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NAME (名 称 )

ip - Linux IPv4 协 议 实 现

SYNOPSIS(总 览 )

#include <sys/socket.h>
#include <net/netinet.h>

tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
raw_socket = socket(PF_INET, SOCK_RAW, protocol);
udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, protocol);

DESCRIPTION(描 述 )

Linux 实 现 描 述 于 RFC791 和 RFC1122 中 的 Internet 协 议 ,版 本 4. ip 包 括 遵 循 RFC1112 的 第 二 层 的 多 信 道 广 播 技 术 的 实 现 .它 也 包 括 含 包 过 滤 器 的 IP路 由 器 . 程 序 员 的 接 口 与 BSD 的 套 接 字 (socket)兼 容 ． 要 获 得 关 于 套 接 字 的 更 多 信 息 ,参 见 socket(7) 创 建 一 个 IP套 接 字 是 通 过 以 socket(PF_INET, socket_type, protocol) 方 式 调 用 socket(2) 函 数 来 实 现 的 ． 有 效 的 套 接 字 类 型 （ socket_type） 有 ： SOCK_STREAM 用 来 打 开 一 个 tcp(7) 套 接 字 ， SOCK_DGRAM 用 来 打 开 一 个 udp(7) 套 接 字 ， 或 者 是 SOCK_RAW 用 来 打 开 一 个 raw(7) 套 接 字 用 来 直 接 访 问 IP 协 议 ． protocol 指 的 是 要 接 收 或 者 发 送 出 去 的 包 含 在 IP 头 标 识 (header)中 的 IP 协 议 ． 对 于 TCP套 接 字 而 言 ,唯 一 的 有 效 protocol 值 是 0 和 IPPROTO_TCP 对 于 UDP套 接 字 而 言 ,唯 一 的 有 效 protocol 值 是 0 和 IPPROTO_UDP. 而 对 于 SOCK_RAW 你 可 以 指 定 一 个 在 RFC1700 中 定 义 的 有 效 IANA IP 协 议 代 码 来 赋 值 . 当 一 个 进 程 希 望 接 受 新 的 来 访 包 或 者 连 接 时 ,它 应 该 使 用 bind(2) 绑 定 一 个 套 接 字 到 一 个 本 地 接 口 地 址 ． 任 意 给 定 的 本 地 (地 址 ,端 口 )对 只 能 绑 定 一 个 IP套 接 字 ． 当 调 用 bind 时 中 声 明 了 INADDR_ANY 时 ,套 接 字 将 会 绑 定 到 所 有 本 地 接 口 ． 当 在 未 绑 定 的 套 接 字 上 调 用 listen(2) 或 者 connect(2) 时 ,套 接 字 会 自 动 绑 定 到 一 个 本 地 地 址 设 置 为 INADDR_ANY 的 随 机 的 空 闲 端 口 上 ． 除 非 你 设 置 了 S0_REUSEADDR 标 识 ， 否 则 一 个 已 绑 定 的 TCP 本 地 套 接 字 地 址 在 关 闭 后 的 一 段 时 间 内 不 可 用 ． 使 用 该 标 识 的 时 候 要 小 心 ， 因 为 它 会 使 TCP 变 得 不 可 靠 ．

ADDRESS FORMAT(地 址 格 式 )

一 个 IP 套 接 字 地 址 定 义 为 一 个 IP 接 口 地 址 和 一 个 端 口 号 的 组 合 ． 基 本 IP 协 议 不 会 提 供 端 口 号 ,它 们 通 过 更 高 层 次 的 协 议 如 udp(7) 和 tcp(7) 来 实 现 ． 对 于 raw套 接 字 ， sin_port 设 置 为 IP协 议 ．

struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* 地 址 族 : AF_INET */
u_int16_t sin_port; /* 按 网 络 字 节 次 序 的 端 口 */
struct in_addr sin_addr; /* internet地 址 */ };

