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socket 通信关于bind那点事

程序员文章站 2022-06-29 23:50:36
...

1、采用TCP通信时，客户端不需要bind()他自己的IP和端口号，而服务器必须要bind()自己本机的IP和端口号;
2、若采用UDP通信时（这里是有客户端和服务器之分才这么说的，若是指定特定端口的UDP对等通信则不一样了），客户端也可以不需要bind（）他自己的IP和端口号，而服务器需要bind自己IP地址和端口号；


原因：

1、
因为服务器是时时在监听有没有客户端的连接，如果服务器不绑定IP和端口的话,客户端上线的时候怎么连到服务器呢,所以服务器要绑定IP和端口，而客户端就不需要了,客户端上线是主动向服务器发出请求的,因为服务器已经绑定了IP和端口,所以客户端上线的就向这个IP和端口发出请求,这时因为客户开始发数据了(发上线请求),系统就给客户端分配一个随机端口,这个端口和客户端的IP会随着上线请求一起发给服务器,服务收到上线请求后就可以从中获起发此请求的客户的IP和端口,接下来服务器就可以利用获起的IP和端口给客户端回应消息了。

2、采用UDP通信
1）若有客户端和服务器之分的程序，创建sock后即可在该socket上用recvfrom/sendto方法发送接受数据了，因为客户端只需要用sendto发送数据到指定的地址，当然若是bind了，程序也没什么问题，区别就是系统用默认自动bind()指定你自己的socket参数地址(特别是在指定特定端口的UDP对等通信)只是这种情况没有这样用的。
那UDP服务器是怎么知道客户端的IP地址和UDP端口？
一般来说有两种方式：
一种是客户端发消息显式地告诉服务器IP地址和端口，消息内容就包括IP地址和UDP端口。
另外一种就是隐式的，服务器从收到的包的头部中得到包的源IP地址和端口。


2）若是没有客户端和服务器之分的程序，即自己指定特定端口的UDP对等通信，则客户端和服务器都需要bind（）IP地址和端口了。
通常udp服务端根本不需要知道客户端的socket，它直接建立一个socket用于发送即可，udp通信的关键只在于IP和端口。
多个客户端如果需要点到点分发，必须给服务端socket循环设置每个客户端的IP并发出，但更常用的是广播分发，服务端socket设定一个X.X.X.255的广播地址并始终向它发送，每个客户端建立的socket只需要绑定这个广播地址便可以收到。

 

 

 

客户端用不用bind 的区别

无连接的socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind函数来配置本地信息。使用bind函数时，通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。
  Bind()函数在成功被调用时返回0；出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的是，在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1到1024是保留端口号，你可以选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

 有连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息，无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候打开端口。（当然也有特殊情况，linux系统中rlogin命令应当调用bind函数绑定一个未用的保留端口号，还有当客户端需要用指定的网络设备接口和端口号进行通信等等）
总之：
1.需要在建连前就知道端口的话，需要 bind 
2.需要通过指定的端口来通讯的话，需要 bind
 

具体到上面那两个程序，本来用的是TCP，客户端就不用绑定端口了，绑定之后只能运行一个client 的程序，是属于自己程序中人为设定的障碍，而从服务器那边得到的客户机连接端口号（是系统自动分配的）与这边客户机绑定的端口号根本是不相关的，所以客户 绑定也就失去了意义。
注意：
一个端口可以用于多个连接（比如多个客户端连接服务器的同一端口）。但是在同一个操作系统上，即服务器和客户端都是本机上，多个客户端去连接服务器，只有第一个客户端的连接会被接收，第二个客户端的连接请求不会被接收。
 
 
首先，服务器和客户端都可以bind，bind并不是服务器的专利。
客户端进程bind端口： 由进程选择一个端口去连服务器，（如果默认情况下，调用bind函数时，内核指定的端口是同一个，那么运行多个调用了bind 的client 程序，会出现端口被占用的错误）注意这里的端口是客户端的端口。如果不分配就表示交给内核去选择一个可用端口。
客户端进程bind IP地址：相当于为发送出去的IP数据报分配了源IP地址，但交给进程分配IP地址的时候（就是这样写明了bind IP地址的时候）这个IP地址必须是主机的一个接口，不能分配一个不存在的IP。如果不分配就表示由内核根据所用的输出接口来选择源IP地址。

  一般情况下客户端是不用调用bind函数的，一切都交给内核搞定！

 服务端进程bind端口：基本是必须要做的事情，比如一个服务器启动时（比如freebsd），它会一个一个的捆绑众所周知的端口来提供服务，同样，如果bind了一个端口就表示我这个服务器会在这个端口提供一些“特殊服务”。
 服务端进程bind IP地址：目的是限制了服务端进程创建的socket只接受那些目的地为此IP地址的客户链接，一般一个服务器程序里都有
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 只是针对IP4，IP6代码不太一样
这样一句话，意思就是：我不指定客户端的IP，随便连，来者不拒！

总之只要你bind时候没有指定哪一项（置为0），内核会帮你选择。

 

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客户端调用bind 的作用及UDP客户端调用connect 的问题

在水木上看到一个关于在客户端调用bind的讨论，


如果不调用bind，则客户端在向外发包时，会由系统自己决定使用的接口的源端口，而调用bind则可以指定相应的参数。

另外有个哥们提到“果是udp，使用bind以后，可以不使用sendto/recvform函数，而直接用write/read函数了，少去了写一个参数。”，这应该是调用connect后的效果。

