socket 编程的端口和地址复用

在linux socket网络编程中，大规模并发TCP或UDP连接时，经常会用到端口复用：

1.  
   int opt = 1;
2.  
   if(setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, (const void *) &opt, sizeof(opt))){
3.  
   perror("setsockopt");
4.  
   return -1;
5.  
   }

那么什么是端口复用呢，如何理解呢，可以解释成如下： 
在A机上进行客户端网络编程，假如它所使用的本地端口号是1234，如果没有开启端口复用的话，它用本地端口1234去连接B机再用本地端口连接C机时就不可以，若开启端口复用的话在用本地端口1234访问B机的情况下还可以用本地端口1234访问C机。若是服务器程序中监听的端口，即使开启了复用，也不可以用该端口望外发起连接了。

SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT

SO_REUSEADDR提供如下四个功能：

1.  
   SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将此端口用做他们的
2.  
   本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错。
3.  
    
4.  
   SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址
5.  
   即可。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。
6.  
    
7.  
   SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即
8.  
   可。这一般不用于TCP服务器。
9.  
    
10.  
    SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端
11.  
    口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套
12.  
    接口而言（TCP不支持多播）。

SO_REUSEPORT选项有如下语义：

1.  
   此选项允许完全重复捆绑，但仅在想捆绑相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口选项才行。
2.  
    
3.  
   如果被捆绑的IP地址是一个多播地址，则SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。

使用这两个套接口选项的建议：

在所有TCP服务器中，在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接口选项；

当编写一个同一时刻在同一主机上可运行多次的多播应用程序时，设置SO_REUSEADDR选项，并将本组的多播地址作为本地IP地址捆绑。

setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void *)&nOptval , sizeof(int)) < 0) 
附

1.  
   Q:编写 TCP/SOCK_STREAM 服务程序时，SO_REUSEADDR到底什么意思？
2.  
    
3.  
   A:这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用端口。如果端口忙，
4.  
   而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，指明"地址已经使用中"。如果你的服务程序停止
5.  
   后想立即重启，而新套接字依旧使用同一端口，此时SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何
6.  
   非期望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不可能。

其实这个问题在Richard Stevens的《Unix网络编程指南》卷一里有很详细的解答(中文版P166-168页)。这里我只是写几个基本的例子来验证这个问题。
首先声明一个问题：当两个socket的address和port相冲突，而你又想重用地址和端口，则旧的socket和新的socket都要已经被设置了SO_REUSEADDR特性，只有两者之一有这个特性还是有问题的。
SO_REUSEADDR可以用在以下四种情况下。
(摘自《Unix网络编程》卷一，即UNPv1)
1、当有一个有相同本地地址和端口的socket1处于TIME_WAIT状态时，而你启动的程序的socket2要占用该地址和端口，你的程序就要用到该选项。
2、SO_REUSEADDR允许同一port上启动同一服务器的多个实例(多个进程)。但每个实例绑定的IP地址是不能相同的。在有多块网卡或用IP Alias技术的机器可以测试这种情况。
3、SO_REUSEADDR允许单个进程绑定相同的端口到多个socket上，但每个socket绑定的ip地址不同。这和2很相似，区别请看UNPv1。

4、SO_REUSEADDR允许完全相同的地址和端口的重复绑定。但这只用于UDP的多播，不用于TCP。

源码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.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!
");
    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);/**//*这句不能少，原因请大家想想就知道了。*/
            ticks=time(NULL);
            snprintf(buff,100,"%.24s
",ctime(&ticks));
            write(connfd,buff,strlen(buff));
            close(connfd);
            sleep(1);
            execlp("f1-9d",NULL);
            perror("execlp");
            exit(1);
        }
        close(connfd);
        exit(0);/**//* end parent*/
    }
}