/* Internet地 址 . */
struct in_addr {
u_int32_t s_addr; /* 按 网 络 字 节 次 序 的 地 址 */ };

sin_family 总 是 设 置 为 AF_INET. 这 是 必 需 的 ； 在 Linux 2.2 中 ， 如 果 该 设 置 缺 失 ， 大 多 数 联 网 函 数 会 返 回 EINVAL sin_port 包 含 按 网 络 字 节 排 序 的 端 口 号 ． 端 口 号 在 1024以 下 的 称 为 保 留 端 口 ． 只 有 那 些 有 效 用 户 标 识 为 0 或 者 CAP_NET_BIND_SERVICE 有 功 能 的 进 程 才 可 以 bind(2) 到 这 些 套 接 字 ． 注 意 原 始 的 （ raw） IPv4协 议 没 有 这 样 的 端 口 概 念 ,它 们 只 通 过 更 高 的 协 议 如 tcp(7) 和 udp(7) 来 实 现 ．

sin_addr 指 的 是 IP 主 机 地 址 . 在 struct in_addr 中 的 addr 部 分 包 含 按 网 络 字 节 序 的 主 机 接 口 地 址 ． in_addr 应 该 只 能 通 过 使 用 inet_aton(3), inet_addr(3), inet_makeaddr(3) 库 函 数 或 者 直 接 通 过 名 字 解 析 器 （ 参 见 gethostbyname(3)） 来 访 问 ． IPv4 地 址 分 成 单 点 广 播 ， 广 播 传 送 和 多 点 广 播 地 址 ． 单 点 广 播 地 址 指 定 了 一 台 主 机 的 单 一 接 口 ， 广 播 地 址 指 定 了 在 一 个 网 段 上 的 所 有 主 机 ， 而 多 点 广 播 地 址 则 在 一 个 多 点 传 送 组 中 寻 址 所 有 主 机 . 只 有 当 设 置 了 套 接 字 标 识 SO_BROADCAST 时 ， 才 能 收 发 数 据 报 到 广 播 地 址 ． 在 当 前 的 实 现 中 ， 面 向 连 接 的 套 接 字 只 允 许 使 用 单 点 传 送 地 址 ． 注 意 地 址 和 端 口 总 是 按 照 网 络 字 节 序 存 储 的 ． 这 意 味 着 你 需 要 对 分 配 给 端 口 的 号 码 调 用 htons(3)． 所 有 在 标 准 库 中 的 地 址 /端 口 处 理 函 数 都 是 按 网 络 字 节 序 运 行 的 ． 有 几 个 特 殊 的 地 址 ： INADDR_LOOPBACK (127.0.0.1) 总 是 代 表 经 由 回 环 设 备 的 本 地 主 机 ； INADDR_ANY (0.0.0.0) 表 示 任 何 可 绑 定 的 地 址 ； INADDR_BROADCAST (255.255.255.255) 表 示 任 何 主 机 ， 由 于 历 史 的 原 因 ， 这 与 绑 定 为 INADDR_ANY 有 同 样 的 效 果 .

SOCKET OPTIONS(套 接 字 选 项 )

