TCP/IP网络编程 学习笔记_十 -套接字的多种可选项

前言：套接字其实具有多种特性，这些特性是可以通过可选项更改或查看的。我们前面使用套接字只是使用它的默认特性而已。但是在实际网络编程中，我们常常需要根据需求修改默认特性。本章我们就来介绍查看和修改套接字可选项的方法。

• 套接字多种可选项：套接字可选项是分层的，如：SOL_SOCKET层，IPPROTO_IP层，IPPROTO_TCP层等，每一层都对应有多种特性字段。

• 查看和修改可选项的函数：

  int getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
  成功返回0，失败时返回-1

  sock：要查看的套接字文件描述符
  level：要查看的可选项的协议层
  optname：要查看的可选项名
  optval：保存查看结果的缓冲地址值
  optlen：保存查看结果optval返回的字节数

  int setsockopt(int sock, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
  成功时返回0，失败返回-1

• 常见可选项：
  1，协议层为SOL_SOCKET下的SO_TYPE可选项，可查看套接字的类型(TCP或UDP).

  2，协议层为SOL_SOCKET下的SO_SNDBUF和SO_RCVBUF可选项，分别是可以设置输出缓冲和输入缓冲的大小。

  3，协议层为SOL_SOCKET下的SO_REUSEADDR可选项，可以设置地址是否可以再分配。下面我们来详细讲讲它的用法：

  首先，我们回想下以前写过的一个回声程序(学习笔记_5)，我们做这样一个操作，”先关闭客服端程序，再关闭服务端程序”，然后马上又打开服务端程序，发现一切正常。然而，如果是”先关闭服务端程序，再关闭客服端程序”,再马上打开服务端，你会发现服务端bind()地址会失败。想过这是什么原因吗？
  其实这和TCP断开连接的四次握手有关，谁先发出断开请求(FIN)，那么在收到对面回复的断开请求时会启动一个计时器(3分钟左右,确保最后一次握手对方已收到)，在计时器启动期间，对应套接字还能接收消息，对应的端口号状态是被占用的，所以如果服务端退出时启动了这个计时器，那么马上再打开，bing()会失败，因为目前端口还被上次占用了，默认不能重新再分配。但是，对于先关闭客服端，就不会有这种问题，不是因为客服端不会产生这样的计时器，它同样会启动计时器，只是因为客服端的端口号每次运行程序时是动态分配的。示意图如下：
  

  默认这个计时器是可以开启的，但在有些时候这么做是不合理的，如系统发生故障从而紧急停止的情况，这时需要尽快重启服务器，但因处于计时器等待(Time-wait)期间而必须等几分钟甚至更长。我们可以通过可选项SO_REUSEADDR来修改在Time-wait状态下端口号是否可以重新分配给新套接字。SO_REUSEADDR的默认值为0(假)，我们将其修改为1(真)，就能解决上面的问题了。
  //加在调用bind()之前
  int option;
  socklen_t optlen;
  optlen = sizeof(option);
  option = TRUE;
  setsockopt(serv_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *) &option, optlen);

4，协议层为IPPROTO_TCP下的TCP_NODELAY可选项，可以设置是否禁止Nagle算法。默认是开启的(0)，禁用只需将其值改为1(真)即可。

int opt_val = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void *)&opt_val, sizeof(opt_val));

那么什么是Nagle算法呢？这个算法主要是为了防止因数据包过多而发生网络过载而设置的。如果开启了这个算法，那么TCP数据交互时，就会一个一个数据包有序的传输，即SEQ与ACK一一对应传输。而如果不使用这个算法，那么个个数据的交互就会是异步进行的，SEQ消息与ACK消息同时发送，不等待上一条。示例图如下：

由图可以看出，他们传递同样的数据(Nagle)，使用Nagle算法共只需4个数据包完成传输，但不使用Nagle算法则需要共传输10个数据包(这只是一个示例图，实际不一定是这么多次，只是为了说明这个原理)。所以不使用Nagle算法会产生更多的流量，即使只传输1个字节数据，但一个数据包的头信息都有可能是几十个字节。因此，一般我们默认是需要使用Nagle算法的。
然而，在有些时候使用它并不合理，因为不使用Nagle算法，它可以无需等待ACK的前提下连续传输，在网络流量未受太大影响时，不使用Nagle算法比使用它时传输速度快。最典型的就是传输大文件数据时，因文件数据传输到缓冲比较快，即便不使用Nagle算法，也会在装满输出缓冲时传输数据包，不会增加多少数据包。