linux系统编程 socket part2

报式套接字

    • 1.动态报式套接字
    • 2.报式套接字的广播
    • 3.报式套接字的多播
    • 4.UDP协议分析
      • 4.1.丢包原因
      • 4.2.停等式流量控制

接linux系统编程 socket part1

1.动态报式套接字

在之前的例子上，发送的结构体中的名字由定长改变长。可以用变长结构体。
变长结构体是由gcc扩展的一种技术，它是指其最后一个成员的长度不固定（flexible array member，也叫柔性数组）。
使用范围：数据长度不固定，例如协议对接中有固定的头结构体，数据结构体不固定。

struct Var_Len_Struct
{int nsize;char buffer[0];// 或者不指定大小 char buffer[];
};

结构体中的最后一个元素：一个没有元素的数组（柔性数组）。我们可以通过动态开辟一个比结构体大的空间，然后让buffer去指向那些额外的空间，这样就可以实现可变长的结构体了。更为巧妙的是，我们甚至可以用nsize存储字符串buffer的长度。

修改代码如下

proto.h
定义NAMEMAX接收名字的最大长度，因为接收方不知道大小，需要按照最大长度接收
使用变长数组，最后一个元素为0或者为空

#ifndef __PROTO_H_
#define __PROTO_H_#define RECVPORT 1986
#define NAMEMAX (512-8-8) // 512为udp包推荐的字节数，8为udp的报头大小，8为结构体中固定长度的大小，即math和chinesestruct msg_t
{uint32_t chinese;uint32_t math;//变长uint8_t name[0];
}__attribute__((packed));# endif

snder.cpp
1.发送的结构体改为结构体指针
2.计算发送的结构体大小 sizeof(struct) + strlen(name)
3.动态申请内存malloc
4.sendto函数相应修改

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>#include "proto.h"int main(int argc, char **argv) {int sd;//结构体改为结构体指针msg_t* sendmssg;struct sockaddr_in raddr;if (argc < 3) {perror("Usage");exit(1);}//strlen()不包括字符串结尾的空字符 '\0'//sizeof(argv[2]) 返回的是指针的大小，而不是字符串的长度if (strlen(argv[2]) > NAMEMAX) {std::cout << "name id too long" << std::endl;exit(1);}//创建socketsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}//本地绑定（可以省略）//填写发送消息//变长，先计算结构体的长度int size = sizeof (msg_t) + strlen(argv[2]);//申请内存sendmssg = (msg_t*)malloc(size);if (sendmssg == NULL) {perror("malloc()");exit(1);}memcpy(sendmssg->name, argv[2], strlen(argv[2])+1);sendmssg->chinese = ntohs(100);sendmssg->math = ntohs(100);//对端地址raddr.sin_family = AF_INET;raddr.sin_port = ntohs(RECVPORT);inet_pton(AF_INET, argv[1], &raddr.sin_addr);//发送if (sendto(sd, sendmssg, size, 0, (const sockaddr*)&raddr, sizeof(raddr)) == -1) {perror("sendto()");exit(1);}//关闭close(sd);
}

