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  • 【LwIP - UDP】 - udp_bind和udp_connect分析

    千次阅读 2018-09-07 16:53:27
    udp_bind和udp_connect两者具体的工作原理,笔者在网上找不到正确的说法。对此,笔者主要对UDP中的这两个接口进行分析。 1 udp_bind udp_bind将一个UDP PCB与IP和端口进行绑定。当然不是简简单单的把该IP和端口...

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    前言

    1 udp_bind

    2  udp_connect

     


    前言

    udp_bind和udp_connect两者具体的工作原理,笔者在网上找不到正确的说法。对此,笔者主要对UDP中的这两个接口进行分析。

    1 udp_bind

    udp_bind将一个UDP PCB与IP和端口进行绑定。当然不是简简单单的把该IP和端口记录到UDP PCB中。会做如下的操作:

    (1)  判断UDP PCB是否早存在于链表中,同时也判断要绑定的端口port是否已经被链表中的某一个PCB绑定且IP是否一致。只要端口和IP没有被链表中的PCB绑定,则能正常的为新的UDP PCB绑定或者已有的UDP PCB重绑定。

    (2)  第(1)通过的话,会为UDP PCB设置IP,以及端口。至于端口,如果port为0,则会自动分配一个端口。

    (3) UDP PCB如果是新的PCB,则将入UDP PCB链表中。

    /**
     * Bind an UDP PCB.
     *
     * @param pcb UDP PCB to be bound with a local address ipaddr and port.
     * @param ipaddr local IP address to bind with. Use IP_ADDR_ANY to
     * bind to all local interfaces.
     * @param port local UDP port to bind with. Use 0 to automatically bind
     * to a random port between UDP_LOCAL_PORT_RANGE_START and
     * UDP_LOCAL_PORT_RANGE_END.
     *
     * ipaddr & port are expected to be in the same byte order as in the pcb.
     *
     * @return lwIP error code.
     * - ERR_OK. Successful. No error occured.
     * - ERR_USE. The specified ipaddr and port are already bound to by
     * another UDP PCB.
     *
     * @see udp_disconnect()
     */
    err_t
    udp_bind(struct udp_pcb *pcb, ip_addr_t *ipaddr, u16_t port)
    {
      struct udp_pcb *ipcb;
      u8_t rebind;
    	// [2018年9月7日14:52:39] 下列3行调试信息
      LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, ("udp_bind(ipaddr = "));
      ip_addr_debug_print(UDP_DEBUG, ipaddr);
      LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE, (", port = %"U16_F")\n", port));
    
      rebind = 0;
      /* Check for double bind and rebind of the same pcb */
      // [2018年9月7日15:00:02] 检查相同的PCB双重绑定和重绑定
      for (ipcb = udp_pcbs; ipcb != NULL; ipcb = ipcb->next) {
        /* is this UDP PCB already on active list? */
    	// [2018年9月7日15:02:31] 判断这个UDP PCB是否早存在于链表中
        if (pcb == ipcb) {
          /* pcb may occur at most once in active list */
          LWIP_ASSERT("rebind == 0", rebind == 0);
          /* pcb already in list, just rebind */
    	  // [2018年9月7日15:03:43] PCB早存在于链表中,则重绑定
          rebind = 1;
        }
    
        /* By default, we don't allow to bind to a port that any other udp
           PCB is alread bound to, unless *all* PCBs with that port have tha
           REUSEADDR flag set. */
    	// [2018年9月7日15:14:02] 默认情况下,我们不允许一个已被绑定过的端口再次绑定,除非PCB设置了REUSEADDR标志
     
    #if SO_REUSE
        else if (!ip_get_option(pcb, SOF_REUSEADDR) &&
                 !ip_get_option(ipcb, SOF_REUSEADDR)) {
    #else /* SO_REUSE */
        /* port matches that of PCB in list and REUSEADDR not set -> reject */
    	// [2018年9月7日15:17:40] port与链表中的PCB进行匹配,并且REUSEADDR没有设置
        else {
    #endif /* SO_REUSE */
    			// [2018年9月7日15:21:35] port与链表中的PCB的local_port匹配 
          if ((ipcb->local_port == port) &&
              /* IP address matches, or one is IP_ADDR_ANY? */
    		  // [2018年9月7日15:36:43] IP地址匹配或者是一个IP_ADDR_ANY
              (ip_addr_isany(&(ipcb->local_ip)) ||
               ip_addr_isany(ipaddr) ||
               ip_addr_cmp(&(ipcb->local_ip), ipaddr))) {
            /* other PCB already binds to this local IP and port */
    		// 已经有其它的PCB早已绑定了该IP和端口
            LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG,
                        ("udp_bind: local port %"U16_F" already bound by another pcb\n", port));
            return ERR_USE;
          }
        }
      }
    	
