一個埠號可以同時被兩個進程綁定嗎?

 

一、1個埠號可以同時被兩個進程綁定嗎？

根據埠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，使用同一個埠號8888

2個進程分別建立UDP server，使用同一個埠號8888

2個進程1個建立TCP server、1個建立UDP server，都使用埠號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套接字並綁定埠號8888，沒有accept建立連接操作，並且sleep(1000)，讓進程不要太快退出。

1. /*******伺服器程序  TCPServer.c ************/ 
2. #include <stdlib.h> 
3. #include <stdio.h> 
4. #include <errno.h> 
5. #include <string.h> 
6. #include <netdb.h> 
7. #include <sys/types.h> 
8. #include <netinet/in.h> 
9. #include <sys/socket.h> 
10. #include <pthread.h> 
11.  
12. #define WAITBUF 10 
13. #define RECVBUFSIZE 1024 
14.  
15.  
16. int main(int argc, char *argv[]) 
17. { 
18.  int sockfd,new_fd,nbytes; 
19.  struct sockaddr_in server_addr; 
20.  struct sockaddr_in client_addr; 
21.  int portnumber = 8888; 
22.  socklen_t sin_size; 
23.  char hello[512]; 
24.  char buffer[RECVBUFSIZE]; 
25.  
26.  /*埠號不對，退出*/ 
27.  
28.  /*伺服器端開始建立socket描述符*/ 
29.  if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)   
30.  { 
31.   fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno)); 
32.   exit(1); 
33.  } 
34.  
35.  /*伺服器端填充 sockaddr結構*/  
36.  bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); 
37.  server_addr.sin_family=AF_INET; 
38.  /*自動填充主機IP*/ 
39.  server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); 
40.  server_addr.sin_port=htons(portnumber); 
41.  
42.  /*捆綁sockfd描述符   進程+埠號+ip+socket*/  
43.  if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
44.  { 
45.   fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno)); 
46.   exit(1); 
47.  } 
48.  
49.  /*監聽sockfd描述符*/ 
50.  if(listen(sockfd, WAITBUF)==-1) 
51.  { 
52.   fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno)); 
53.   exit(1); 
54.  } 
55.  
56.  sleep(1000);//讓程序不要這麼快的退出 
57.  close(sockfd); 
58.  exit(0); 
59. } 

udp.c

該程序僅僅創建udp套接字並綁定埠號8888，沒有accept建立連接操作，並且sleep(1000)，讓進程不要太快退出.

1. #include <stdlib.h> 
2. #include <stdio.h> 
3. #include <errno.h> 
4. #include <string.h> 
5. #include <unistd.h> 
6. #include <netdb.h> 
7. #include <sys/socket.h> 
8. #include <netinet/in.h> 
9. #include <sys/types.h> 
10. #include <arpa/inet.h> 
11.  
12. #define SERVER_PORT 8888  
13. #define MAX_MSG_SIZE 1024  
14.  
15.  
16. int main(void)  
17. {  
18.  int sockfd;  
19.  struct sockaddr_in addr;  
20.  
21.  /* 伺服器端開始建立socket描述符 */  
22.  sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);  
23.  if(sockfd<0)  
24.  {  
25.   fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));  
26.   exit(1);  
27.  }  
28.  
29.  /* 伺服器端填充 sockaddr結構 */  
30.  bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in));  
31.  addr.sin_family=AF_INET;  
32.  addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);  
33.  addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);  
34.  
35.  /* 捆綁sockfd描述符 */  
36.  if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0)  
37.  {  
38.   fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));  
39.   exit(1);  
40.  }  
41.  sleep(1000); 
42.  close(sockfd);  
43. }  

編譯

1. gcc tcp.c -o tcp 
2. gcc udp.c -o udp 

2. 執行結果

1).2個進程分別建立TCP server

情況1執行結果

從結果可知，第二個進程綁定埠號8888綁定失敗。

2).2個進程分別建立UDP server

情況2執行結果

從結果可知，第二個進程綁定埠號8888綁定失敗。

3).1個建立TCP server、1個建立UDP server

情況3執行結果

用netstat命令查看信息。

netstat

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可以同時綁定一個埠8888，但是一個埠在同一時刻不可以被TCP或者UDP綁定2次。原因如下：

tcp的埠不是物理概念，僅僅是協議棧中的兩個字節;

TCP和UDP的埠完全沒有任何關係，完全有可能又有一種XXP基於IP，也有埠的概念，這是完全可能的;

TCP和UDP傳輸協議監聽同一個埠後，接收數據互不影響，不衝突。因為數據接收時時根據五元組**{傳輸協議，源IP，目的IP，源埠，目的埠}**判斷接受者的。

二、埠號的一些其他知識點

1. 埠號的作用

埠號可以用來標識同一個主機上通信的不同應用程式，埠號+IP位址就可以組成一個套接字，用來標識一個進程。

2. 埠號的應用場景

在TCP/IP協議中，用「源IP位址」，「目的IP位址」，「源埠號」，「目的埠號」,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，消息的頭部會帶著這樣的五元組。

