一、1個端口號可以同時被兩個進程綁定嗎？
根據端口號的綁定我們分以下幾種情況來討論：
- 2個進程分別建立TCP server，使用同一個端口號8888
- 2個進程分別建立UDP server，使用同一個端口號8888
- 2個進程1個建立TCP server、1個建立UDP server，都使用端口號8888
1. 測試代碼
我們首先編寫兩個簡單的測試程序。
tcp.c
該程序僅僅創建tcp套接字並綁定端口號8888，沒有accept建立連接操作，並且sleep(1000)，讓進程不要太快退出。
/*******服務器程序 TCPServer.c ************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <pthread.h>
#define WAITBUF 10
#define RECVBUFSIZE 1024
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd,nbytes;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int portnumber = 8888;
socklen_t sin_size;
char hello[512];
char buffer[RECVBUFSIZE];
/*端口號不對，退出*/
/*服務器端開始建立socket描述符*/
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/*服務器端填充 sockaddr結構*/
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
server_addr.sin_family=AF_INET;
/*自動填充主機IP*/
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
/*捆綁sockfd描述符 進程+端口號+ip+socket*/
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/*監聽sockfd描述符*/
if(listen(sockfd, WAITBUF)==-1)
{
fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
sleep(1000);//讓程序不要這么快的退出
close(sockfd);
exit(0);
}
udp.c
該程序僅僅創建udp套接字並綁定端口號8888，沒有accept建立連接操作，並且sleep(1000)，讓進程不要太快退出.
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888
#define MAX_MSG_SIZE 1024
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
/* 服務器端開始建立socket描述符 */
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd<0)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 服務器端填充 sockaddr結構 */
bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
/* 捆綁sockfd描述符 */
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0)
{
fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
sleep(1000);
close(sockfd);
}
編譯
gcc tcp.c -o tcp
gcc udp.c -o udp
2. 執行結果
1).2個進程分別建立TCP server
從結果可知，第二個進程綁定端口號8888綁定失敗。
2).2個進程分別建立UDP server
從結果可知，第二個進程綁定端口號8888綁定失敗。
3).1個建立TCP server、1個建立UDP server
用netstat命令查看信息。
從結果可知，該種情形，兩個進程分別綁定成功。
3. 結果分析
由上述結果可知：TCP、UDP可以同時綁定一個端口8888，但是一個端口在同一時刻不可以被TCP或者UDP綁定2次。
原因如下：
- tcp的端口不是物理概念，僅僅是協議棧中的兩個字節；
- TCP和UDP的端口完全沒有任何關系，完全有可能又有一種XXP基於IP，也有端口的概念，這是完全可能的；
- TCP和UDP傳輸協議監聽同一個端口后，接收數據互不影響，不沖突。因為數據接收時時根據五元組{傳輸協議，源IP，目的IP，源端口，目的端口}判斷接受者的。
二、端口號的一些其他知識點
1. 端口號的作用
端口號可以用來標識同一個主機上通信的不同應用程序，端口號+IP地址就可以組成一個套接字，用來標識一個進程。
