO_IP或 IPPROTO_IPV6	MCAST_LEAVE_SOURCE_GROUP		·	离开源特定多播组		group_source_req{}
IPPROTO_TCP	TCP_MAXSEG	·	·	TCP最大分节大小		int
IPPROTO_TCP	TCP_NODELAY	·	·	禁止Nagle算法	·	int
IPPROTO_SCTP	SCTP_ADAPTION_LAYER	·	·	适配层指示		stcp_setadaption{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_ASSOCINFO		·	检查并设置关联信息		stcp_assocparams{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_AUTOCLOSE	·	·	自动关闭操作		int
IPPROTO_SCTP	SCTP_DEFAULT_SEND_PARAM	·	·	默认发送参数		stcp_sndrcvinfo{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_DISABLE_FRAGMENTS	·	·	SCTP分片	·	int
IPPROTO_SCTP	SCTP_EVENTS	·	·	感兴趣事件的通知		sctp_event_subscribe{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_GET_PEER_ADDR_INFO			获取对端地址状态		sctp_paddrinfo{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_I_WANT_MAPPED_V4_ADDR	·	·	映射的v4地址	·	int
IPPROTO_SCTP	SCTP_INTTMSG	·	·	默认的INIT参数		sctp_initmsg{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_MAXBURST	·	·	最大猝发大小		int
IPPROTO_SCTP	SCTP_MAXSEG	·	·	最大分片大小		int
IPPROTO_SCTP	SCTP_NODELAY	·	·	禁止Nagle算法	·	int
IPPROTO_SCTP	SCTP_PEER_ADDR_PARAMS		·	对端地址参数		sctp_paddrparams{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_PRIMARY_ADDR		·	主目的地址		sctp_setprim{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_RTOINFO		·	RTO信息		sctp_rtoinfo{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_SET_PEER_PRIMARY_ADDR		·	对端的主目的地址		sctp_setpeerprim{}
IPPROTO_SCTP	SCTP_STATUS		·	获取关联状态		sctp_status{}

说明:

1. 数据类型形如linger{}, 表示struct linger;
2. 标有"标志"的列指出一个选项是否为标志选项. 当给这些标志选项调用getsockopt函数时, *optval是一个整数. *optval中返回的值为0, 表示相应的选项被禁止, 不为0表示相应的选项被启用;
3. setsockopt函数需要一个不为0 的optval值来启用选项, 为0 的optval来禁止选项;
4. 如果"标志"列不含"·", 那么相应选项用于在用户进程与系统之间传递所指定数据类型的值;

---

3. 检查选项是否受支持并获取默认值

思路: 利用getsockopt 获取每个level对应的选项名, 如果没有出错, 则证明支持该选项; 如果出错, 则说明不支持. 如果读取出来的值大小, 跟选项汇总表不一致, 则表明可能有哪里出问题, 打印出来.
一个sockopt的判断伪代码

sockfd = socket();

if (getsockopt(fd, opt_level, opt_name, &val, &len) < 0) {
    // getsockopt error
    ...
}
else {
// no getsockopt error
// print opt_val_str
}

如果IPV6_DONTFRAG, SCTP_AUTOCLOSE等宏定义无法识别, 请确认安装好libsctp-dev, lksctp-tools库后, 然后#include <netinet/sctp.h>
安装命令, 详见 Unix下基于SCTP socket的通信：一对一场景 | 简书

$ sudo apt-get install libsctp-dev lksctp-tools

源代码:

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <netinet/sctp.h>

/* UNP官方代码 */
#include "ourhdr.h" 

union val {
    int i_val;
    long l_val;
    struct linger linger_val;
    struct timeval timeval_val;
} val;

int Socket(int domain, int type, int protocol);
static char *sock_str_flag(union val *, int);
static char *sock_str_int(union val *, int);
static char *sock_str_linger(union val *, int);
static char *sock_str_timeval(union val *, int);

