TIME_WAIT与SO_REUSEADDR

运行环境：Ubuntu 16.0.4

无论是否开启 SO_REUSEADDR ，客户端主动断开连接后，无需等待 TIME_WAIT 即可重连，因为客户端每次 bind 的端口都不一样。由此可见， TIME_WAIT 是对端口而言 。

不管是服务器还是客户端，只要是主动断开连接的，都会有 TIME_WAIT 。
如不开启 SO_REUSEADDR，服务器端主动断开连接，则必须等待 TIME_WAIT 后才可重新 bind 该端口，原因见下文。
注意，必须是要在 accept 或 connect 成功返回后（即连接成功后）断连或终止程序，才会有 TIME_WAIT ；仅仅 bind 但未连接成功，终止程序后是不会 TIME_WAIT 的。
注意，如果 bind 指定端口不成功，则会自动 bind 其他任意端口；
SO_REUSEADDR 生效的前提条件是开启时间戳，即令 /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps 为 1（默认也为1）。

实操发现即使关闭时间戳，服务器也能立刻重新绑定端口，原因尚不明确。

//server
int main()
{
    int pid = getpid();
    printf("server pid:%d\n",pid);
    int sock_server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM , IPPROTO_TCP);
    int opt = 0; //SO_REUSEADDR默认也是0
    socklen_t optlen = sizeof(opt);
    setsockopt(sock_server, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, optlen);
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(12345);
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    if(-1 == bind(sock_server, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr))){
        printf("server failed to bind\n");
    };
    listen(sock_server, 20);
    char buf[100] = {0};
    int sock_clnt;
    if(-1 != (sock_clnt = accept(sock_server,NULL,NULL))){
        ssize_t size = read(sock_clnt, buf, sizeof(buf));
        printf("server received %ld bytes\n",size);
        size = write(sock_clnt, buf, sizeof(buf));
        printf("server sent %ld bytes\n=====================",size);
    }
    //sleep(3);  //stop 3s so that client could send FIN first
    close(sock_server);
    close(sock_clnt);
}

//client
int main()
{
    int pid = getpid();
    printf("client pid:%d\n",pid);
    int sock_clnt = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(12345);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    connect(sock_clnt, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
    char in_buf[100];
    char out_buf[100];
    for(int i=0;i<99;i++)
        out_buf[i]='f';
    ssize_t size = write(sock_clnt, out_buf, sizeof(out_buf));
    printf("client sent %ld bytes\n",size);
    size = read(sock_clnt, in_buf, sizeof(in_buf));
    printf("client received %ld bytes\n",size);
    sleep(3); //stop 3s so that server could send FIN first
    close(sock_clnt);
}

直接编译上述代码，先运行 server 端，再运行 client 端（注意，最好运行可执行文件，不要直接在编译器中运行），结果如下：
server
client
由于客户端 close 前调用了 sleep，所以可以判断一定是 server 主动断开连接，如下图：

localhost:12345 是本端地址信息，localhost:53188 是对端地址信息，后面的状态是描述本端状态的，因此可知 server 主动发送 FIN 并断开连接后，进入了 TIME_WAIT 状态。此时我们马上重启服务器，则输出以下内容：

在 TIME_WAIT 内重启服务器，则报错绑定失败。注意，绑定指定端口失败后，会随机绑定其他端口，如下：

第三行的 46937 便是服务器端随机绑定的端口。不过这已经失去意义，因为服务器是通过知名端口来被客户端认识的，客户端根本不认识这些随机端口，所以 server 会一直处于监听状态，不会有 client 来连接。因此，对于服务端，如果 bind 失败，应该直接终止程序或等待 TIME_WAIT 后重新 bind。

下面我们让 client 主动关闭连接——加上 server 的 sleep ，去掉 client 的 sleep 即可。结果如下：
server
client

本端为 localhost:53200 ，可见确实是 client 发起的 FIN 。因为 client 无需 bind 特定端口，即 client 每次运行绑定的端口都不同，所以不用担心会因为 TIME_WAIT 而连接失败。

接下来我们使用 SO_REUSEADDR 选项来修改 TIME_WAIT 的限制——将 server 代码第 7 行的 opt 赋值为 1 即可，这样就可以无视 TIME_WAIT 直接复用端口。下面是连续两次运行 server 和 client 的结果：

你看，即使服务器处于处于 TIME_WAIT 状态，还是可以直接绑定端口并进行通信。