奇怪的 Linux 套接字协议行为

Question

在使用socket() 时，我对 Linux 上协议定义之间的差异感到有些困惑。我正在尝试使用socket(PF_INET, SOCK_STREAM, proto) 监听 TCP 上的连接，其中proto （在我看来）是有争议的，或者至少看起来很奇怪。

来自<netinet/in.h>：

...
IPPROTO_IP = 0,    /* Dummy protocol for TCP.  */
...
IPPROTO_TCP = 6,       /* Transmission Control Protocol.  */
...

同意/etc/protocols:

ip      0       IP              # internet protocol, pseudo protocol number
hopopt  0       HOPOPT          # hop-by-hop options for ipv6
...
tcp     6       TCP             # transmission control protocol
...

我从在线教程中了解到，也从手册页 tcp(7) 中了解到您使用初始化 TCP 套接字

tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

它工作得很好，当然是一个TCP套接字。使用上述参数初始化套接字的一件事是代码

struct timeval timeout = {1, 0};
setsockopt(tcp_socket, 0, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout); // 1s timeout
// Exactly the same for SO_SNDTIMEO here

工作得很好，但是不是在用IPPROTO_TCP替换所有协议参数（包括在socket()中）之后，而不是他们拥有的IPPROTO_IP，如上所述。

所以在尝试了不同之处之后，我需要问一些搜索问题：

1. 为什么，当我将所有协议参数替换为 IPPROTO_TCP 时，在设置超时时会出现错误 92（“协议不可用”），而协议 0 显然只是一个“虚拟”TCP？
2. 为什么socket() 需要知道它应该是流、数据报还是原始套接字的信息，而该信息（总是？）从协议中隐式知道，反之亦然？ （即 TCP 是流协议，UDP 是数据报协议，...）
3. “虚拟 TCP”是什么意思？
4. 什么是hopopt，为什么它的协议号和“ip”一样？

非常感谢。

Answer 1

将 0 作为协议提供给 socket 仅意味着您要使用家庭/socktype 对的默认协议。在这种情况下是 TCP，因此您会得到与 IPPROTO_TCP 相同的结果。

您的错误出现在 setsockopt 调用中。正确的应该是

setsockopt(tcp_socket, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)); // 1s timeout

这里的 0 不是协议，而是选项级别。 IPPROTO_TCP 是另一个选项级别，但您不能将其与 SO_RCVTIMEO 结合使用。只能与SOL_SOCKET 一起使用。 您与IPPROTO_TCP 一起使用的是 tcp(7) 中列出的那些，例如TCP_NODELAY.

Answer 2

socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 应该可以正常工作。

将 0 作为协议传递只是意味着，给我默认值。在处理 IP 时，每个系统上的流套接字是 TCP，数据报套接字是 UDP。但是 socket() 可以用于许多其他事情，除非为您提供 TCP 或 UDP 套接字。

socket() 在本质上是相当通用的。 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 只是读作； “给我一个 IP 协议系列中的流式套接字”。传递 0 意味着您对哪种协议没有偏好 - 尽管 TCP 是任何系统的明显选择。但从理论上讲，它本可以给你例如一个 SCTP 套接字。

您想要数据报还是流式套接字对于协议来说不是隐含的。除了基于 IP 的协议之外，还有更多的协议，其中许多可用于数据报或流模式，例如 SS7 网络中使用的 SCCP。

对于基于 IP 的协议，SCTP 可以以基于数据报或流的方式使用。因此 socket(AF_INET,IPPROTO_SCTP);会模棱两可。对于数据报套接字，还有其他选择，UDP、DCCP、UDPlite。

socket(AF_INET,SOCK_SEQPACKET,0);是另一个有趣的选择。它不能返回 TCP 套接字，TCP 不是基于数据包的。它不能返回和 UDP 套接字，UDP 不保证顺序传递。但如果系统支持，SCTP 套接字也可以。

我无法解释为什么有人在 linux netinet/in.h 中发表评论“dummy TCP”

hopopt 是 IPv6 HOP by hop 选项。在 IPv6 中，协议鉴别器字段也用作扩展机制。在 IPv4 数据包中有一个协议字段，它是协议鉴别符，如果该 IPv4 数据报携带 TCP，它将被设置为 IPPROTO_TCP。如果该 IPv4 数据包还带有一些附加信息（选项），则它们由其他机制编码。

IPv6 以不同的方式执行此操作，如果有扩展（选项），则该扩展在协议字段中编码。因此，如果 IPv6 数据包需要逐跳选项，则 IPPROTO_HOPOPTS 放在协议字段中。实际的逐跳选项也有一个协议鉴别器，它表明下一个协议是什么 - 可能是 IPPROTO_TCP 或另一个选项。