Socket数据结构网络协议CC++
用户使用socket系统调用编写应用程序时，通过一个数字来表示一个socket，所有的操作都在该数字上进行，这个数字称为套接字描述符。在系统调用 的实现函数里，这个数字就会被映射成一个表示socket的结构体，该结构体保存了该socket的所有属性和数据。在内核的协议中实现中，关于表示 socket的结构体，是一个比较复杂的东西，下面一一介绍。
struct socket。
这是一个基本的BSD socket，我们调用socket系统调用创建的各种不同类型的socket，开始创建的都是它，到后面，各种不同类型的socket在它的基础上进行 各种扩展。struct socket是在虚拟文件系统上被创建出来的，可以把它看成一个文件，是可以被安全地扩展的。下面是其完整定义：
C代码 
- struct socket {
- socket_state state;
- unsigned long flags;
- const struct proto_ops *ops;
- struct fasync_struct *fasync_list;
- struct file *file;
- struct sock *sk;
- wait_queue_head_t wait;
- short type;
- };
state用于表示socket所处的状态，是一个枚举变量，其类型定义如下：
C代码
- typedef enum {
- SS_FREE = 0, //该socket还未分配
- SS_UNCONNECTED, //未连向任何socket
- SS_CONNECTING, //正在连接过程中
- SS_CONNECTED, //已连向一个socket
- SS_DISCONNECTING //正在断开连接的过程中
- }socket_state;
该成员只对TCP socket有用，因为只有tcp是面向连接的协议，udp跟raw不需要维护socket状态。
flags是一组标志位，在内核中并没有发现被使用。
ops是协议相关的一组操作集，结构体struct proto_ops的定义如下：
C代码
- struct proto_ops {
- int family;
- struct module *owner;
- int (*release)(struct socket *sock);
- int (*bind)(struct socket *sock, struct sockaddr *myaddr, int sockaddr_len);
- int (*connect)(struct socket *sock, struct sockaddr *vaddr, int sockaddr_len, int flags);
- int (*socketpair)(struct socket *sock1, struct socket *sock2);
- int (*accept)(struct socket *sock,struct socket *newsock, int flags);
- int (*getname)(struct socket *sock, struct sockaddr *addr,int *sockaddr_len, int peer);
- unsigned int (*poll)(struct file *file, struct socket *sock,
- struct poll_table_struct *wait);
- int (*ioctl)(struct socket *sock, unsigned int cmd, unsigned long arg);
- int (*listen)(struct socket *sock, int len);
- int (*shutdown)(struct socket *sock, int flags);
- int (*setsockopt)(struct socket *sock, int level,
- int optname, char __user *optval, int optlen);
- int (*getsockopt)(struct socket *sock, int level,
- int optname, char __user *optval, int __user *optlen);
- int (*sendmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
- struct msghdr *m, size_t total_len);
- int (*recvmsg)(struct kiocb *iocb, struct socket *sock,
- struct msghdr *m, size_t total_len, int flags);
- int (*mmap)(struct file *file, struct socket *sock,struct vm_area_struct * vma);
- ssize_t (*sendpage)(struct socket *sock, struct page *page,
- int offset, size_t size, int flags);
- };
协议栈中总共定义了三个strcut proto_ops类型的变量，分别是myinet_stream_ops, myinet_dgram_ops, myinet_sockraw_ops，对应流协议, 数据报和原始套接口协议的操作函数集。
type是socket的类型，对应的取值如下：
C代码
- enum sock_type {
- SOCK_DGRAM = 1,
- SOCK_STREAM = 2,
- SOCK_RAW = 3,
- SOCK_RDM = 4,
- SOCK_SEQPACKET = 5,
- SOCK_DCCP = 6,
- SOCK_PACKET = 10,
- };
sk是网络层对于socket的表示，结构体struct sock比较庞大，这里不详细列出，只介绍一些重要的成员，
sk_prot和sk_prot_creator，这两个成员指向特定的协议处理函数集，其类型是结构体struct proto，该结构体也是跟struct proto_ops相似的一组协议操作函数集。这两者之间的概念似乎有些混淆，可以这么理解，struct proto_ops的成员操作struct socket层次上的数据，处理完了，再由它们调用成员sk->sk_prot的函数，操作struct sock层次上的数据。即它们之间存在着层次上的差异。struct proto类型的变量在协议栈中总共也有三个，分别是mytcp_prot，myudp_prot，myraw_prot，对应TCP, UDP和RAW协议。