IP 支 持 一 些 与 协 议 相 关 的 套 接 字 选 项 ， 这 些 选 项 可 以 通 过 setsockopt(2) 设 置 ， 并 可 以 通 过 getsockopt(2) 读 取 ． IP 的 套 接 字 选 项 级 别 为 SOL_IP 这 是 一 个 布 尔 整 型 标 识 ,当 值 为 0时 为 假 ,否 则 则 为 真 .
IP_OPTIONS 设 置 或 者 获 取 将 由 该 套 接 字 发 送 的 每 个 包 的 IP 选 项 ． 该 参 数 是 一 个 指 向 包 含 选 项 和 选 项 长 度 的 存 储 缓 冲 区 的 指 针 ． setsockopt(2) 系 统 调 用 设 置 与 一 个 套 接 字 相 关 联 的 IP 选 项 . IPv4 的 最 大 选 项 长 度 为 40 字 节 ． 参 阅 RFC791 获 取 可 用 的 选 项 ． 如 果 一 个 SOCK_STREAM 套 接 字 收 到 的 初 始 连 接 请 求 包 包 含 IP 选 项 时 ， IP 选 项 自 动 设 置 为 来 自 初 始 包 的 选 项 ， 同 时 反 转 路 由 头 ． 在 连 接 建 立 以 后 将 不 允 许 来 访 的 包 修 改 选 项 ． 缺 省 情 况 下 是 关 闭 对 所 有 来 访 包 的 源 路 由 选 项 的 ， 你 可 以 用 accept_source_route sysctl 来 激 活 ． 仍 然 处 理 其 它 选 项 如 时 间 戳 （ timestamp） ． 对 于 数 据 报 套 接 字 而 言 ， IP 选 项 只 能 由 本 地 用 户 设 置 ． 调 用 带 IP_OPTIONS 的 getsockopt(2) 会 把 当 前 用 于 发 送 的 IP 选 项 放 到 你 提 供 的 缓 冲 区 中 ．
IP_PKTINFO 传 递 一 条 包 含 pktinfo 结 构 (该 结 构 提 供 一 些 来 访 包 的 相 关 信 息 )的 IP_PKTINFO 辅 助 信 息 . 这 个 选 项 只 对 数 据 报 类 的 套 接 字 有 效 ．

struct in_pktinfo
{
unsigned int ipi_ifindex; /* 接 口 索 引 */
struct in_addr ipi_spec_dst; /* 路 由 目 的 地 址 */
struct in_addr ipi_addr; /* 头 标 识 目 的 地 址 */ };

ipi_ifindex 指 的 是 接 收 包 的 接 口 的 唯 一 索 引 ． ipi_spec_dst 指 的 是 路 由 表 记 录 中 的 目 的 地 址 ， 而 ipi_addr 指 的 是 包 头 中 的 目 的 地 址 ． 如 果 给 sendmsg (2)传 递 了 IP_PKTINFO， 那 么 外 发 的 包 会 通 过 在 ipi_ifindex 中 指 定 的 接 口 发 送 出 去 ， 同 时 把 ipi_spec_dst 设 置 为 目 的 地 址 ．

IP_RECVTOS 如 果 打 开 了 这 个 选 项 ， 则 IP_TOS , 辅 助 信 息 会 与 来 访 包 一 起 传 递 ． 它 包 含 一 个 字 节 用 来 指 定 包 头 中 的 服 务 /优 先 级 字 段 的 类 型 ． 该 字 节 为 一 个 布 尔 整 型 标 识 ．
IP_RECVTTL 当 设 置 了 该 标 识 时 ， 传 送 一 条 带 有 用 一 个 字 节 表 示 的 接 收 包 生 存 时 间 （ time to live） 字 段 的 IP_RECVTTL 控 制 信 息 ． 此 选 项 还 不 支 持 SOCK_STREAM 套 接 字 ．
IP_RECVOPTS 用 一 条 IP_OPTIONS 控 制 信 息 传 递 所 有 来 访 的 IP 选 项 给 用 户 ． 路 由 头 标 识 和 其 它 选 项 已 经 为 本 地 主 机 填 好 ． 此 选 项 还 不 支 持 SOCK_STREAM 套 接 字 ．
IP_RETOPTS 等 同 于 IP_RECVOPTS 但 是 返 回 的 是 带 有 时 间 戳 的 未 处 理 的 原 始 选 项 和 在 这 段 路 由 中 未 填 入 的 路 由 记 录 项 目 ．