rcver.cpp
1.接收的结构体改结构体指针
2.按最大长度NAMEMAX计算接收结构体的长度
3.动态分配内存
4.recvfrom函数相应修改

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>#include "proto.h"
#define IPSTRSIZE        64int main() {// 套接字描述符int sd;// laddr -- local address -- 本机地址// raddr -- remote address -- 对端地址sockaddr_in laddr, raddr;socklen_t raddr_len;// 结构体指针，存储接收到的结构体msg_t* mssg;// 存储对端地址，点分式char ipstr[IPSTRSIZE];//创建socket，创建协议为ipv4的报式套接字，0为默认协议，即UDPsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}//填写本机的地址信息laddr.sin_family = AF_INET;//ip地址和网络端口号是要通过网络发送过去的,所以需要考虑字节序的问题,也就是htonsladdr.sin_port = htons(RECVPORT);// 因为本机的ip地址有可能会变化,为了避免ip地址每一次变化,都要进来修改,所以给它匹配一个万能地址0.0.0.0// 对"0.0.0.0"的定义是any address.就是说在当前绑定阶段,本机的ip地址是多少,这四个0就会自动换成当前的ip地址.inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &laddr.sin_addr.s_addr);//绑定接收的ip地址和端口号if (bind(sd, (const sockaddr*)&laddr, sizeof(laddr)) < 0) {perror("sendto()");exit(1);}// 接收// ！！！！这里一定要初始化对端地址的大小！！！raddr_len = sizeof(raddr);//不知道对端的地址大小，按最大的来接int size = sizeof(msg_t) + NAMEMAX - 1; mssg = (msg_t*)malloc(size);while (1) {if (recvfrom(sd, mssg, size, 0, (sockaddr*)&raddr, &raddr_len) < 0) {perror("recvfrom()");exit(1);}inet_ntop(AF_INET, &raddr.sin_addr, ipstr, IPSTRSIZE);std::cout << "---------recive message from " << std::string(ipstr) << ":" << ntohs(raddr.sin_port) << "---------" << std::endl;// 单字节传输不涉及到大端小端的存储情况std::cout << "name" << ":" << mssg->name << std::endl;std::cout << "math" << ":" << ntohs(mssg->math) << std::endl;std::cout << "chinese" << ":" << ntohs(mssg->chinese) << std::endl;}//关闭close(sd);exit(1);
}

vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [60]: ./snder 10.85.171.130 "hahhaahha"
vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [61]: ./snder 10.85.171.130 "44kkkkk"vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [71]: ./rcver
---------recive message from 10.85.171.130:33261---------
name:hahhaahha
math:100
chinese:100
---------recive message from 10.85.171.130:36716---------
name:44kkkkkha
math:100
chinese:100

2.报式套接字的广播

在使用TCP/IP 协议的网络中，主机标识段host ID 为全1 的 IP 地址为广播地址。

广播数据有如下特点：

  • TCP/IP协议栈中，传输层只有UDP可以广播，TCP没有广播的概念
  • UDP广播不需要经过路由器转发，因为路由器不会转发广播数据

套接字机制提供了两个套接字选项接口来控制套接字行为。一个接口用来设置选项，另一个接口可以查询选项的状态。

GETSOCKOPT(2)                                          Linux Programmer's Manual                                         GETSOCKOPT(2)NAMEgetsockopt, setsockopt - get and set options on socketsSYNOPSIS#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,void *optval, socklen_t *optlen);int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);DESCRIPTIONgetsockopt()  and  setsockopt() manipulate options for the socket referred to by the file descriptor sockfd.  Options may existat multiple protocol levels; they are always present at the uppermost socket level.
  • level： 标识了选项应用的协议。
    • 如果选项是通用的套接字层次选项，则 level 设置成SOL_SOCKET。否则，level设置成控制这个选项的协议编号
    • 对于TCP，level是IPPROTO_TCP
    • 对于IP，level是IPPROTO_IP
  • optname： 需设置的选项
  • optval：根据选项的不同指向一个数据结构或者一个整数。一些选项是on/off开关。如果整数非0，则启用选项。如果整数为0，则禁止选项。
  • optlen：指定了optval指向的对象的大小。

代码示例

snder.cpp：设置套接字，打开广播选项，并向广播地址255.255.255.255发送数据报

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>#include "proto.h"int main() {int sd;msg_t sendmssg;struct sockaddr_in raddr;//创建socketsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}//本地绑定（可以省略）//设置套接字，打开广播//不同的层面封装了不同的属性，可以用man 7查看//man 7 socket 找 socket option//man 7 udp udp层可以改进的socket option//man 7 ip...//man 7 tcpint val = 1;if(setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &val, sizeof(val)) < 0) {perror("setsockopt()");exit(1);}//填写发送消息memset(&sendmssg, '\0', sizeof(sendmssg));//strcpy(sendmssg.name, "tracy");memcpy(sendmssg.name, "tracy", sizeof("tracy"));sendmssg.chinese = ntohs(100);sendmssg.math = ntohs(100);//对端地址raddr.sin_family = AF_INET;raddr.sin_port = ntohs(RECVPORT);inet_pton(AF_INET, "255.255.255.255", &raddr.sin_addr);//发送if (sendto(sd, &sendmssg, sizeof(sendmssg), 0, (const sockaddr*)&raddr, sizeof(raddr)) < 0) {perror("sendto()");exit(1);}//关闭close(sd);
}

