socket接口

int socket(int domain, int type, int protocol);

參數說明??

參數	說明
domain	協議族（地址族），如?AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）
type	套接字類型，UDP 使用?SOCK_DGRAM（數據報）
protocol	通常設為?0（自動選擇），或?IPPROTO_UDP

socket()?的前兩個參數?domain（地址族）和?type（套接字類型）已經分別指定了??網絡層協議??（如 IPv4/IPv6）和??傳輸層協議??（如 TCP/UDP），第三個參數是歷史原因被留了下來，現在一般設為0

底層原理

socket系統調用會創建struct file，struct socket，struct sock等結構體，最終返回該套接字的文件描述符

struct sock?

傳輸層和網絡層的底層實現

struct sock {struct sk_buff_head  sk_receive_queue; // 傳輸層接收緩沖區struct sk_buff_head  sk_write_queue;   // 傳輸層發送緩沖區struct proto       *sk_prot;           // 純粹的傳輸層協議的操作集union {struct inet_sock  inet;            // IPv4的底層結構體struct ipv6_sock  ipv6;            // IPv6的底層結構體};// ...（定時器、擁塞控制、狀態等）
};

struct socket

對struct sock進行封裝，主要是封裝出了用戶級的系統調用操作集

struct socket {struct sock     *sk;       const struct proto_ops *ops; //協議相關的系統調用??（如?bind、connect、sendmsg）struct file     *file;     
};

操作集辨析

?1.file_operations（struct file）?

??文件的通用操作接口??（如?read、write、poll）

2.proto_ops（struct socket）

實現協議相關的系統調用??（如?bind、connect、sendmsg）

3.?struct proto（struct sock）

傳輸層協議的底層操作集

??recvfrom?函數聲明?

ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags,struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen
);

參數詳解??

??參數??	??類型??	??說明??
sockfd	int	接受數據的套接字文件描述符（由?socket()?創建）。
buf	void *	接收數據的緩沖區地址，用于存儲接收到的數據。
len	size_t	緩沖區的最大長度（字節數），防止緩沖區溢出。
flags	int	控制接收行為的標志位（如?MSG_DONTWAIT、MSG_PEEK），通常設為?0。
src_addr	struct sockaddr *	接收發送方套接字地址結構體??的緩沖區
addrlen	socklen_t *	傳入緩沖區的大小，返回套接字地址結構體大小。

返回值??

??返回值??	??說明??
> 0	成功接收到的字節數。
0	??僅對 TCP 有效??，表示連接已關閉（UDP 不會返回?0）。
-1?(失敗)	出錯，可通過?errno?獲取錯誤碼（如?EAGAIN?表示非阻塞模式下無數據）。

sendto函數

ssize_t sendto(int sockfd,                  // 套接字文件描述符const void *buf,            // 待發送數據的緩沖區size_t len,                 // 數據長度（字節數）int flags,                  // 發送方式控制標志（通常設為 0）const struct sockaddr *dest_addr,  // 目標地址結構體socklen_t addrlen           // 目標地址結構體長度
);

---

??參數解釋??

??參數??	??類型??	??說明??
sockfd	int	套接字文件描述符（由?socket()?創建）。
buf	const void *	待發送數據的緩沖區地址。
len	size_t	數據的長度（字節數）。
flags	int	控制發送行為的標志位（如?MSG_DONTWAIT、MSG_MORE），通常設為?0。
dest_addr	const struct sockaddr *	??目標地址結構體??（如?struct sockaddr_in）。
addrlen	socklen_t	dest_addr?結構體的實際長度（如?sizeof(struct sockaddr_in)）。

?返回值??

??返回值??	??說明??
> 0	成功發送的字節數。
-1?(失敗)	出錯，可通過?errno?獲取錯誤碼（如?EAGAIN?表示非阻塞模式下無法立即發送）。

udp服務器邏輯

1.利用socket函數創建套接字，傳參地址族和套接字類型，第三個參數是歷史遺留不用管，比如socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)，說明套接字網絡層是ipv4，傳輸層是tcp，其底層就是創建struct file還有對應的struct socket和struct sock，然后返回套接字描述符

2.接下來要將套接字綁定端口，創建ipv4對應的套接字地址結構體struct sockaddr_in，然后填寫地址族AF_INET,再填寫端口號和ip地址，一般端口號是靠命令行參數來給出，IP地址則是INADDR_ANY，該套接字綁定的ip是任意的，也就是通過任何一個網卡接收都可以。

3.然后服務器死循環調用recvfrom，recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);，沒有數據則在套接字接收緩沖區等待隊列上阻塞等待

udp客戶端邏輯

1.命令行參數指明服務器端主機的任意一個網卡的ip地址，然后再指明端口，創建套接字socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

2.用命令行參數準備好服務器通信套接字的地址結構體struct sockaddr_in，然后sendto發消息

udp發送消息過程分析

udp是沒有發送緩沖區的，只有接收緩沖區，客戶端調用sendto，會自動給套接字綁定端口，然后直接開始封裝udp報文，然后交給IP層（其實就是調用ip協議的接口），傳的參數就是udp報文和目標ip地址，ip層查路由表確定下一跳ip和發送網卡接口，封裝IP報頭，交給數據鏈路層處理（本質是調用以太網協議接口），傳參IP報文和下一跳ip和發送網卡接口，網卡驅動會先查arp緩存，得到下一跳ip的mac地址，然后給報文加上mac頭和crc校驗，寫進發送網卡對應的發送緩沖區，寫網卡的TDT寄存器通知，然后網卡會DMA將數據讀出，HVY轉換信號，接口發送出去，咱們假設客戶端是內網的一個主機，服務器部署在外網主機上，那這個下一跳很明顯是路由器，路由器的網卡接口收到信號后，HVY信號轉換，DMA寫進網卡的接收緩沖區，觸發硬件中斷，cpu陷入內核，執行中斷向量表中的中斷方法，網卡驅動將數據讀出，檢查mac地址，然后看幀類型是IP幀，于是進行crc校驗，沒有問題就去掉mac頭和crc校驗，交給ip層，然后IP頭的TTL減一，更改源ip為路由器的WAN口ip，并根據ip頭中的首部長度，總長度，上層協議類型這些字段將udp頭中的源port也改了（路由器除了維護路由表，還會維護地址轉換表來輔助NAT，地址轉換表里的對應關系是{源ip，源port，目的ip，目的port}和{改過的源ip，改過的源port，目的ip，目的端口}），改完后去查路由表確定下一跳ip和發送網卡，然后和之前一樣發出去，這次發到公網了，服務器收到后不斷解包到傳輸層（此時的底層應該是調用了udp協議的接口，將udp報文傳過去），然后udp層會根據udp頭里的端口拼出三元組{協議，目的ip，目的端口}，然后根據OS維護的hash表找到對應udp套接字，將udp報文整個寫進該套接字的接收緩沖區，然后喚醒接收緩沖區等待隊列上的進程，recvfrom系統調用從接收緩沖區中讀出一個完整的udp報文，然后去掉報頭，將有效載荷寫進recvfrom函數參數傳來的的應用層緩沖區里，并填充參數傳來的套接字地址和其大小