类 型 ） 字 段 ． 它 被 用 来 在 网 络 上 区 分 包 的 优 先 级 ． TOS 是 单 字 节 的 字 段 ． 定 义 了 一 些 的 标 准 TOS 标 识 ： IPTOS_LOWDELAY 用 来 为 交 互 式 通 信 最 小 化 延 迟 时 间 ， IPTOS_THROUGHPUT 用 来 优 化 吞 吐 量 ， IPTOS_RELIABILITY 用 来 作 可 靠 性 优 化 ， IPTOS_MINCOST 应 该 被 用 作 "填 充 数 据 "， 对 于 这 些 数 据 ， 低 速 传 输 是 无 关 紧 要 的 ． 至 多 只 能 声 明 这 些 TOS 值 中 的 一 个 ． 其 它 的 都 是 无 效 的 ， 应 当 被 清 除 ． 缺 省 时 ,Linux首 先 发 送 IPTOS_LOWDELAY 数 据 报 , 但 是 确 切 的 做 法 要 看 配 置 的 排 队 规 则 而 定 . 一 些 高 优 先 级 的 层 次 可 能 会 要 求 一 个 有 效 的 用 户 标 识 0 或 者 CAP_NET_ADMIN 能 力 . 优 先 级 也 可 以 以 于 协 议 无 关 的 方 式 通 过 ( SOL_SOCKET, SO_PRIORITY )套 接 字 选 项 (参 看 socket(7) )来 设 置 .

IP_HDRINCL 如 果 打 开 的 话 , 那 么 用 户 可 在 用 户 数 据 前 面 提 供 一 个 ip 头 . 这 只 对 SOCK_RAW 有 效 .参 看 raw(7) 以 获 得 更 多 信 息 .当 激 活 了 该 标 识 之 后 ,其 值 由 IP_OPTIONS 设 定 ,并 且 IP_TOS 被 忽 略 .
IP_RECVERR 允 许 传 递 扩 展 的 可 靠 的 错 误 信 息 . 如 果 在 数 据 报 上 激 活 了 该 标 识 , 那 么 所 有 产 生 的 错 误 会 在 每 套 接 字 一 个 的 错 误 队 列 中 排 队 等 待 . 当 用 户 从 套 接 字 操 作 中 收 到 错 误 时 ,就 可 以 通 过 调 用 设 置 了 MSG_ERRQUEUE 标 识 的 recvmsg(2) 来 接 收 . 描 述 错 误 的 sock_extended_err 结 构 将 通 过 一 条 类 型 为 IP_RECVERR , 级 别 为 SOL_IP的 辅 助 信 息 进 行 传 递 . 这 个 选 项 对 在 未 连 接 的 套 接 字 上 可 靠 地 处 理 错 误 很 有 用 . 错 误 队 列 的 已 收 到 的 数 据 部 分 包 含 错 误 包 .

IP 按 照 下 面 的 方 法 使 用 sock_extended_err 结 构 ： ICMP 包 接 收 的 错 误 ee_origin 设 为 SO_EE_ORIGIN_ICMP , 对 于 本 地 产 生 的 错 误 则 设 为 SO_EE_ORIGIN_LOCAL . ee_type 和 ee_code 设 置 为 ICMP 头 标 识 的 类 型 和 代 码 字 段 . ee_info 包 含 用 于 EMSGSIZE 时 找 到 的 MTU. ee_data 目 前 没 有 使 用 . 当 错 误 来 自 于 网 络 时 ,该 套 接 字 上 所 有 IP选 项 都 被 激 活 (IP_OPTIONS, IP_TTL, 等 ． )并 且 当 做 控 制 信 息 包 含 错 误 包 中 传 递 .引 发 错 误 的 包 的 有 效 载 荷 会 以 正 常 数 据 返 回 . 在 SOCK_STREAM 套 接 字 上 ， IP_RECVERR 会 有 细 微 的 语 义 不 同 .它 并 不 保 存 下 次 超 时 的 错 误 ,而 是 立 即 传 递 所 有 进 来 的 错 误 给 用 户 . 这 对 TCP 连 接 时 间 很 短 的 情 况 很 有 用 ,因 为 它 要 求 快 速 的 错 误 处 理 . 使 用 该 选 项 要 小 心 :因 为 不 允 许 从 路 由 转 移 和 其 它 正 常 条 件 下 正 确 地 进 行 恢 复 ,它 使 得 TCP变 得 不 可 靠 ,并 且 破 坏 协 议 的 规 范 . 注 意 TCP没 有 错 误 队 列 ; MSG_ERRQUEUE 对 于 SOCK_STREAM 套 接 字 是 非 法 的 . 因 此 所 有 错 误 都 会 由 套 接 字 函 数 返 回 ,或 者 只 返 回 SO_ERROR . 对 于 原 始 (raw)套 接 字 而 言 , IP_RECVERR 允 许 传 递 所 有 接 收 到 的 ICMP错 误 给 应 用 程 序 ,否 则 错 误 只 在 连 接 的 套 接 字 上 报 告 出 来 . 它 设 置 或 者 检 索 一 个 整 型 布 尔 标 识 . IP_RECVERR 缺 省 设 置 为 off(关 闭 ).