rcver.cpp：设置套接字，打开广播选项，如果不打开，可能收到，可能收不到

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>#include "proto.h"
#define IPSTRSIZE        64int main() {// 套接字描述符int sd;// laddr 本机地址// raddr 对端地址sockaddr_in laddr, raddr;// 存储接收到的结构体msg_t mssg;// 存储对端地址，点分式char ipstr[IPSTRSIZE];// 创建socket，创建协议为ipv4的报式套接字，0为默认协议，即UDPsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}int val = 1;if(setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &val, sizeof(val)) < 0) {perror("setsockopt()");exit(1);}// 填写本机的地址信息laddr.sin_family = AF_INET;// ip地址和网络端口号是要通过网络发送过去的,所以需要考虑字节序的问题,也就是htonsladdr.sin_port = htons(RECVPORT);// 因为本机的ip地址有可能会变化,为了避免ip地址每一次变化,都要进来修改,所以给它匹配一个万能地址0.0.0.0// 对"0.0.0.0"的定义是any address.就是说在当前绑定阶段,本机的ip地址是多少,这四个0就会自动换成当前的ip地址.inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &laddr.sin_addr.s_addr);//绑定接收（本机）的ip地址和端口号if (bind(sd, (const sockaddr*)&laddr, sizeof(laddr)) < 0) {perror("sendto()");exit(1);}// 接收// ！！！！这里一定要初始化对端地址的大小！！！socklen_t addr_len = sizeof(raddr);while (1) {if (recvfrom(sd, (void*)&mssg, sizeof(mssg), 0, (sockaddr*)&raddr, &addr_len) < 0) {perror("recvfrom()");exit(1);}inet_ntop(AF_INET, &raddr.sin_addr, ipstr, IPSTRSIZE);std::cout << "---------recive message from " << std::string(ipstr) << ":" << ntohs(raddr.sin_port) << "---------" << std::endl;// 单字节传输不涉及到大端小端的存储情况std::cout << "name" << ":" << mssg.name << std::endl;std::cout << "math" << ":" << ntohs(mssg.math) << std::endl;std::cout << "chinese" << ":" << ntohs(mssg.chinese) << std::endl;}//关闭close(sd);exit(1);
}

proto.h

#ifndef __PROTO_H_
#define __PROTO_H_
#define RECVPORT 1986
#define NAMESIZE 11struct msg_t
{//定长，不可能有负值uint8_t name[NAMESIZE];uint32_t chinese;uint32_t math;
}__attribute__((packed));# endif

注意：如果仍然接收不到，可以查看防火墙

vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [70]: ./rcver
---------recive message from 10.85.171.130:43497---------
name:tracy
math:100
chinese:100

3.报式套接字的多播

多播地址，也叫组播地址，组播报文的目的地址使用D类IP地址， D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。组播地址可以分为四类：

  • 224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用；
  • 224.0.1.0～224.0.1.255是公用组播地址，可以用于Internet；
  • 224.0.2.0～238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；
  • 239.0.0.0～239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。

代码示例

proto.h：设置一个约定的多播地址

#ifndef __PROTO_H_
#define __PROTO_H_#define MGROUP   "224.2.2.2"
#define RECVPORT 1986
#define NAMESIZE 11struct msg_t
{//定长，不可能有负值uint8_t name[NAMESIZE];uint32_t chinese;uint32_t math;
}__attribute__((packed));# endif

snder.c：创建多播组

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>#include "proto.h"int main(int argc, char **argv) {int sd;msg_t sendmssg;struct sockaddr_in raddr;if (argc < 2) {perror("uasge()");exit(1);}//创建socketsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}//设置套接字，创建多播组//man 7 ipip_mreqn mreq;//multicast group addressinet_pton(AF_INET, MGROUP, &mreq.imr_multiaddr);//local本机addressinet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &mreq.imr_address);//网络索引号mreq.imr_ifindex = if_nametoindex("ens192");//设置套接字，创建多播组if(setsockopt(sd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &mreq, sizeof(mreq)) < 0) {perror("setsockopt()");exit(1);}//填写发送消息memset(&sendmssg, '\0', sizeof(sendmssg));//strcpy(sendmssg.name, "tracy");memcpy(sendmssg.name, argv[1], sizeof(argv[1]) + 1);sendmssg.chinese = ntohs(100);sendmssg.math = ntohs(100);//对端地址raddr.sin_family = AF_INET;raddr.sin_port = ntohs(RECVPORT);inet_pton(AF_INET, MGROUP, &raddr.sin_addr);//发送if (sendto(sd, &sendmssg, sizeof(sendmssg), 0, (const sockaddr*)&raddr, sizeof(raddr)) < 0) {perror("sendto()");exit(1);}//关闭close(sd);
}