3. 埠範圍劃分

(1)0~1023：知名埠號，是留著備用的，一把都是用於協議，例如HTTP、FTP、SSH ;

(2)1024~65535：是作業系統動態分配的埠號，客戶端程序的埠號，就是由操作糸統從這個範圍來分配的，在TCP與UDP的套接字通信中，客戶端的埠號就是在此範圍中。

4. 知名的埠號與埠號對應的伺服器

比如：

1. HTTP伺服器：80  
2. FTP伺服器：21 

ps：FTP有一個控制連接和一個數據連接，所以FTP是有兩個埠號的，控制連接的埠號是21，數據連接的埠號是20，但是如果FTP的埠號默認是21，如果指明FTP有兩個埠號的話，那就是21和20，否則FTP伺服器的埠號就是21

1. TELNET伺服器：23  
2.  SSH伺服器：22  
3.  HTTPS：443  
4.  WEB伺服器：25 

5. 在linux中如何查看知名埠號?

1. cat /etc/services 

6. 一個進程是否可以bind多個埠號?

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埠號，所以一個進程可以綁定多個埠號。

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. 一個埠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埠號，然後在fork一個子進程，這樣的話就可以是實現多個進程綁定一個埠號，但是兩個不同的進程綁定同一個埠號是不可以的。

三、SO_REUSEADDR有什麼用處和怎麼使用?

當兩個socket的address和port相衝突，而我們又想重用地址和埠，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埠的socket1處於TIME_WAIT狀態時【4次握手】，而你啟動的程序的socket2要佔用該地址和埠，你的程序就要用到該選項。

一般來說，一個埠釋放後會等待兩分鐘之後才能再被使用，SO_REUSEADDR是讓埠釋放後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，才可以重複綁定使用。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：

4次握手

SO_REUSEADDR允許同一port上啟動同一伺服器的多個實例(多個進程)。但每個實例綁定的IP位址是不能相同的。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埠到多個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允許啟動一個監聽伺服器並捆綁其眾所周知埠，即使以前建立的將此埠用做他們的本地埠的連接仍存在。這通常是重啟監聽伺服器時出現，若不設置此選項，則bind時將出錯。

SO_REUSEADDR允許在同一埠上啟動同一伺服器的多個實例，只要每個實例捆綁一個不同的本地IP位址即可。對於TCP，我們根本不可能啟動捆綁相同IP位址和相同埠號的多個伺服器。

SO_REUSEADDR允許單個進程捆綁同一埠到多個套接口上，只要每個捆綁指定不同的本地IP位址即可。這一般不用於TCP伺服器。

SO_REUSEADDR允許完全相同的地址和埠的重複綁定。但這只用於UDP的多播，不用於TCP。

SO_REUSEADDR允許完全重複的捆綁：當一個IP位址和埠綁定到某個套接口上時，還允許此IP位址和埠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：此選項允許完全重複捆綁，但僅在想捆綁相同IP位址和埠的套接口都指定了此套接口選項才行。

如果被捆綁的IP位址是一個多播地址，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伺服器中，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式時，設置SO_REUSEADDR選項，並將本組的多播地址作為本地IP位址捆綁。

設置方法如下：

1. if (setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 
2.    (const void *)&nOptval , sizeof(int)) < 0)  
3.    ... 

附

Q:編寫 TCP/SOCK_STREAM 服務程序時，SO_REUSEADDR到底什麼意思?

A:這個套接字選項通知內核，如果埠忙，但TCP狀態位於 TIME_WAIT ，可以重用埠。如果埠忙，而TCP狀態位於其他狀態，重用埠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後想立即重啟，而新套接字依舊使用同一埠，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、本地埠、遠程地址、遠程埠。SO_REUSEADDR 僅僅表示可以重用本地本地地址、本地埠，整個相關五元組還是唯一確定的。所以，重啟後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。

