Linux網(wǎng)絡(luò)編程之綁定端口注意事項及端口復(fù)用

作者：lianghe_work 2015-05-08 09:57:59

所謂綁定(bind)是指別人連接我只能通過我所綁定的端口，相當(dāng)于，我買了一個手機，別人要想聯(lián)系我，必須要知道我的手機號碼，這時候，我需要怎么辦呢?我需要給手機插上電話卡，固定一個電話號碼，這樣別人就能通過這個電話號碼聯(lián)系我。手機插上電話卡，固定一個電話號碼，類似于綁定(bind)的過程，綁定(bind)為了固定一個端口號，別的網(wǎng)絡(luò)程序就可以找到這個端口號，找到這個端口號就能找到這個端口號所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

在網(wǎng)絡(luò)編程里，通常都是在服務(wù)器里綁定(bind)端口，這并不是說客戶端里不能綁定(bind)端口，但這里需要注意的是，一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序只能綁定一個端口( 一個套接字只能綁定一個端口 )。

一個套接字不能同時綁定多個端口，如下：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
    
int main(int argc, charchar *argv[])    
{    
    char server_ip[30] = "10.221.20.12";    
    
    int sockfd;    
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);        //創(chuàng)建UDP套接字    
    if(sockfd < 0)    
    {    
        perror("socket");    
        exit(-1);    
    }    
    
    // 初始化本地網(wǎng)絡(luò)信息    
    struct sockaddr_in my_addr;    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));    
    my_addr.sin_family = AF_INET;    
    my_addr.sin_port   = htons(8000);    
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
    
    // ***次綁定端口8000    
    int err_log;    
    err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind 8000");    
        close(sockfd);          
        exit(-1);    
    }    
    
    // 又一次綁定別的端口9000， 會綁定失敗    
    my_addr.sin_port = htons(9000);    
    err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind 9000");    
        close(sockfd);          
        exit(-1);    
    }    
    
    close(sockfd);    
    return 0;    
}

程序編譯運行后結(jié)果如下：

如果客戶端想綁定端口號，一定要調(diào)用發(fā)送信息函數(shù)之前綁定( bind )端口，因為在發(fā)送信息函數(shù)( sendto, 或 write )，系統(tǒng)會自動給當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)程序分配一個隨機端口號，這相當(dāng)于隨機綁定了一個端口號，這里只會分配一次，以后通信就以這個隨機端口通信，我們再綁定端口號的話，就會綁定失敗。如果我們放在發(fā)送信息函數(shù)( sendto, 或 write )之前綁定，那樣程序?qū)⒁晕覀兘壎ǖ亩丝谔柊l(fā)送信息，不會再隨機分配一個端口號。

綁定失敗例子( UDP )如下：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
    
int main(int argc, charchar *argv[])    
{    
    char server_ip[30] = "10.221.20.12";    
        
    int sockfd;    
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);        //創(chuàng)建UDP套接字    
    if(sockfd < 0)    
    {    
        perror("socket");    
        exit(-1);    
    }    
        
    struct sockaddr_in dest_addr;    
    bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr));    
    dest_addr.sin_family = AF_INET;    
    dest_addr.sin_port   = htons(8080); // 服務(wù)器的端口    
    inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr);    
        
    char send_buf[512] = "this is for test";    
    // 如果前面沒有綁定端口，sendto()系統(tǒng)會隨機分配一個端口    
    sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));//發(fā)送數(shù)據(jù)    
        
    // 初始化本地網(wǎng)絡(luò)信息    
    struct sockaddr_in my_addr;    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));    
    my_addr.sin_family = AF_INET;    
    my_addr.sin_port   = htons(8000);    
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
        
    // sendto()后面綁定端口，綁定失敗    
    int err_log;    
    err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind 8000");    
        close(sockfd);          
        exit(-1);    
    }    
    
    close(sockfd);    
    return 0;    
}

程序編譯運行后結(jié)果如下：

#p#

在上面提到：一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序只能綁定一個端口( 一個套接字只能綁定一個端口 )。

實際上，默認的情況下，如果一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的一個套接字綁定了一個端口( 占用了 8000 )，這時候，別的套接字就無法使用這個端口( 8000 ), 驗證例子如下：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
    
int main(int argc, charchar *argv[])    
{    
    int sockfd_one;    
    int err_log;    
    sockfd_one = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //創(chuàng)建UDP套接字one    
    if(sockfd_one < 0)    
    {    
    perror("sockfd_one");    
    exit(-1);    
    }    
    