/**
* 自定义结构sock_opts, 包含了获得或输出套接字选项的所有信息
*/
struct sock_opts {
    const char *opt_str; /// 字符名称
    int opt_level; /// 级别
    int opt_name;  /// 名称
    char *(*opt_val_str)(union val *, int); /// 函数指针, 用于输出
} sock_opts[] = {
    {"SO_BROADCAST",  SOL_SOCKET,  SO_BROADCAST,     sock_str_flag},
    {"SO_DEBUG",      SOL_SOCKET,  SO_DEBUG,         sock_str_flag},
    {"SO_DONTROUTE",  SOL_SOCKET,  SO_DONTROUTE,     sock_str_flag},
    {"SO_ERROR",      SOL_SOCKET,  SO_ERROR,         sock_str_int },
    {"SO_KEEPALIVE",  SOL_SOCKET,  SO_KEEPALIVE,     sock_str_flag},
    {"SO_LINGER",     SOL_SOCKET,  SO_LINGER,        sock_str_linger},
	{"SO_OOBINLINE",  SOL_SOCKET,  SO_OOBINLINE,     sock_str_flag},
	{"SO_RCVBUF",     SOL_SOCKET,  SO_RCVBUF,        sock_str_int },
	{"SO_SNDBUF",     SOL_SOCKET,  SO_SNDBUF,        sock_str_int },
	{"SO_RCVLOWAT",   SOL_SOCKET,  SO_RCVLOWAT,      sock_str_int },
	{"SO_SNDLOWAT",   SOL_SOCKET,  SO_SNDLOWAT,      sock_str_int },
	{"SO_RCVTIMEO",   SOL_SOCKET,  SO_RCVTIMEO,      sock_str_timeval },
	{"SO_SNDTIMEO",   SOL_SOCKET,  SO_SNDTIMEO,      sock_str_timeval },

	{"SO_REUSEADDR",  SOL_SOCKET,  SO_REUSEADDR,     sock_str_flag },
#ifdef SO_REUSEPORT
	{"SO_REUSEPORT",  SOL_SOCKET,  SO_REUSEPORT,     sock_str_flag},
#else
	{"SO_REUSEPORT",  0,  		   0,     			 NULL},
#endif

	{"SO_TYPE",  	  SOL_SOCKET,  SO_TYPE,       	 sock_str_int },
#ifdef SO_USELOOPBACK
	{"SO_USELOOPBACK",SOL_SOCKET,  SO_USELOOPBACK,   sock_str_flag},
#else
	{"SO_USELOOPBACK",  0,  		   0,     			 NULL},
#endif

	{"IP_TOS",  	  IPPROTO_IP,  IP_TOS,     	     sock_str_int },
	{"IP_TTL",  	  IPPROTO_IP,  IP_TTL,  	     sock_str_int },

	{"IPV6_DONTFRAG", 		IPPROTO_IPV6, IPV6_DONTFRAG,    	 sock_str_flag},
	{"IPV6_UNICAST_HOPS",  	IPPROTO_IPV6, IPV6_UNICAST_HOPS,     sock_str_int },
	{"IPV6_V6ONLY",  		IPPROTO_IPV6, IPV6_V6ONLY,     		 sock_str_flag},
	
	{"TCP_MAXSEG",   IPPROTO_TCP,  TCP_MAXSEG,        sock_str_int },
	{"TCP_NODELAY",  IPPROTO_TCP,  TCP_NODELAY,      sock_str_flag},

	{"SCTP_AUTOCLOSE",  IPPROTO_SCTP,  SCTP_AUTOCLOSE,     sock_str_int },
#ifdef SCTP_MAXBURST
	{"SCTP_MAXBURST",   IPPROTO_SCTP,  SCTP_MAXBURST,      sock_str_int },
#else
	{"SCTP_MAXBURST",  0,  		   0,     			 NULL},
#endif

	{"SCTP_MAXSEG",  	IPPROTO_SCTP,  SCTP_MAXSEG,    	   sock_str_int },
	{"SCTP_NODELAY",    IPPROTO_SCTP,  SCTP_NODELAY,       sock_str_flag},