    	
      // IP或者端口没被其它PCB绑定
      ip_addr_set(&pcb->local_ip, ipaddr);
    
      /* no port specified? */
      // [2018年9月7日15:09:59] 没有指定端口
      if (port == 0) {
        // [2018年9月7日15:10:23] 自动分配端口
        port = udp_new_port();
        if (port == 0) {
          /* no more ports available in local range */
    	  // [2018年9月7日15:10:37] 返回的端口为0,则没有有效的端口了
          LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG, ("udp_bind: out of free UDP ports\n"));
          return ERR_USE;
        }
      }
    	
      // [2018年9月7日15:11:23] 为PCB块设置端口号
      pcb->local_port = port;
      snmp_insert_udpidx_tree(pcb);
      /* pcb not active yet? */
      // 该PCB未有效,即未加入链表,则将其加入链表
      if (rebind == 0) {
        /* place the PCB on the active list if not already there */
        pcb->next = udp_pcbs;
        udp_pcbs = pcb;
      }
      LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
                  ("udp_bind: bound to %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F", port %"U16_F"\n",
                   ip4_addr1_16(&pcb->local_ip), ip4_addr2_16(&pcb->local_ip),
                   ip4_addr3_16(&pcb->local_ip), ip4_addr4_16(&pcb->local_ip),
                   pcb->local_port));
      return ERR_OK;
    }

     

    2  udp_connect

    udp_connect将一个UDP PCB与远端IP和端口进行绑定。如果UDP PCB是新分配的,则默认绑定到本地地址以及自动分配的端口。如果UDP PCB已经绑定过端口,则会重绑定远端IP和端口。如果用户如果要重新绑定本地地址和端口,可在udp_connect之前或者之后调用udp_bind()即可。udp_connect的操作不多,如下:

    (1) 检查UDP PCB是否已绑定本地端口。如果本地端口为0(即没有绑定),则调用udp_bind()自动分配一个端口并绑定。

    (2) 绑定远端IP和端口,并将UDP PCB的标志设置为UDP_FLAGS_CONNECTED。

    (3) 将UDP PCB加入UDP PCBs链表中,如果早已存在则忽略。

    /**
     * Connect an UDP PCB.
     *
     * This will associate the UDP PCB with the remote address.
     *
     * @param pcb UDP PCB to be connected with remote address ipaddr and port.
     * @param ipaddr remote IP address to connect with.
     * @param port remote UDP port to connect with.
     *
     * @return lwIP error code
     *
     * ipaddr & port are expected to be in the same byte order as in the pcb.
     *
     * The udp pcb is bound to a random local port if not already bound.
     *
     * @see udp_disconnect()
     */
    err_t
    udp_connect(struct udp_pcb *pcb, ip_addr_t *ipaddr, u16_t port)
    {
      struct udp_pcb *ipcb;
    
      if (pcb->local_port == 0) {				
        // [2018年9月7日16:35:58] // 如果pcb是新分配的,则pcb采用本地IP以及自动分配的端口   	
        err_t err = udp_bind(pcb, &pcb->local_ip, pcb->local_port);	
        if (err != ERR_OK) {
          return err;
        }
      }
    	
      ip_addr_set(&pcb->remote_ip, ipaddr);	// [2018年9月7日16:33:19] 为UDP PCB设置远程IP												
      pcb->remote_port = port;							// [2018年9月7日16:33:19] 为UDP PCB设置端口
      pcb->flags |= UDP_FLAGS_CONNECTED;
    /** TODO: this functionality belongs in upper layers */
    #ifdef LWIP_UDP_TODO
      /* Nail down local IP for netconn_addr()/getsockname() */
      if (ip_addr_isany(&pcb->local_ip) && !ip_addr_isany(&pcb->remote_ip)) {
        struct netif *netif;
    
        if ((netif = ip_route(&(pcb->remote_ip))) == NULL) {
          LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG, ("udp_connect: No route to 0x%lx\n", pcb->remote_ip.addr));
          UDP_STATS_INC(udp.rterr);
          return ERR_RTE;
        }
        /** TODO: this will bind the udp pcb locally, to the interface which
            is used to route output packets to the remote address. However, we
            might want to accept incoming packets on any interface! */
        pcb->local_ip = netif->ip_addr;
      } else if (ip_addr_isany(&pcb->remote_ip)) {
        pcb->local_ip.addr = 0;
      }
    #endif
      LWIP_DEBUGF(UDP_DEBUG | LWIP_DBG_TRACE | LWIP_DBG_STATE,
                  ("udp_connect: connected to %"U16_F".%"U16_F".%"U16_F".%"U16_F",port %"U16_F"\n",
                   ip4_addr1_16(&pcb->local_ip), ip4_addr2_16(&pcb->local_ip),
                   ip4_addr3_16(&pcb->local_ip), ip4_addr4_16(&pcb->local_ip),
                   pcb->local_port));
    
