socket接口

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

参数说明​​

参数	说明
domain	协议族（地址族），如 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）
type	套接字类型，UDP 使用 SOCK_DGRAM（数据报）
protocol	通常设为 0（自动选择），或 IPPROTO_UDP

socket() 的前两个参数 domain（地址族）和 type（套接字类型）已经分别指定了​​网络层协议​​（如 IPv4/IPv6）和​​传输层协议​​（如 TCP/UDP），第三个参数是历史原因被留了下来，现在一般设为0

底层原理

socket系统调用会创建struct file，struct socket，struct sock等结构体，最终返回该套接字的文件描述符

struct sock 

传输层和网络层的底层实现

struct sock {struct sk_buff_head  sk_receive_queue; // 传输层接收缓冲区struct sk_buff_head  sk_write_queue;   // 传输层发送缓冲区struct proto       *sk_prot;           // 纯粹的传输层协议的操作集union {struct inet_sock  inet;            // IPv4的底层结构体struct ipv6_sock  ipv6;            // IPv6的底层结构体};// ...（定时器、拥塞控制、状态等）
};

struct socket

对struct sock进行封装，主要是封装出了用户级的系统调用操作集

struct socket {struct sock     *sk;       const struct proto_ops *ops; //协议相关的系统调用​​（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）

实现协议相关的系统调用​​（如 bind、connect、sendmsg）

3. struct proto（struct sock）

传输层协议的底层操作集

​​recvfrom 函数声明​

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

参数详解​​

​​参数​​	​​类型​​	​​说明​​
sockfd	int	接受数据的套接字文件描述符（由 socket() 创建）。
buf	void *	接收数据的缓冲区地址，用于存储接收到的数据。
len	size_t	缓冲区的最大长度（字节数），防止缓冲区溢出。
flags	int	控制接收行为的标志位（如 MSG_DONTWAIT、MSG_PEEK），通常设为 0。
src_addr	struct sockaddr *	接收发送方套接字地址结构体​​的缓冲区
addrlen	socklen_t *	传入缓冲区的大小，返回套接字地址结构体大小。

返回值​​

​​返回值​​	​​说明​​
> 0	成功接收到的字节数。
0	​​仅对 TCP 有效​​，表示连接已关闭（UDP 不会返回 0）。
-1 (失败)	出错，可通过 errno 获取错误码（如 EAGAIN 表示非阻塞模式下无数据）。

sendto函数

ssize_t sendto(int sockfd,                  // 套接字文件描述符const void *buf,            // 待发送数据的缓冲区size_t len,                 // 数据长度（字节数）int flags,                  // 发送方式控制标志（通常设为 0）const struct sockaddr *dest_addr,  // 目标地址结构体socklen_t addrlen           // 目标地址结构体长度
);

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​​参数解释​​

​​参数​​	​​类型​​	​​说明​​
sockfd	int	套接字文件描述符（由 socket() 创建）。
buf	const void *	待发送数据的缓冲区地址。
len	size_t	数据的长度（字节数）。
flags	int	控制发送行为的标志位（如 MSG_DONTWAIT、MSG_MORE），通常设为 0。
dest_addr	const struct sockaddr *	​​目标地址结构体​​（如 struct sockaddr_in）。
addrlen	socklen_t	dest_addr 结构体的实际长度（如 sizeof(struct sockaddr_in)）。

 返回值​​

​​返回值​​	​​说明​​
> 0	成功发送的字节数。
-1 (失败)	出错，可通过 errno 获取错误码（如 EAGAIN 表示非阻塞模式下无法立即发送）。

udp服务器逻辑

1.利用socket函数创建套接字，传参地址族和套接字类型，第三个参数是历史遗留不用管，比如socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)，说明套接字网络层是ipv4，传输层是tcp，其底层就是创建struct file还有对应的struct socket和struct sock，然后返回套接字描述符

2.接下来要将套接字绑定端口，创建ipv4对应的套接字地址结构体struct sockaddr_in，然后填写地址族AF_INET,再填写端口号和ip地址，一般端口号是靠命令行参数来给出，IP地址则是INADDR_ANY，该套接字绑定的ip是任意的，也就是通过任何一个网卡接收都可以。

3.然后服务器死循环调用recvfrom，recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);，没有数据则在套接字接收缓冲区等待队列上阻塞等待

udp客户端逻辑

1.命令行参数指明服务器端主机的任意一个网卡的ip地址，然后再指明端口，创建套接字socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

2.用命令行参数准备好服务器通信套接字的地址结构体struct sockaddr_in，然后sendto发消息

udp发送消息过程分析

udp是没有发送缓冲区的，只有接收缓冲区，客户端调用sendto，会自动给套接字绑定端口，然后直接开始封装udp报文，然后交给IP层（其实就是调用ip协议的接口），传的参数就是udp报文和目标ip地址，ip层查路由表确定下一跳ip和发送网卡接口，封装IP报头，交给数据链路层处理（本质是调用以太网协议接口），传参IP报文和下一跳ip和发送网卡接口，网卡驱动会先查arp缓存，得到下一跳ip的mac地址，然后给报文加上mac头和crc校验，写进发送网卡对应的发送缓冲区，写网卡的TDT寄存器通知，然后网卡会DMA将数据读出，HVY转换信号，接口发送出去，咱们假设客户端是内网的一个主机，服务器部署在外网主机上，那这个下一跳很明显是路由器，路由器的网卡接口收到信号后，HVY信号转换，DMA写进网卡的接收缓冲区，触发硬件中断，cpu陷入内核，执行中断向量表中的中断方法，网卡驱动将数据读出，检查mac地址，然后看帧类型是IP帧，于是进行crc校验，没有问题就去掉mac头和crc校验，交给ip层，然后IP头的TTL减一，更改源ip为路由器的WAN口ip，并根据ip头中的首部长度，总长度，上层协议类型这些字段将udp头中的源port也改了（路由器除了维护路由表，还会维护地址转换表来辅助NAT，地址转换表里的对应关系是{源ip，源port，目的ip，目的port}和{改过的源ip，改过的源port，目的ip，目的端口}），改完后去查路由表确定下一跳ip和发送网卡，然后和之前一样发出去，这次发到公网了，服务器收到后不断解包到传输层（此时的底层应该是调用了udp协议的接口，将udp报文传过去），然后udp层会根据udp头里的端口拼出三元组{协议，目的ip，目的端口}，然后根据OS维护的hash表找到对应udp套接字，将udp报文整个写进该套接字的接收缓冲区，然后唤醒接收缓冲区等待队列上的进程，recvfrom系统调用从接收缓冲区中读出一个完整的udp报文，然后去掉报头，将有效载荷写进recvfrom函数参数传来的的应用层缓冲区里，并填充参数传来的套接字地址和其大小