	{NULL, 				0, 			   0, 				   NULL}
};

int main()
{
    int fd;
    socklen_t len;
    struct sock_opts *ptr;

    for (ptr = sock_opts; ptr->opt_str != NULL; ++ptr) {
        printf("%s: ", ptr->opt_str);
        if (ptr->opt_val_str == NULL) {
            printf("(undefined)\\n");
        }
        else {
            switch(ptr->opt_level) {
            case SOL_SOCKET:
            case IPPROTO_IP:
            case IPPROTO_TCP:
                fd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
                break;

#ifdef IPV6
            case IPPROTO_IPV6:
                fd = Socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, 0);
                break;
#endif
#ifdef IPPROTO_SCTP
            case IPPROTO_SCTP:
                fd = Socket(AF_INET, SOCK_SEQPACKET, IPPROTO_SCTP);
                break;
#endif
            default:
                // err_quit("Can\'t create fd for level %d\\n", ptr->opt_level);
				fprintf(stderr, "Can\'t create fd for level %d\\n", ptr->opt_level);
            }

            len = sizeof(val);
			
			// if (fd < 0) continue;

            if (getsockopt(fd, ptr->opt_level, ptr->opt_name, &val, &len) == -1) {
                err_ret("getsockopt error");
            }
            else {
                printf("default = %s\\n", (*ptr->opt_val_str)(&val, len));
            }

            close(fd);
        }
    }
    
    return 0;
}

int Socket(int domain, int type, int protocol)
{
    int fd = socket(domain, type, protocol);

    if (fd < 0) {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    return fd;
}


static char strres[128];
static char *sock_str_flag(union val *ptr, int len) 
{
    if (len != sizeof(int)) 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(int)", len);
    else 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "%s", (ptr->i_val == 0) ? "off": "on");

    return strres;
}

static char *sock_str_int(union val *ptr, int len)
{
    if (len != sizeof(int)) 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(int)", len);
    else 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "%d\\t", ptr->i_val);

    return strres;
}

static char *sock_str_linger(union val *ptr, int len)
{
    if (len != sizeof(struct linger)) 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(struct linger)", len);
    else 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "l_onoff = %d, l_linger = %d\\t", ptr->linger_val.l_onoff, ptr->linger_val.l_linger);

    return strres;
}

static char *sock_str_timeval(union val *ptr, int len)
{
    if (len != sizeof(struct timeval)) 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "size (%d) not sizeof(struct timeval)", len);
    else 
        snprintf(strres, sizeof(strres), "%ld sec, %ldusec\\t", ptr->timeval_val.tv_sec, ptr->timeval_val.tv_usec);

    return strres;
}

运行结果:

SO_BROADCAST: default = off
SO_DEBUG: default = off
SO_DONTROUTE: default = off
SO_ERROR: default = 0	
SO_KEEPALIVE: default = off
SO_LINGER: default = l_onoff = 0, l_linger = 0	
SO_OOBINLINE: default = off
SO_RCVBUF: default = 131072	
SO_SNDBUF: default = 16384	
SO_RCVLOWAT: default = 1	
SO_SNDLOWAT: default = 1	
SO_RCVTIMEO: default = 0 sec, 0usec	
SO_SNDTIMEO: default = 0 sec, 0usec	
SO_REUSEADDR: default = off
SO_REUSEPORT: default = off
SO_TYPE: default = 1	
SO_USELOOPBACK: (undefined)
IP_TOS: default = 0	
IP_TTL: default = 64	
Can\'t create fd for level 41
IPV6_DONTFRAG: getsockopt error: Bad file descriptor
Can\'t create fd for level 41
IPV6_UNICAST_HOPS: getsockopt error: Bad file descriptor
Can\'t create fd for level 41
IPV6_V6ONLY: getsockopt error: Bad file descriptor
TCP_MAXSEG: default = 536	
TCP_NODELAY: default = off
SCTP_AUTOCLOSE: default = 0	
SCTP_MAXBURST: (undefined)
SCTP_MAXSEG: default = size (8) not sizeof(int)
SCTP_NODELAY: default = off