Linux 中的 socket() 系统调用

北极星科技
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Linux 中的 socket() 系统调用用于创建套接字，其定义为：

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

以下是各参数的详细解析：

1. 参数: domain

指定通信域（即协议族），定义了通信所使用的底层协议和地址格式。常见的 domain 值包括：

值描述
PF_INET/AF_INET使用 IPv4 网络协议进行通信，例如 TCP 和 UDP。
PF_INET6/AF_INET6使用 IPv6 网络协议。
PF_UNIX/AF_UNIXUNIX 域套接字，用于同一台主机上的进程间通信。
PF_CAN/AF_CAN控制器局域网（CAN），用于汽车网络通信或嵌入式系统通信。
PF_PACKET原始套接字（RAW socket），可直接处理底层数据包（OSI 第二层）。
PF_NETLINKNetlink 套接字，用于用户空间与内核空间通信（如获取网络配置或状态信息）。

PF_ 和 AF_ 是历史原因的两组宏，数值相同，通常可互换。

2. 参数: type

指定套接字的类型，定义了通信行为或模式。例如，是否提供可靠通信、是否分段传输等。常见的 type 值包括：

值描述
SOCK_STREAM面向连接的可靠字节流传输（TCP）。
SOCK_DGRAM面向无连接的数据报传输（UDP）。
SOCK_RAW直接处理网络层数据包（如 ICMP）。
SOCK_SEQPACKET类似 SOCK_STREAM，但对消息分段，保留分界（常见于本地通信如 AF_UNIX）。
SOCK_RDM可靠数据报消息（很少使用，Linux 未实现）。

2.1 SOCK_RAW 的特殊性

  • SOCK_RAW 允许用户直接操作数据报的首部，例如 IP 首部、传输层首部等。
  • 需要更高的权限（如 CAP_NET_RAW 或 root 权限）。
  • 常用于网络调试工具（如 ping、tcpdump）。

3. 参数: protocol

指定使用的具体协议（与 domain 和 type 配合）。如果设为 0，则使用与 domain 和 type 匹配的默认协议。具体值依赖于协议族：

3.1 常用协议 (针对 AF_INET 和 AF_INET6)

值协议描述
IPPROTO_TCPTCP面向连接的可靠协议。
IPPROTO_UDPUDP面向无连接的高速数据报传输协议。
IPPROTO_ICMPICMP网络控制协议，用于发送网络错误或诊断消息（如 ping）。
IPPROTO_RAWRAW Protocol提供访问网络层数据包的能力。

3.2 针对 PF_CAN 的协议号

常见协议号由 include/uapi/linux/can.h 中定义：

协议号宏定义描述
1CAN_RAW原始 CAN 协议，发送和接收 CAN 帧。
2CAN_BCM基于广播管理器（Broadcast Manager）的 CAN 协议，用于周期性或定时消息处理。
3CAN_TP16CAN 传输协议，16位寻址。
4CAN_TP20CAN 传输协议，20位寻址。

Note: 用户可以自行查看源码 (include/uapi/linux/can.h) 获取完整列表。

4. 调用示例

以下示例展示不同参数组合的用途：

4.1 创建一个 TCP 套接字（IPv4）

c
CopyEdit
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// 或等效于
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

4.2 创建一个原始套接字，用于发送 ICMP 数据包（如 ping 工具）

c
CopyEdit
int sock = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);

4.3 创建一个 UDP 套接字（IPv6）

c
CopyEdit
int sock = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

4.4 创建一个 CAN 原始套接字

c
CopyEdit
int sock = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);

4.5 创建一个 UNIX 域套接字用于本地通信

c
CopyEdit
int sock = socket(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0);

5. 参数之间的关系

  • domain 决定地址格式和协议族（如 AF_INET 对应 IPv4，AF_CAN 对应 CAN）。

  • type 决定通信特性（如流式或数据报）。

  • protocol 决定具体使用的协议，domain 和 type 会限制 protocol 的可选范围。例如：

    • AF_INET 与 SOCK_DGRAM 必须搭配 IPPROTO_UDP 或 0。
    • PF_CAN 必须搭配 CAN_RAW、CAN_BCM 等。
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