      /* Insert UDP PCB into the list of active UDP PCBs. */
    	// 将UDP PCB插入有效的UDP PCBs链表中(当然,如果前面调用udp_bind()且正常返回,其会将PCB插入链表)
      for (ipcb = udp_pcbs; ipcb != NULL; ipcb = ipcb->next) {
        if (pcb == ipcb) {
          /* already on the list, just return */
          return ERR_OK;
        }
      }
      /* PCB not yet on the list, add PCB now */
      pcb->next = udp_pcbs;
      udp_pcbs = pcb;
      return ERR_OK;
    }

     

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  • 1:UDP中可以使用connect系統調用2:UDPconnect操作與TCP中connect操作有着本質區別.TCP中調用connect會引起三次握手,client與server建立連結.UDP中調用connect內核僅僅把對端ip&port記錄下來.3:UDP中可以多次調...

    1:UDP中可以使用connect系統調用

    2:UDP中connect操作與TCP中connect操作有着本質區別.TCP中調用connect會引起三次握手,client與server建立連結.UDP中調用connect內核僅僅把對端ip&port記錄下來.

    3:UDP中可以多次調用connect,TCP只能調用一次connect.UDP多次調用connect有兩種用途:1,指定一個新的ip&port連結.2,斷開和之前的ip&port的連結.指定新連結,直接設置connect第二個參數即可.斷開連結,需要將connect第二個參數中的sin_family設置成 AF_UNSPEC即可.

    4:UDP中使用connect可以提高效率.原因如下:普通的UDP發送兩個報文內核做了如下:#1:建立連結#2:發送報文#3:斷開連結#4:建立連結#5:發送報文#6:斷開連結

    采用connect方式的UDP發送兩個報文內核如下處理:#1:建立連結#2:發送報文#3:發送報文  另外一點,每次發送報文內核都由可能要做路由查詢.5:采用connect的UDP發送接受報文可以調用send,write和recv,read操作.當然也可以調用sendto,recvfrom.調用sendto的時候第五個參數必須是NULL,第六個參數是0.調用recvfrom,recv,read系統調用只能獲取到先前connect的ip&port發送的報文.

    UDP中使用connect的好處:1:會提升效率.前面已經描述了.2:高並發服務中會增加系統穩定性.原因:假設client A 通過非connect的UDP與server B,C通信.B,C提供相同服務.為了負載均衡,我們讓A與B,C交替通信.    A與 B通信IPa:PORTa IPb:PORTb       A與 C通信IPa:PORTa' IPc:PORTc

    假設PORTa與 PORTa'相同了(在大並發情況下會發生這種情況),那么就有可能出現A等待B的報文,卻收到了C的報文.導致收報錯誤.解決方法內就是采用connect的UDP通信方式.在A中創建兩個udp,然后分別connect到B,C.

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  • 每个客户与服务器建立联系必须: 选择协议(UDP或TCP) 查找服务器的机器名 查找所期望的服务并将其映射到协议端口号 分配套接字并与之连接 ... socket = connectUDP(machine, service); 优点:高级...

    每个客户与服务器建立联系必须:

    1. 选择协议(UDP或TCP) 查找服务器的机器名
    2. 查找所期望的服务并将其映射到协议端口号
    3. 分配套接字并与之连接
    4. 将这部分工作进行封装,置于某个过程当中,只需一次编码。

    我们想要实现以下抽象:

    • socket = connectTCP(machine, service);
    • socket = connectUDP(machine, service);

    优点:高级操作,共享代码,减少出错

    实现代码如下:

    1.connect.c文件

    int connectsock(const char *host, const char *service,
                    const char *transport);
    
    int connectTCP(const char *host, const char *service)
    {
        return connectsock(host, service, "tcp");
    }
    int connectUDP(const char *host, const char *service)
    {
        return connectsock(host, service, "udp");
    }
    

    2.connectsock.c文件:

    //connectsock.c
    //created by cck
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <netdb.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <errno.h>//替换extern int errno;
    
    #ifndef INADDR_NONE
    #define INADDR_NONE     0xffffffff
    #endif // INADDR_NONE
    