sk_state表示socket当前的连接状态，是一个比struct socket的state更为精细的状态，其可能的取值如下：
C代码
- enum {
- TCP_ESTABLISHED = 1,
- TCP_SYN_SENT,
- TCP_SYN_RECV,
- TCP_FIN_WAIT1,
- TCP_FIN_WAIT2,
- TCP_TIME_WAIT,
- TCP_CLOSE,
- TCP_CLOSE_WAIT,
- TCP_LAST_ACK,
- TCP_LISTEN,
- TCP_CLOSING，
- TCP_MAX_STATES
- ;
这些取值从名字上看，似乎只使用于TCP协议，但事实上，UDP和RAW也借用了其中一些值，在一个socket创建之初，其取值都是 TCP_CLOSE，一个UDP socket connect完成后，将这个值改为TCP_ESTABLISHED，最后，关闭sockt前置回TCP_CLOSE，RAW也一样。
sk_rcvbuf和sk_sndbuf分别表示接收和发送缓冲区的大小。sk_receive_queue和sk_write_queue分别为接收缓 冲队列和发送缓冲队列，队列里排列的是套接字缓冲区struct sk_buff，队列中的struct sk_buff的字节数总和不能超过缓冲区大小的设定。
接着上一篇，继续介绍struct sock。
sk_rmem_alloc, sk_wmem_alloc和sk_omem_alloc分别表示接收缓冲队列，发送缓冲队列及其它缓冲队列中已经分配的字节数，用于跟踪缓冲区的使用情况。
struct sock有一个struct sock_common成员，因为struct inet_timewait_sock也要用到它，所以把它单独归到一个结构体中，其定义如下：
C代码
- struct sock_common {
- unsigned short skc_family;
- volatile unsigned char skc_state;
- unsigned char skc_reuse;
- int skc_bound_dev_if;
- struct hlist_node skc_node;
- struct hlist_node skc_bind_node;
- atomic_t skc_refcnt;
- unsigned int skc_hash;
- struct proto *skc_prot;
- };
struct inet_sock。
这是INET域专用的一个socket表示，它是在struct sock的基础上进行的扩展，在基本socket的属性已具备的基础上，struct inet_sock提供了INET域专有的一些属性，比如TTL，组播列表，IP地址，端口等，下面是其完整定义：
C代码
- struct inet_sock {
- struct sock sk;
- #if defined(CONFIG_IPV6) || defined(CONFIG_IPV6_MODULE)
- struct ipv6_pinfo *pinet6;
- #endif
- __u32 daddr; //IPv4的目的地址。
- __u32 rcv_saddr; //IPv4的本地接收地址。
- __u16 dport; //目的端口。
- __u16 num; //本地端口（主机字节序）。
- __u32 saddr; //发送地址。
- __s16 uc_ttl; //单播的ttl。
- __u16 cmsg_flags;
- struct ip_options *opt;
- __u16 sport; //源端口。
- __u16 id; //单调递增的一个值，用于赋给iphdr的id域。
- __u8 tos; //服务类型。
- __u8 mc_ttl; //组播的ttl
- __u8 pmtudisc;
- __u8 recverr:1,
- is_icsk:1,
- freebind:1,
- hdrincl:1, //是否自己构建ip首部(用于raw协议)
- mc_loop:1; //组播是否发向回路。
- int mc_index; //组播使用的本地设备接口的索引。
- __u32 mc_addr; //组播源地址。
- struct ip_mc_socklist *mc_list; //组播组列表。
- struct {
- unsigned int flags;
- unsigned int fragsize;
- struct ip_options *opt;
- struct rtable *rt;
- int length;
- u32 addr;
- struct flowi fl;
- } cork;
- };
struct raw_sock
这是RAW协议专用的一个socket的表示，它是在struct inet_sock基础上的扩展，因为RAW协议要处理ICMP协议的过滤设置，其定义如下：
C代码
- struct raw_sock {
- struct inet_sock inet;
- struct icmp_filter filter;
- };
struct udp_sock
这是UDP协议专用的一个socket表示，它是在struct inet_sock基础上的扩展，其定义如下：
C代码
- struct udp_sock {
- struct inet_sock inet;
- int pending;
- unsigned int corkflag;
- __u16 encap_type;
- __u16 len;
- };
struct inet_connection_sock
看完上面两个，我们觉得第三个应该就是struct tcp_sock了，但事实上，struct tcp_sock并不直接从struct inet_sock上扩展，而是从struct inet_connection_sock基础上进行扩展，struct inet_connection_sock是所有面向连接的socket的表示，关于该socket，及下面所有tcp相关的socket，我们在分析 tcp实现时再详细介绍，这里只列出它们的关系。
strcut tcp_sock
这是TCP协议专用的一个socket表示，它是在struct inet_connection_sock基础进行扩展，主要是增加了滑动窗口协议，避免拥塞算法等一些TCP专有属性。
struct inet_timewait_sock
struct tcp_timewait_sock
在struct inet_timewait_sock的基础上进行扩展。
struct inet_request_sock
struct tcp_request_sock
在struct inet_request_sock的基础上进行扩展。