2. 端口號的應用場景
在TCP/IP協議中，用“源IP地址”，“目的IP地址”，“源端口號”，“目的端口號”,協議號（IP協議的協議號為4，TCP的協議號為6）這樣的一個五元組來標識一個通信，通信的雙方在發送消息時，消息的頭部會帶着這樣的五元組。
3. 端口范圍划分
（1）0~1023：知名端口號，是留着備用的，一把都是用於協議，例如HTTP、FTP、SSH ；
（2）1024~65535：是操作系統動態分配的端口號，客戶端程序的端口號，就是由操作糸統從這個范圍來分配的，在TCP與UDP的套接字通信中，客戶端的端口號就是在此范圍中。
4. 知名的端口號與端口號對應的服務器
比如：
HTTP服務器：80
FTP服務器：21
ps：FTP有一個控制連接和一個數據連接，所以FTP是有兩個端口號的，控制連接的端口號是21，數據連接的端口號是20，但是如果FTP的端口號默認是21，如果指明FTP有兩個端口號的話，那就是21和20，否則FTP服務器的端口號就是21
TELNET服務器：23
SSH服務器：22
HTTPS：443
WEB服務器：25
5. 在linux中如何查看知名端口號？
cat /etc/services
6. 一個進程是否可以bind多個端口號？
可以
因為一個進程可以打開多個文件描述符，而每個文件描述符都對應一個端口號，所以一個進程可以綁定多個端口號。
Linux內核會給每一個socket分配一個唯一的文件描述符，進程通過該文件描述符來區分對應的套接字。
7. 一個端口號是否可以被多個進程綁定？
同種協議通常不可以，但有一種情況可以。
ps：如果進程先綁定一個端口號，然后在fork一個子進程，這樣的話就可以是實現多個進程綁定一個端口號，但是兩個不同的進程綁定同一個端口號是不可以的。
三、SO_REUSEADDR有什么用處和怎么使用？
當兩個socket的address和port相沖突，而我們又想重用地址和端口，則舊的socket和新的socket都要已經被設置了SO_REUSEADDR特性，只有兩者之一有這個特性還是有問題的。
SO_REUSEADDR可以用在以下四種情況下。(摘自《Unix網絡編程》卷一，即UNPv1)
- 當有一個有相同本地地址和端口的socket1處於TIME_WAIT狀態時【4次握手】，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。
一般來說，一個端口釋放后會等待兩分鍾之后才能再被使用，SO_REUSEADDR是讓端口釋放后立即就可以被再次使用。
SO_REUSEADDR用於對TCP套接字處於TIME_WAIT狀態下的socket，才可以重復綁定使用。server程序總是應該在調用bind()之前設置SO_REUSEADDR套接字選項。TCP，先調用close()的一方會進入TIME_WAIT狀態。
4次握手順序見下圖：
-
SO_REUSEADDR允許同一port上啟動同一服務器的多個實例(多個進程)。但每個實例綁定的IP地址是不能相同的。在有多塊網卡或用IP Alias技術的機器可以測試這種情況。
-
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，區別請看UNPv1。
SO_REUSEADDR允許啟動一個監聽服務器並捆綁其眾所周知端口，即使以前建立的將此端口用做他們的本地端口的連接仍存在。這通常是重啟監聽服務器時出現，若不設置此選項，則bind時將出錯。
SO_REUSEADDR允許在同一端口上啟動同一服務器的多個實例，只要每個實例捆綁一個不同的本地IP地址即可。對於TCP，我們根本不可能啟動捆綁相同IP地址和相同端口號的多個服務器。
SO_REUSEADDR允許單個進程捆綁同一端口到多個套接口上，只要每個捆綁指定不同的本地IP地址即可。這一般不用於TCP服務器。
- SO_REUSEADDR允許完全相同的地址和端口的重復綁定。但這只用於UDP的多播，不用於TCP。
SO_REUSEADDR允許完全重復的捆綁：當一個IP地址和端口綁定到某個套接口上時，還允許此IP地址和端口捆綁到另一個套接口上。一般來說，這個特性僅在支持多播的系統上才有，而且只對UDP套接口而言（TCP不支持多播）。
SO_REUSEPORT選項有如下語義：
此選項允許完全重復捆綁，但僅在想捆綁相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口選項才行。
如果被捆綁的IP地址是一個多播地址，則SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。
使用這兩個套接口選項的建議：
在所有TCP服務器中，在調用bind之前設置SO_REUSEADDR套接口選項；
當編寫一個同一時刻在同一主機上可運行多次的多播應用程序時，設置SO_REUSEADDR選項，並將本組的多播地址作為本地IP地址捆綁。
設置方法如下：
if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,
(const void *)&nOptval , sizeof(int)) < 0)
...