其中，可以使用命令查看网络设备的索引号：

ip ad sh

如下，1、2为索引号，lo, ens192为设备名

vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [60]: ip ad sh
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> .....
........
2: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> ..... 
........

或者可以通过下列函数来获取网络设备名的索引编号：

#include <net/if.h>
unsigned int if_nametoindex(const char *ifname);

rcver.cpp：加入多播组

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>#include "proto.h"
#define IPSTRSIZE        64int main() {// 套接字描述符int sd;// laddr 本机地址// raddr 对端地址sockaddr_in laddr, raddr;// 存储接收到的结构体msg_t mssg;// 存储对端地址，点分式char ipstr[IPSTRSIZE];// 创建socket，创建协议为ipv4的报式套接字，0为默认协议，即UDPsd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sd < 0) {perror("socker()");exit(1);}//加入多播组ip_mreqn mreq;inet_pton(AF_INET, MGROUP, &mreq.imr_multiaddr);inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &mreq.imr_address);mreq.imr_ifindex = if_nametoindex("ens192");if(setsockopt(sd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq)) < 0) {perror("setsockopt()");exit(1);}// 填写本机的地址信息laddr.sin_family = AF_INET;// ip地址和网络端口号是要通过网络发送过去的,所以需要考虑字节序的问题,也就是htonsladdr.sin_port = htons(RECVPORT);// 因为本机的ip地址有可能会变化,为了避免ip地址每一次变化,都要进来修改,所以给它匹配一个万能地址0.0.0.0// 对"0.0.0.0"的定义是any address.就是说在当前绑定阶段,本机的ip地址是多少,这四个0就会自动换成当前的ip地址.inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &laddr.sin_addr.s_addr);//绑定接收（本机）的ip地址和端口号if (bind(sd, (const sockaddr*)&laddr, sizeof(laddr)) < 0) {perror("sendto()");exit(1);}// 接收// ！！！！这里一定要初始化对端地址的大小！！！socklen_t addr_len = sizeof(raddr);while (1) {if (recvfrom(sd, (void*)&mssg, sizeof(mssg), 0, (sockaddr*)&raddr, &addr_len) < 0) {perror("recvfrom()");exit(1);}inet_ntop(AF_INET, &raddr.sin_addr, ipstr, IPSTRSIZE);std::cout << "---------recive message from " << std::string(ipstr) << ":" << ntohs(raddr.sin_port) << "---------" << std::endl;// 单字节传输不涉及到大端小端的存储情况std::cout << "name" << ":" << mssg.name << std::endl;std::cout << "math" << ":" << ntohs(mssg.math) << std::endl;std::cout << "chinese" << ":" << ntohs(mssg.chinese) << std::endl;}//关闭close(sd);exit(1);
}

运行结果

vratdrh7771.rsv.ven.veritas.com [109]: ./rcver
---------recive message from 10.85.171.130:48514---------
name:mike
math:100
chinese:100
---------recive message from 10.85.171.130:39871---------
name:hahah
math:100
chinese:100

多播中有一个特殊的 ip 地址（224.0.0.1），它表示，所有支持多播的地址默认都存在这个组当中，并且无法离开。如果 snder 方向这个 ip 地址发送信息，就相当于向 255.255.255.255 上发消息。

4.UDP协议分析

4.1.丢包原因

UDP丢包并不是因为TTL，TTL是当前包的要跳转的路由的个数，linux环境下一般默认为64，Windows一般为128，一般情况下完全足够。丢包其实是由于阻塞造成的。路由有等待队列，并不是我的数据包从本路由到下一个路由是无条件发送的，而是有等待队列，这个等待队列会有丢包的算法实现。比如当前队列已经排列百分之N的容量时，就会随机的丢包等操作。
解决：闭环流控(停等式流控)