IP_PMTU_DISCOVER 为 套 接 字 设 置 或 接 收 Path MTU Discovery setting(路 径 MTU发 现 设 置 ). 当 允 许 时 ,Linux会 在 该 套 接 字 上 执 行 定 义 于 RFC1191中 的 Path MTU Discovery(路 径 MTU发 现 ). don’t 段 标 识 会 设 置 在 所 有 外 发 的 数 据 报 上 . 系 统 级 别 的 缺 省 值 是 这 样 的 ： SOCK_STREAM 套 接 字 由 ip_no_pmtu_disc sysctl 控 制 ， 而 对 其 它 所 有 的 套 接 字 都 被 都 屏 蔽 掉 了 ， 对 于 非 SOCK_STREAM 套 接 字 而 言 , 用 户 有 责 任 按 照 MTU的 大 小 对 数 据 分 块 并 在 必 要 的 情 况 下 进 行 中 继 重 发 .如 果 设 置 了 该 标 识 (用 EMSGSIZE ),内 核 会 拒 绝 比 已 知 路 径 MTU更 大 的 包 .

当 允 许 PMTU （ 路 径 MTU） 搜 索 时 , 内 核 会 自 动 记 录 每 个 目 的 主 机 的 path MTU(路 径 MTU).当 它 使 用 connect(2) 连 接 到 一 个 指 定 的 对 端 机 器 时 ,可 以 方 便 地 使 用 IP_MTU 套 接 字 选 项 检 索 当 前 已 知 的 path MTU(路 径 MTU)(比 如 ， 在 发 生 了 一 个 EMSGSIZE 错 误 后 ).它 可 能 随 着 时 间 的 推 移 而 改 变 . 对 于 带 有 许 多 目 的 端 的 非 连 接 的 套 接 字 ,一 个 特 定 目 的 端 的 新 到 来 的 MTU 也 可 以 使 用 错 误 队 列 (参 看 IP_RECVERR) 来 存 取 访 问 . 新 的 错 误 会 为 每 次 到 来 的 MTU 的 更 新 排 队 等 待 . 当 进 行 MTU 搜 索 时 ,来 自 数 据 报 套 接 字 的 初 始 包 可 能 会 被 丢 弃 . 使 用 UDP 的 应 用 程 序 应 该 知 道 这 个 并 且 考 虑 其 包 的 中 继 传 送 策 略 . 为 了 在 未 连 接 的 套 接 字 上 引 导 路 径 MTU 发 现 进 程 , 我 们 可 以 用 一 个 大 的 数 据 报 (头 尺 寸 超 过 64K字 节 )启 动 , 并 令 其 通 过 更 新 路 径 MTU 逐 步 收 缩 . 为 了 获 得 路 径 MTU连 接 的 初 始 估 计 ,可 通 过 使 用 connect(2) 把 一 个 数 据 报 套 接 字 连 接 到 目 的 地 址 ,并 通 过 调 用 带 IP_MTU选 项 的 getsockopt(2) 检 索 该 MTU.