一、setsockopt/getsockopt 函數詳解

1. 函數原型

c

#include <sys/socket.h>
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

2. 功能

• setsockopt：設置套接字選項（修改網絡屬性）。
• getsockopt：獲取套接字選項（查詢網絡屬性）。

3. 參數說明

參數	描述
sockfd	套接字文件描述符
level	協議層級： SOL_SOCKET（通用選項） IPPROTO_IP（IP 層選項） IPPROTO_UDP（UDP 層選項）
optname	選項名稱（依賴于level）
optval	選項值（指針類型，具體類型取決于optname）
optlen	optval的字節長度（getsockopt需傳入指針，setsockopt需傳入值）

4. 常用選項及示例

4.1 SOL_SOCKET 層級

• SO_REUSEADDR：允許重用本地地址和端口（解決端口占用問題）。

  c

  int optval = 1;
  setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));
  

• SO_BROADCAST：允許發送廣播數據（僅 UDP 可用）。

  c

  int optval = 1;
  setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &optval, sizeof(optval)); // 發送方需設置
  

• SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO：設置接收 / 發送超時時間（struct timeval類型）。

  c

  struct timeval timeout = {3, 0}; // 3秒超時
  setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));
  

4.2 IPPROTO_IP 層級（組播相關）

• IP_ADD_MEMBERSHIP：加入組播組。

  c

  struct ip_mreqn mreq;
  mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.1.2.3"); // 組播IP
  mreq.imr_address.s_addr = inet_addr("192.168.1.100"); // 本地IP
  mreq.imr_ifindex = 0; // 網絡接口索引（0表示自動選擇）
  setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));
  

• IP_DROP_MEMBERSHIP：退出組播組（參數同IP_ADD_MEMBERSHIP）。

4.3 IPPROTO_TCP 層級

• TCP_NODELAY：禁用 Nagle 算法（提升實時性）。

  c

  int optval = 1;
  setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &optval, sizeof(optval));
  

二、UDP 多點通信

1. 廣播通信（Broadcast）

• 特點：

  • 一對多通信，數據發送到局域網內所有主機。
  • 廣播地址示例：192.168.1.255（網絡號 + 全 1 主機號）或255.255.255.255（受限廣播）。
  • 僅 UDP 支持，數據不可跨路由器。

• 實現步驟：

  廣播接收者（UDP 服務器）：

  1. 創建 UDP 套接字：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)。
  2. 綁定廣播地址（如192.168.1.255或0.0.0.0）。

     c

     struct sockaddr_in addr;
     addr.sin_family = AF_INET;
     addr.sin_port = htons(8888);
     addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.255");
     bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
     

  3. 接收數據：recvfrom()。

  廣播發送者（UDP 客戶端）：

  1. 創建 UDP 套接字。
  2. 設置SO_BROADCAST選項。
  3. 發送數據到廣播地址：sendto()。

     c

     int optval = 1;
     setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &optval, sizeof(optval));
     struct sockaddr_in dest_addr;
     dest_addr.sin_family = AF_INET;
     dest_addr.sin_port = htons(8888);
     dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.255");
     sendto(sockfd, "Hello", 5, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
     

2. 組播通信（Multicast）

• 特點：

  • 一對一組通信，僅加入組播組的主機可接收數據。
  • 組播 IP 范圍：224.0.0.0~239.255.255.255。
  • 需通過IP_ADD_MEMBERSHIP加入組播組。

• 實現步驟：

  組播接收者（UDP 服務器）：

  1. 創建 UDP 套接字。
  2. 加入組播組：setsockopt()設置IP_ADD_MEMBERSHIP。
  3. 綁定組播 IP 和端口（或綁定0.0.0.0接收所有組播數據）。

     c

     struct ip_mreqn mreq;
     mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.1.2.3");
     mreq.imr_address.s_addr = INADDR_ANY; // 本地IP設為任意
     setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));
     struct sockaddr_in addr;
     addr.sin_family = AF_INET;
     addr.sin_port = htons(8888);
     addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 綁定任意IP
     bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
     

  組播發送者（UDP 客戶端）：

  1. 創建 UDP 套接字。
  2. 直接發送數據到組播 IP：sendto()。

     c

     struct sockaddr_in dest_addr;
     dest_addr.sin_family = AF_INET;
     dest_addr.sin_port = htons(8888);
     dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("224.1.2.3");
     sendto(sockfd, "Hello", 5, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
     

三、關鍵對比

特性	廣播（Broadcast）	組播（Multicast）
地址范圍	局域網內所有主機（如192.168.1.255）	組播組（如224.1.2.3）
網絡層支持	依賴鏈路層廣播	依賴 IP 組播協議
跨路由	不可跨路由	可通過配置跨路由（需路由器支持）
資源消耗	高（所有主機接收）	低（僅組成員接收）
適用場景	局域網內通知（如 DHCP）	實時流媒體、在線會議（如視頻直播）

四、代碼示例：UDP 廣播聊天

1. 廣播接收者（服務器）

c

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 128int main() {// 創建UDP套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) { perror("socket error"); return -1; }// 允許端口重用int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));// 綁定廣播地址struct sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(PORT);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.255"); // 或 INADDR_BROADCASTif (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {perror("bind error"); return -1;}// 接收廣播數據char buf[BUF_SIZE] = {0};struct sockaddr_in cli_addr;socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);while (1) {ssize_t n = recvfrom(sockfd, buf, BUF_SIZE-1, 0, (struct sockaddr*)&cli_addr, &cli_len);if (n > 0) {buf[n] = '\0';printf("Received: %s\n", buf);}}close(sockfd);return 0;
}

2. 廣播發送者（客戶端）

c

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 128int main() {// 創建UDP套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) { perror("socket error"); return -1; }// 允許發送廣播int optval = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &optval, sizeof(optval));// 廣播地址struct sockaddr_in dest_addr;memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));dest_addr.sin_family = AF_INET;dest_addr.sin_port = htons(PORT);dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.255");// 發送數據char buf[BUF_SIZE] = {0};while (fgets(buf, BUF_SIZE, stdin)) {buf[strcspn(buf, "\n")] = 0; // 去除換行符sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));memset(buf, 0, BUF_SIZE);}close(sockfd);return 0;
}

五、總結

• setsockopt/getsockopt：是網絡編程中配置套接字行為的核心函數，通過不同層級和選項可實現端口重用、超時控制、組播加入等高級功能。
• UDP 廣播：適用于局域網內的一對多通信，但存在廣播風暴風險，且無法跨路由。
• UDP 組播：通過組播組實現高效的一對多通信，節省網絡資源，適合實時數據傳輸。
• 注意事項：
  • 廣播發送方需設置SO_BROADCAST選項，接收方需綁定廣播地址。
  • 組播接收方需通過IP_ADD_MEMBERSHIP加入組播組，發送方直接向組播 IP 發送數據。