关于UDP中客户端调用connect的好处，还有一个作用是能够捕获错误。
由于UDP是无连接的，connect在调用时其实没有向外发包，只是在协议栈中记录了该状态，应该是生成了一个类似TCB的结构。之后如果发生网络异常，比如对端不可达，客户端在往对端写数据后，本机会收到一个ICMP回应，则回来的ICMP不可达的响应能够被协议栈处理，通知客户端进程；当客户端再次对该fd进行操作时，比如读数据时，read等调用会返回一个错误。而不调用connect时，对于返回的ICMP响应，协议栈不知道该传递给上层的哪个应用，所以客户端进程中捕获不到相应的错误。
在两种情况下，write或者sendto操作都是把数据放到协议栈的发送队列之后就返回成功，而相应的ICMP回应则要等数据到达对端后才能返回，所以通常这种情况叫做“异步错误”。

使用下列代码进行验证：
  1. 1.#include <sys/socket.h>
  3. 2.#include <unistd.h>
  5. 3.#include <string.h>
  7. 4.#include <stdio.h>
  9. 5.#include <arpa/inet.h>
  11. 6.#include <stdlib.h>
  13. 7.
  15. 8.#define MAXLINE 80
  17. 9.#define SERV_PORT 8888
  19. 10.
  21. 11.struct sockaddr_in servaddr;
  23. 12.
  25. 13.void do_cli(FILE *fp,int sockfd,struct sockaddr *pservaddr,socklen_t servlen)
  27. 14.{
  29. 15. int n;
  31. 16. char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE + 1];
  33. 17.
  35. 18. #ifdef UDP_CONNECT
  37. 19. /* connect to server */
  39. 20. if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)pservaddr,servlen) == -1)
  41. 21. {
  43. 22. perror("connect error");
  45. 23. exit(1);
  47. 24. }
  49. 25. #endif
  51. 26.
  53. 27. while(fgets(sendline,MAXLINE,fp) != NULL)
  55. 28. {
  57. 29. #ifdef UDP_CONNECT
  59. 30. /* read a line and send to server */
  61. 31. write(sockfd,sendline,strlen(sendline));
  63. 32. #else
  65. 33. sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
  67. 34. #endif
  69. 35.
  71. 36. printf("write over\n");
  73. 37. /* receive data from server */
  75. 38. n = read(sockfd,recvline,MAXLINE);
  77. 39. if(n == -1)
  79. 40. {
  81. 41.
  83. 42. perror("read error");
  85. 43. exit(1);
  87. 44. }
  89. 45. recvline[n] = 0; /* terminate string */
  91. 46. fputs(recvline,stdout);
  93. 47. }
  95. 48.}
  97. 49.
  99. 50.int main(int argc,char **argv)
  101. 51.{
  103. 52. int sockfd;
  105. 53.
  107. 54. /* check args */
  109. 55. if(argc != 2)
  111. 56. {
  113. 57. printf("usage: udpclient serverip\n");
  115. 58. exit(1);
  117. 59. }
  119. 60.
  121. 61. /* init servaddr */
  123. 62. bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  125. 63. servaddr.sin_family = AF_INET;
  127. 64. servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  129. 65. if(inet_pton(AF_INET,argv[1],&servaddr.sin_addr) <= 0)
  131. 66. {
  133. 67. printf("[%s] is not a valid IPaddress\n",argv[1]);
  135. 68. exit(1);
  137. 69. }
  139. 70. sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
  141. 71. do_cli(stdin,sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
  143. 72. return 0;
  145. 73.}


########################实验1，客户端进行connect######################
客户端执行：
[email protected]:~/code$ gcc -o udpclient_connect -DUDP_CONNECT udpclient.c
[email protected]:~/code$ ./udpclient_connect 192.168.0.1
abcd
write over
read error: Connection refused

在另一窗口抓包：
[email protected]:~$ sudo tcpdump -i eth0 port 8888 or icmp -v
tcpdump: listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes
21:49:40.300735 IP (tos 0x0, ttl 64, id 20973, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 33)
    localhost.42774 > localhost.8888: UDP, length 5
21:49:40.303965 IP (tos 0x0, ttl 64, id 22696, offset 0, flags [none], proto ICMP (1), length 56)
    localhost > localhost: ICMP localhost udp port 8888 unreachable, length 36
        IP (tos 0x0, ttl 64, id 20973, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 33)
    localhost.42774 > localhost.8888: UDP, length 5

可以看到，客户端发送数据之后，收到了ICMP不可达的回应，此时客户端进程的read()操作返回了错误，通过perror打印出来的错误信息为：Connection refused
##########################实验1 结束###################################

###########################实验2，客户端不进行connect###############
[email protected]:~/code$ gcc -o udpclient udpclient.c
[email protected]:~/code$ ./udpclient 192.168.0.1
abcd
write over

在另一窗口抓包：
[email protected]:~$ sudo tcpdump -i eth0 port 8888 or icmp -v
tcpdump: listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes
22:14:23.863178 IP (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 33)
    localhost.46642 > localhost.8888: UDP, length 5
22:14:23.864000 IP (tos 0x0, ttl 64, id 22730, offset 0, flags [none], proto ICMP (1), length 56)
    localhost > localhost: ICMP localhost udp port 8888 unreachable, length 36
        IP (tos 0x0, ttl 64, id 0, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 33)
    localhost.46642 > localhost.8888: UDP, length 5

尽管有ICMP回应返回，但客户端没有捕获到该错误，此时阻塞在了read调用上。
##############################实验2 结束############################

另外，调用connect之后，会发现应用程序只会对调用了connect的fd进行相应的操作，如果它同时监听在某fd上，则不会响应该监听fd上的数据。比如参考资料2中提到一个程序先用UDP监听在机器B的9000上，同时用udp connect到另一台机器A的8000端口，结果发现使用其他机器往机器B的9000端口发送数据时，它不会做出响应。



参考：
[3]www.cs.rpi.edu/~hollingd/netprog/notes/udp/udp.pdf

 

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