    // 設(shè)置本地網(wǎng)絡(luò)信息    
    struct sockaddr_in my_addr;    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));    
    my_addr.sin_family = AF_INET;    
    my_addr.sin_port = htons(8000);     // 端口為8000    
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
    
    // 綁定，端口為8000    
    err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_one");    
        close(sockfd_one);          
        exit(-1);    
    }    
    
    int sockfd_two;    
    sockfd_two = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  //創(chuàng)建UDP套接字two    
    if(sockfd_two < 0)    
    {    
        perror("sockfd_two");    
        exit(-1);    
    }    
    
    // 新套接字sockfd_two，繼續(xù)綁定8000端口，綁定失敗    
    // 因為8000端口已被占用，默認情況下，端口沒有釋放，無法綁定    
    err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_two");    
        close(sockfd_two);          
        exit(-1);    
    }    
    
    close(sockfd_one);    
    close(sockfd_two);    
    
    return 0;    
}

程序編譯運行后結(jié)果如下：

那如何讓sockfd_one, sockfd_two兩個套接字都能成功綁定8000端口呢?這時候就需要要到端口復(fù)用了。端口復(fù)用允許在一個應(yīng)用程序可以把 n 個套接字綁在一個端口上而不出錯。

設(shè)置socket的SO_REUSEADDR選項，即可實現(xiàn)端口復(fù)用：

int opt = 1;    
// sockfd為需要端口復(fù)用的套接字    
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt));

SO_REUSEADDR可以用在以下四種情況下。 (摘自《Unix網(wǎng)絡(luò)編程》卷一，即UNPv1)

1、當(dāng)有一個有相同本地地址和端口的socket1處于TIME_WAIT狀態(tài)時，而你啟動的程序的socket2要占用該地址和端口，你的程序就要用到該選項。

2、SO_REUSEADDR允許同一port上啟動同一服務(wù)器的多個實例(多個進程)。但每個實例綁定的IP地址是不能相同的。在有多塊網(wǎng)卡或用IP Alias技術(shù)的機器可以測試這種情況。

3、SO_REUSEADDR允許單個進程綁定相同的端口到多個socket上，但每個socket綁定的ip地址不同。這和2很相似，區(qū)別請看UNPv1。

4、SO_REUSEADDR允許完全相同的地址和端口的重復(fù)綁定。但這只用于UDP的多播，不用于TCP。

需要注意的是，設(shè)置端口復(fù)用函數(shù)要在綁定之前調(diào)用，而且只要綁定到同一個端口的所有套接字都得設(shè)置復(fù)用：

// sockfd_one, sockfd_two都要設(shè)置端口復(fù)用    
// 在sockfd_one綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
int opt = 1;    
setsockopt( sockfd_one, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    
// 在sockfd_two綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
opt = 1;    
setsockopt( sockfd_two, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));

端口復(fù)用完整代碼如下：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
    
int main(int argc, charchar *argv[])    
{    
    int sockfd_one;    
    int err_log;    
    sockfd_one = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //創(chuàng)建UDP套接字one    
    if(sockfd_one < 0)    
    {    
    perror("sockfd_one");    
    exit(-1);    
    }    
    
    // 設(shè)置本地網(wǎng)絡(luò)信息    
    struct sockaddr_in my_addr;    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));    
    my_addr.sin_family = AF_INET;    
    my_addr.sin_port = htons(8000);     // 端口為8000    
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
        
    // 在sockfd_one綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
    int opt = 1;    
    setsockopt( sockfd_one, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,     
                    (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
    
    // 綁定，端口為8000    
    err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_one");    
        close(sockfd_one);          
        exit(-1);    
    }    
    
    int sockfd_two;    
    sockfd_two = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  //創(chuàng)建UDP套接字two    
    if(sockfd_two < 0)    
    {    
        perror("sockfd_two");    
        exit(-1);    
    }    
    
    // 在sockfd_two綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
    opt = 1;    
    setsockopt( sockfd_two, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,     
                    (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
        
    // 新套接字sockfd_two，繼續(xù)綁定8000端口，成功    
    err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_two");    
        close(sockfd_two);          
        exit(-1);    
    }    
    
    close(sockfd_one);    
    close(sockfd_two);    
    
    return 0;    
}

端口復(fù)用允許在一個應(yīng)用程序可以把 n 個套接字綁在一個端口上而不出錯。同時，這 n 個套接字發(fā)送信息都正常，沒有問題。但是，這些套接字并不是所有都能讀取信息，只有***一個套接字會正常接收數(shù)據(jù)。

