Linux Socket 编程核心：深入解析 sockaddr 数据结构

2.2 IPv4 专用：struct sockaddr_in

• 大小：16 字节。
• 使用场景：TCP/UDP over IPv4。
• 关键函数：inet_pton/inet_ntop（字符串 ↔ 二进制转换）；htons/ntohs（主机 ↔ 网络字节序）。

示例初始化：

struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8080); // 端口 8080
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr); // IP 转换
memset(addr.sin_zero, 0, sizeof(addr.sin_zero)); // 清零填充

定义（/usr/include/netinet/in.h）：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; // AF_INET
    in_port_t sin_port;     // 端口号（网络字节序，uint16_t）
    struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址
    unsigned char sin_zero[8]; // 填充字节（对齐到 16 字节）
};
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr; // IPv4 地址（uint32_t，网络字节序）
};

2.3 IPv6 专用：struct sockaddr_in6

• 大小：28 字节。
• 使用场景：IPv6 网络，支持双栈（IPv4-mapped IPv6）。
• 注意：sin6_flowinfo 和 sin6_scope_id 在现代内核中用于流量分类和路由。

示例：

struct sockaddr_in6 addr6;
addr6.sin6_family = AF_INET6;
addr6.sin6_port = htons(8080);
inet_pton(AF_INET6, "::1", &addr6.sin6_addr); // 本地环回 IPv6
addr6.sin6_scope_id = 0; // 默认接口

定义：

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t sin6_family; // AF_INET6
    in_port_t sin6_port;     // 端口号（网络字节序）
    uint32_t sin6_flowinfo;  // 流信息（通常 0）
    struct in6_addr sin6_addr; // IPv6 地址
    uint32_t sin6_scope_id;  // 接口索引（链路本地地址用）
};
struct in6_addr {
    unsigned char s6_addr[16]; // 128 位 IPv6 地址
};

2.4 Unix Domain 专用：struct sockaddr_un

• 大小：110 字节（路径最大 107 字节 + NULL）。
• 使用场景：本地进程间通信（IPC），性能高于 TCP（无网络栈开销）。
• 类型：
  • 路径名套接字：sun_path 是文件路径（如 '/tmp/mysock'），需手动 unlink。
  • 抽象命名空间（Linux 特有）：sun_path[0] == '\0'，后续是抽象名（如 "\0mysock"），无需文件系统，自动清理。

示例：

struct sockaddr_un addr_un;
addr_un.sun_family = AF_UNIX;
strncpy(addr_un.sun_path, "/tmp/mysock", sizeof(addr_un.sun_path)-1); // 路径名
// 或抽象：addr_un.sun_path[0] = '\0'; strncpy(addr_un.sun_path + 1, "mysock", ...);

定义（/usr/include/sys/un.h）：

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family; // AF_UNIX 或 AF_LOCAL
    char sun_path[108];     // 路径名（NULL 终止字符串）
};

2.5 通用存储结构：struct sockaddr_storage

• 大小：128 字节（足够容纳任意 sockaddr 变体）。
• 作用：存储未知协议的地址（如 accept 返回），避免大小问题。推荐在现代代码中使用。

示例：

struct sockaddr_storage addr_stor;
socklen_t addr_len = sizeof(addr_stor);
accept(sockfd, (struct sockaddr*)&addr_stor, &addr_len); // 通用接收
if(addr_stor.ss_family == AF_INET){
    /* 处理 IPv4 */
}

定义：

struct sockaddr_storage {
    sa_family_t ss_family; // 地址族
    char __ss_padding[_SS_PADSIZE]; // 填充（对齐到最大结构）
    __ss_aligntype __ss_align; // 对齐字段
};

3. 代码示例：完整 TCP Server 使用 sockaddr

#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>

int main(){
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建 Socket
    if(sockfd < 0){
        perror("socket");
        return 1;
    }
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有接口
    serv_addr.sin_port = htons(8080);
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0){
        perror("bind");
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    listen(sockfd, 5); // 监听
    struct sockaddr_storage client_addr;
    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);
    int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);
    if(clientfd < 0){
        perror("accept");
        close(sockfd);
        return 1;
    }
    // 处理连接...
    close(clientfd);
    close(sockfd);
    return 0;
}

4. 使用注意点 & 常见坑（面试高频）

• 类型转换：总是用 (struct sockaddr *) 转换具体结构，避免编译警告。
• 字节序：端口/IP 用 htons/htonl（主机 → 网络）；ntohs/ntohl（反向）。
• 大小问题：bind/connect 时用 sizeof(具体结构)；accept/recvfrom 用变量 addr_len（输出实际大小）。
• 填充清零：总是 memset 整个结构为 0，避免垃圾数据。
• IPv6 双栈：用 AF_INET6 + IPV6_V6ONLY=0 支持 IPv4 映射。
• 抽象 Unix Socket：高性能本地 IPC，但不可移植（Linux only）。
• 错误处理：Socket 函数返回 -1 + errno（如 EADDRINUSE）。
• 安全性：避免缓冲区溢出（strncpy for sun_path）；用 getaddrinfo（现代 API）解析地址。

5. 性能优化 & 趋势

• 优化：用 sockaddr_storage 通用化；结合 epoll/io_uring 异步 I/O 减少拷贝。
• eBPF 集成：内核 5.10+ 支持 eBPF Socket 过滤，直接操作 sockaddr。
• Rust 互操作：Linux Socket API 与 Rust 生态融合，但 C 结构不变。
• 基准：Unix Domain 比 localhost TCP 快 2-5x（无协议开销）。

sockaddr 族是 Socket 编程的基石，掌握它能让你写出高效、跨协议的网络代码。