    
    
    int errexit(const char *format, ...);
    
    int connectsock(const char * host, const char *service, const char *transport)
    {
        struct hostent  *phe;
        struct servent  *pse;
        struct protoent *ppe;
        struct sockaddr_in  sin;
        int     s, type;
    
    
        memset(&sin,0,sizeof(sin));
        sin.sin_family = AF_INET;
        /*map port*/
        if( pse = getservbyname(service, transport) )
            sin.sin_port = pse->s_port;
        else if ( (sin.sin_port=htons((unsigned short)atoi(service))) == 0)
    		errexit("can't get \"%s\" service entry\n", service);
    	/*map ip*/
        if ( phe = gethostbyname(host) )
    		memcpy(&sin.sin_addr, phe->h_addr, phe->h_length);
        else if ( (sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(host)) == INADDR_NONE )
    		errexit("can't get \"%s\" host entry\n", host);
        /*map protocol*/
        if ( (ppe = getprotobyname(transport)) == 0)
    		errexit("can't get \"%s\" protocol entry\n", transport);
        /*use protocol to chose a socket type*/
        if(strcmp(transport,"udp") == 0)
            type = SOCK_DGRAM;
        else
            type = SOCK_STREAM;
        /*allocate a socket*/
        s = socket(PF_INET, type, ppe->p_proto);
        if (s < 0)
    		errexit("can't create socket: %s\n", strerror(errno));
        if (connect(s, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)
            errexit("can't connect to %s.%s: %s\n", host, service,strerror(errno));
        return s;
    }
    

    3.errexit.c

    //errexit.c
    #include <stdarg.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    int errexit(const char *format, ...)
    {
        va_list args;
        va_start(args, format);
        vfprintf(stderr, format, args);
        va_end(args);
        exit(1);
    }
    

        以上是connectTCP、connectUDP的实现函数,以下是使用其实现TCP文件传输的代码:

    4.tcp_client2.c

    //tcp_client2.c
    #include <sys/types.h>
    #include <string.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #define BUFFER_SIZE 1024
    
    
    void process_conn_client(int s)
    {
        ssize_t size = 0;
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        FILE *stream;
    
        int length = 0;
        char filepath[100] = {'\0'};
        size = read(s, buffer, BUFFER_SIZE);
        printf("%s",buffer);
    
        scanf("%s",filepath);
        write(s,filepath,100);
    
        if( (stream = fopen(filepath,"r")) == NULL) {
                printf("client:open file error!\n");
                return;
        }
        printf("sending!\n");
        while(1){
            size = fread(buffer,sizeof(char),BUFFER_SIZE,stream);
            if(size <= 0){
                break;
            }
            write(s,buffer,size);
        }
        printf("send finished!\n");
        fclose(stream);
    }
    
    int main(){
        int socket = connectTCP("localhost","8888");
        process_conn_client(socket);
        close(socket);
    }
    

        抽象封装之后,main函数只需要3行代码即可搞定

    5.tcp_server.c

    使用上篇的代码:

    #include <sys/types.h>
    #include <string.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <signal.h>
    
    #define PORT 8888
    #define BUFFER_SIZE 1024
    
    void get_filename(char *filepath,char *filename)
    {
        /*解析文件名*/
        int i=0,k=0;
        for(i=strlen(filepath);i>=0;i--)
        {
            if(filepath[i]!='/')
            {
                k++;
            }
            else
                break;
        }
        strcpy(filename,filepath+(strlen(filepath)-k)+1);
    }
    
    void process_conn_server(int sd)
    {
        ssize_t size = 0;
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        FILE *stream;
        char filepath[100];
    
        strcpy(buffer,"please enter a path!\n");
        write(sd,buffer,BUFFER_SIZE);
        int length = 0;
        memset(filepath,'\0',sizeof(filepath));
    
        length = read(sd,filepath,100);
        if(length < 0){
            printf("recv error!\n");
        }
        else
        {
            char filename[100] = {'\0'};
            get_filename(filepath,filename);
            printf("server: filename:\n%s",filename);
    
            if( (stream=fopen(filename, "w")) == NULL){
                printf("server:open file error!\n");
                return;
            }
            while(1){/*读取文件并写入文件流*/
                size = read(sd, buffer, BUFFER_SIZE);
                printf("server:size:%d\n",size);
                if(size <= 0){
                    break;
                }
                int write_len=fwrite(buffer, sizeof(char), size, stream);
            }
            printf("recv finished!\n");
            fclose(stream);
        }
    }
    
    int main(int argc, char *argv[]){
        int socksd,sockcd;
        struct sockaddr_in server,client;
        pid_t pid;
        if( (socksd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0)
        {
            printf("socket create error!\n");
            return -1;
        }
        printf("socket create success!\n");
    