下面，我們在之前的代碼上，添加兩個線程，分別負責(zé)接收sockfd_one，sockfd_two的信息：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
#include <arpa/inet.h>    
#include <pthread.h>    
    
// 線程1的回調(diào)函數(shù)    
voidvoid *recv_one(voidvoid *arg)    
{    
    printf("===========recv_one==============\n");    
    int sockfd = (int )arg;    
    while(1){    
        int recv_len;    
        char recv_buf[512] = "";    
        struct sockaddr_in client_addr;    
        char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";//INET_ADDRSTRLEN=16    
        socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);    
            
        recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);    
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);    
        printf("\nip:%s ,port:%d\n",cli_ip, ntohs(client_addr.sin_port));    
        printf("sockfd_one =========== data(%d):%s\n",recv_len,recv_buf);    
        
    }    
    
    return NULL;    
}    
    
// 線程2的回調(diào)函數(shù)    
voidvoid *recv_two(voidvoid *arg)    
{    
    printf("+++++++++recv_two++++++++++++++\n");    
    int sockfd = (int )arg;    
    while(1){    
        int recv_len;    
        char recv_buf[512] = "";    
        struct sockaddr_in client_addr;    
        char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";//INET_ADDRSTRLEN=16    
        socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);    
            
        recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);    
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);    
        printf("\nip:%s ,port:%d\n",cli_ip, ntohs(client_addr.sin_port));    
        printf("sockfd_two @@@@@@@@@@@@@@@ data(%d):%s\n",recv_len,recv_buf);    
        
    }    
    
    return NULL;    
}    
    
int main(int argc, charchar *argv[])    
{    
    int err_log;    
        
    /////////////////////////sockfd_one    
    int sockfd_one;    
    sockfd_one = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //創(chuàng)建UDP套接字one    
    if(sockfd_one < 0)    
    {    
    perror("sockfd_one");    
    exit(-1);    
    }    
    
    // 設(shè)置本地網(wǎng)絡(luò)信息    
    struct sockaddr_in my_addr;    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));    
    my_addr.sin_family = AF_INET;    
    my_addr.sin_port = htons(8000);     // 端口為8000    
    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
        
    // 在sockfd_one綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
    int opt = 1;    
    setsockopt( sockfd_one, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,     
                    (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
    
    // 綁定，端口為8000    
    err_log = bind(sockfd_one, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_one");    
        close(sockfd_one);          
        exit(-1);    
    }    
        
    //接收信息線程1    
    pthread_t tid_one;    
    pthread_create(&tid_one, NULL, recv_one, (voidvoid *)sockfd_one);    
        
    /////////////////////////sockfd_two    
    int sockfd_two;    
    sockfd_two = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  //創(chuàng)建UDP套接字two    
    if(sockfd_two < 0)    
    {    
        perror("sockfd_two");    
        exit(-1);    
    }    
    
    // 在sockfd_two綁定bind之前，設(shè)置其端口復(fù)用    
    opt = 1;    
    setsockopt( sockfd_two, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,     
                    (const voidvoid *)&opt, sizeof(opt) );    
        
    // 新套接字sockfd_two，繼續(xù)綁定8000端口，成功    
    err_log = bind(sockfd_two, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));    
    if(err_log != 0)    
    {    
        perror("bind sockfd_two");    
        close(sockfd_two);          
        exit(-1);    
    }    
    //接收信息線程2    
    pthread_t tid_two;    
    pthread_create(&tid_two, NULL, recv_two, (voidvoid *)sockfd_two);    
        
        
    while(1){   // 讓程序阻塞在這，不結(jié)束    
        NULL;    
    }    
    
    close(sockfd_one);    
    close(sockfd_two);    
    
    return 0;    
}

接著，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手給這個服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，只有***一個套接字sockfd_two會正常接收數(shù)據(jù)：

我們上面的用法，實際上沒有太大的意義。端口復(fù)用最常用的用途應(yīng)該是防止服務(wù)器重啟時之前綁定的端口還未釋放或者程序突然退出而系統(tǒng)沒有釋放端口。這種情況下如果設(shè)定了端口復(fù)用，則新啟動的服務(wù)器進程可以直接綁定端口。如果沒有設(shè)定端口復(fù)用，綁定會失敗，提示ADDR已經(jīng)在使用中——那只好等等再重試了，麻煩!

責(zé)任編輯：藍雨淚來源： CSDN博客

綁定端口端口復(fù)用網(wǎng)絡(luò)編程

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