1. #include <netinet/in.h>  
2. #include <sys/socket.h>  
3. #include <time.h>  
4. #include <stdio.h>  
5. #include <string.h>  
6. #define MAXLINE 100  
7.  
8. int main(int argc, char** argv)  
9. {  
10.    int listenfd,connfd;  
11.    struct sockaddr_in servaddr;  
12.    char buff[MAXLINE+1];  
13.    time_t ticks;  
14.    unsigned short port;  
15.    int flag=1,len=sizeof(int);  
16.  
17.    port=10013;  
18.  
19.    if( (listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)  
20.  
21.    {  
22.      perror("socket");  
23.      exit(1);  
24.    }  
25.  
26.    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));  
27.    servaddr.sin_family=AF_INET;  
28.    servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);  
29.    servaddr.sin_port=htons(port);  
30.  
31.    if( setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)  
32.   {  
33.       perror("setsockopt");  
34.       exit(1);  
35.    }  
36.  
37.    if( bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)  
38.    {  
39.       perror("bind");  
40.       exit(1);  
41.    }  
42.    else  
43.       printf("bind call OK!\n");  
44.        
45.    if( listen(listenfd,5) == -1)  
46.    {  
47.       perror("listen");  
48.       exit(1);  
49.    }  
50.  
51.    for(;;)  
52.    {  
53.       if( (connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)NULL,NULL)) == -1) 
54.       {  
55.           perror("accept");  
56.           exit(1);  
57.       }  
58.       if( fork() == 0)/*child process*/  
59.       {  
60.         close(listenfd);/*關閉監聽套接字，子進程不需要。*/  
61.          
62.         ticks=time(NULL);  
63.         snprintf(buff,100,"%.24s\r\n",ctime(&ticks));  
64.          
65.         write(connfd,buff,strlen(buff));  
66.         close(connfd);  
67.          
68.         sleep(1);  
69.          
70.         execlp("run",NULL);  
71.         perror("execlp");  
72.         exit(1);  
73.      }  
74.      close(connfd);  
75.      exit(0);/* end parent*/  
76.   }  
77. }  

1. gcc 123.c -o run 
2. sudo cp run /sbin 
3. sudo chmod 777 /sbin/run 

測試：編譯為run程序，放到一個自己PATH環境變量裡的某個路徑裡，例如$HOME/bin，運行run，然後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，並列印了bind call OK! 說明子進程被執行，並且成功綁定了埠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

ifconfig

可以得到本地地址為：

1. eth0 ： 192.168.43.171 
2. lo      : 127.0.0.1 

測試代碼

1. #include <netinet/in.h>  
2. #include <sys/socket.h>  
3. #include <time.h>  
4. #include <stdio.h>  
5. #include <string.h>  
6. #define MAXLINE 100  
7.  
8. int main(int argc, char** argv)  
9. {  
10.    int fd1,fd2;  
11.    struct sockaddr_in servaddr1,servaddr2;  
12.    char buff[MAXLINE+1];  
13.    time_t ticks;  
14.    unsigned short port;  
15.    int flag=1,len=sizeof(int);  
16.  
17.    port=10013;  
18.  
19.    if( (fd1=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)  
20.    {  
21.        perror("socket");  
22.        exit(1);  
23.    }  
24.  
25.    if( (fd2=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)  
26.    {  
27.        perror("socket");  
28.        exit(1);  
29.    }  
30.  
31.    bzero(&servaddr1,sizeof(servaddr1));  
32.    bzero(&servaddr2,sizeof(servaddr2));  
33.    servaddr1.sin_family=AF_INET;  
34.    servaddr2.sin_family=AF_INET;  
35.  
36.    if( inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr1.sin_addr) <= 0)  
37.  {  
38.   printf("inet_pton() call error:127.0.0.1\n");  
39.   exit(1);  
40.  }  
41.  
42.  if( inet_pton(AF_INET, "192.168.43.171", &servaddr2.sin_addr) <= 0)  
43.  {  
44.   printf("inet_pton() call error:128.160.1.230\n");  
45.   exit(1);  
46.  }  
47.  
48.  servaddr1.sin_port=htons(port);  
49.  servaddr2.sin_port=htons(port);  
50.   
51.  if( setsockopt(fd1, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)  
52.  {  
53.   perror("setsockopt");  
54.   exit(1);  
55.  }  
56.  
57.  if( setsockopt(fd2, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, len) == -1)  
58.  {  
59.   perror("setsockopt");  
60.   exit(1);  
61.  }  
62.  
63.  if( bind(fd1,(struct sockaddr*)&servaddr1,sizeof(servaddr1)) == -1) 
64.  {  
65.   perror("bind fd1");  
66.   exit(1);  
67.  }  
68.  
69.  if( bind(fd2,(struct sockaddr*)&servaddr2,sizeof(servaddr2)) == -1) 
70.  {  
71.   perror("bind fd2");  
72.   exit(1);  
73.  }  
74.  
75.  printf("bind fd1 and fd2 OK!\n");  
76.   
77.  /*put other process here*/  
78.  getchar();  
79.  exit(0);/* end */  
80. }  

執行結果

結果

由於第四種情況只用於UDP的多播，和TCP的使用沒多大關係，所以就不寫測試例子了。自己有興趣的可以寫。

本文轉載自微信公眾號「一口Linux」，可以通過以下二維碼關注。轉載本文請聯繫一口Linux公眾號。

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【責任編輯：

武曉燕

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