        /*加入此代码是为了避免再次打开服务器程序出现bind error的错误*/
        int on = 1;
        int ret = setsockopt(socksd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
    
        memset(&server,0,sizeof(server));
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        server.sin_port = htons(PORT);
        if( (bind(socksd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server)) < 0))
        {
            printf("socket bind error!\n");
            return -1;
        }
        printf("socket bind success!\n");
    
        if( (listen(socksd,10)) < 0)
        {
            printf("socket listen error!\n");
            return -1;
        }
        printf("socket listen success!\n");
    
        printf("waiting...\n");
        /*显示核是sigchld信号*/
        if(signal(SIGCHLD, SIG_IGN) == SIG_ERR){
                perror("signal error");
                return EXIT_SUCCESS;
            }
        while(1){
            socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr);
            if( (sockcd = accept(socksd, (struct sockaddr*)&client, &addr_len)) < 0)
            {
                //出错
                continue;
            }
            printf("server:accept\n");
            /*建立一个新进程来处理到来的连接*/
            pid = fork();
            if(pid == 0)
            {
                process_conn_server(sockcd);
                close(socksd);/*在子进程中关闭服务器的监听*/
                exit(0);
                return 0;
            }
            else{
                close(sockcd);/*在父进程中关闭客户端的监听*/
            }
        }
        return 0;
    }
    

    编译时可以用命令行将前4个文件一起编译,第五个单独编译,然后运行,也可以使用Makefile文件编译:

    Makefile文件内代码如下:

    tcp_server tcp_client2:tcp_server.o tcp_client2.o connect.o errexit.o connectsock.o
            gcc tcp_server.o -o tcp_server
            gcc tcp_client2.o connect.o errexit.o connectsock.o -o tcp_client2
    tcp_server.o:tcp_server.c
            gcc -c tcp_server.c -o tcp_server.o
    tcp_client2.o:tcp_client2.c
            gcc -c tcp_client2.c -o tcp_client2.o
    connect.o:connect.c
            gcc -c connect.c -o connect.o
    connectsock.o:connectsock.c
            gcc -c connectsock.c -o connectsock.o
    errexit.o:errexit.c
            gcc -c errexit.c -o errexit.o
    .PHONT:clean
    clean:
            rm -rf *.o
    

        注:代码直接复制到Makefile文件中不能用,gcc、rm命令前面是一个制表符,不是空格!!!

    运行结果    

        make编译过程如下:

        服务器端程序运行结果如下:

        客户端程序运行如下:

        可以看出,1.png文件传输成功

     

    Ps.有关Makefile的编写规则,可以参考如下博客:

    Linux下多个.c文件的编译和Makefile文件

    展开全文
  • UDPconnect操作与TCP中connect操作有着本质区别.TCP中调用connect会引起三次握手,client与server建立连结.UDP中调用connect内核仅仅把对端ip&port记录下来 使用connect建立的udp连接相比于普通udp连接有两个...

    转自:https://blog.csdn.net/pyxllq/article/details/80320489

    UDP中connect操作与TCP中connect操作有着本质区别.TCP中调用connect会引起三次握手,client与server建立连结.UDP中调用connect内核仅仅把对端ip&port记录下来。

    使用connect建立的udp连接相比于普通udp连接有两个优势:

    一: 提高发送效率

    1. 在普通udp连接上发送两个报文,在内核操作如下:

    a) 建立连接;b)发送报文;c)断开连接;d)建立连接;e)发送第二个报文;f)断开连接

    1. connect udp发送两个报文,内核操作如下:

    a)建立连接;b)发送第一个报文;c)发送第二个报文;d)断开连接

    二:在高并发服务中可以增加系统稳定性
    假设A 通过非connect的UDP与server B,C通信.B,C提供相同服务.为了负载均衡,我们让A与B,C交替通信. A与B通信IPa:PORTa <----> IPb:PORTb A与 C通信IPa:PORTa’ <---->IPc:PORTc。假设PORTa与PORTa’相同了(在大并发情况下会发生这种情况),那么就有可能出现A等待B的报文,却收到了C的报文.导致收报错误.解决方法内就是采用connect的UDP通信方式.在A中创建两个udp,然后分别connect到B,C.

    展开全文
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    connect()&bind()的作用udpudp connect() #include <sys/types.h> #include int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);udp connect()描述 connect系统调用将sockfd关
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    1:UDP中可以使用connect系统调用 2:UDPconnect操作与TCP中connect操作有着本质区别。 TCP中调用connect会引起三次握手,client与server建立连结.UDP中调用connect内核仅仅把对端ip&port记录下来. 3:...
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空空如也

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