附
Q:編寫 TCP/SOCK_STREAM 服務程序時，SO_REUSEADDR到底什么意思？
A:這個套接字選項通知內核，如果端口忙，但TCP狀態位於 TIME_WAIT ，可以重用端口。如果端口忙，而TCP狀態位於其他狀態，重用端口時依舊得到一個錯誤信息，指明"地址已經使用中"。如果你的服務程序停止后想立即重啟，而新套接字依舊使用同一端口，此時SO_REUSEADDR 選項非常有用。必須意識到，此時任何非期望數據到達，都可能導致服務程序反應混亂，不過這只是一種可能，事實上很不可能。
一個套接字由相關五元組構成，協議、本地地址、本地端口、遠程地址、遠程端口。SO_REUSEADDR 僅僅表示可以重用本地本地地址、本地端口，整個相關五元組還是唯一確定的。所以，重啟后的服務程序有可能收到非期望數據。必須慎重使用 SO_REUSEADDR 選項。
舉例
例子1:測試上面第一種情況。
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXLINE 100
int main(int argc, char** argv)
{
int listenfd,connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[MAXLINE+1];
time_t ticks;
unsigned short port;
int flag=1,len=sizeof(int);
port=10013;
if( (listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port=htons(port);
if( setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
else
printf("bind call OK!\n");
if( listen(listenfd,5) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
for(;;)
{
if( (connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)NULL,NULL)) == -1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
if( fork() == 0)/*child process*/
{
close(listenfd);/*關閉監聽套接字，子進程不需要。*/
ticks=time(NULL);
snprintf(buff,100,"%.24s\r\n",ctime(&ticks));
write(connfd,buff,strlen(buff));
close(connfd);
sleep(1);
execlp("run",NULL);
perror("execlp");
exit(1);
}
close(connfd);
exit(0);/* end parent*/
}
}
gcc 123.c -o run
sudo cp run /sbin
sudo chmod 777 /sbin/run
測試：編譯為run程序，放到一個自己PATH環境變量里的某個路徑里，例如$HOME/bin，運行run，然后telnet localhost 10013看結果。
第一步
運行程序，此時程序阻塞在accept（）這個位置。
第二步
重新打開一個終端，執行以下命令。
第三步：
可以看到次異步運行的程序退出，並打印了bind call OK!
說明子進程被執行，並且成功綁定了端口10013，驗證了第一種情況。
-
第二種情況我沒有環境測，所以就不給測試程序了，大家有條件的可以自己寫一個來測試一下。
-
測試第三種情況的程序
讀取本地ip地址
可以得到本地地址為：
eth0 ： 192.168.43.171
lo : 127.0.0.1
測試代碼
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXLINE 100
int main(int argc, char** argv)
{
int fd1,fd2;
struct sockaddr_in servaddr1,servaddr2;
char buff[MAXLINE+1];
time_t ticks;
unsigned short port;
int flag=1,len=sizeof(int);
port=10013;
if( (fd1=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
if( (fd2=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
bzero(&servaddr1,sizeof(servaddr1));
bzero(&servaddr2,sizeof(servaddr2));
servaddr1.sin_family=AF_INET;
servaddr2.sin_family=AF_INET;
if( inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr1.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton() call error:127.0.0.1\n");
exit(1);
}
if( inet_pton(AF_INET, "192.168.43.171", &servaddr2.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton() call error:128.160.1.230\n");
exit(1);
}
servaddr1.sin_port=htons(port);
servaddr2.sin_port=htons(port);
if( setsockopt(fd1, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( setsockopt(fd2, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if( bind(fd1,(struct sockaddr*)&servaddr1,sizeof(servaddr1)) == -1)
{
perror("bind fd1");
exit(1);
}
if( bind(fd2,(struct sockaddr*)&servaddr2,sizeof(servaddr2)) == -1)
{
perror("bind fd2");
exit(1);
}
printf("bind fd1 and fd2 OK!\n");
/*put other process here*/
getchar();
exit(0);/* end */
}
執行結果
- 由於第四種情況只用於UDP的多播，和TCP的使用沒多大關系，所以就不寫測試例子了。自己有興趣的可以寫。
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