4.2.停等式流量控制

问题1 发送端发送后，接收端返回ACK，发送端会在一段时间后才能收到消息
在这里插入图片描述
问题2：发送端发送消息后丢包了，在一定时间（RTT）后没有收到接收端ACK，则重新发送消息
在这里插入图片描述
问题3：发送端发送消息后，接收端收到了数据，并且发送了ACK，但是ACK数据丢了，在一定时间后没有收到接收端ACK，则重新发送消息。接收端如何判断收到的包已经收到过了(data包加编号)，则直接放弃该包，直接回复ACK。
在这里插入图片描述
问题4：如图 d2 丢包，ACK1 延迟回复给了发送端，则发送端认为d2发送成功，继续发d3，实际接受端是没有收到过d2的。所以ACK也要加编号，否则就可能出现这类问题。
在这里插入图片描述

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目录 存储过程介绍技术背景存储过程的作用与优势存储过程跟自定义函数很像。它们的区别是&#xff1a; 存储过程的缺点存储过程的特性基本存储过程使用1.创建语法语法说明&#xff1a;使用案例1.创建获取新闻类别数量的存储过程2.创建获取指定新闻类别ID下新闻数量的存储过程 2…
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【微服务-网关】SpringCloud GateWay核心技术

【微服务-网关】SpringCloud GateWay核心技术

在前面的文章中我们介绍了微服务网关的基础知识&#xff0c;了解了什么是网关&#xff0c;网关有什么作用&#xff0c;以及市面上有哪些成熟的网关产品&#xff0c;最后了解了网关的配置技巧。通过上篇文章&#xff0c;大家应该可以在微服务架构中完成网关的基本配置。 但是&am…
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2022 年甘肃省职业院校技能大赛 高职组 网络系统管理竞赛 网络构建模块试题

2022 年甘肃省职业院校技能大赛 高职组 网络系统管理竞赛 网络构建模块试题

2022 年甘肃省职业院校技能大赛 高职组网络系统管理竞赛 网络构建模块试题 目 录 考试说明… 3 任务描述… 3 任务清单… 3 &#xff08;一&#xff09;基础配置… 3 &#xff08;二&#xff09;有线网络配置… 4 &#xff08;三&#xff09;无线网络配置… 6 &#xff08;四&a…
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老大语录六 谈产品规划

老大语录六 谈产品规划

老大语录六 谈产品规划 产品经理一个重要的职责就是做产品规划。它是考验产品经理对市场和需求的阅读能力，是决定一个产品在市场上跟竞争对手分出高下的必要条件，是最能体现产品经理水平的工作。 然而我们往往在执行过程中在这一步上做的并不是特别好。虽然很多企业都会容易建…
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2024 年 5 款适用于 Linux 的参考文献管理软件

2024 年 5 款适用于 Linux 的参考文献管理软件

时间是宝贵的&#xff0c;因此如果某款软件能让您摆脱必须执行的日常繁琐任务&#xff0c;那么它就会派上用场。 参考文献管理工具就是此类软件的典型代表&#xff0c;只需点击几下就能自动格式化引文。学生、教育工作者、作家、科学家和研究人员一定会发现它们非常有用。 在…
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NFTScan | 03.18~03.24 NFT 市场热点汇总

NFTScan | 03.18~03.24 NFT 市场热点汇总

欢迎来到由 NFT 基础设施 NFTScan 出品的 NFT 生态热点事件每周汇总。 周期&#xff1a;2024.03.18~ 2024.03.24 NFT Hot News 01/ NFT 系列 NodeMonkes 地板价已超越 BAYC 3 月 18 日&#xff0c;据数据显示&#xff0c;NFT 系列 NodeMonkes 地板价已超越 Bored Ape Yacht …
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9.2024

9.2024

使用冒泡排序给{10 ,1,35,61,89,36,55}排序 代码&#xff1a; public class 第九题 {public static void main(String[] args) {int a[]{10,1,35,61,89,36,55};for (int i0;i<a.length-1;i){for (int j0;j<a.length-1;j){if (a[j]>a[j1]){int temp0;tempa[j];a[j]a[…
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光致发光荧光量子产率测试光纤光谱仪

光致发光荧光量子产率测试光纤光谱仪

光致发光荧光量子产率测试系统是一种用于测量材料发光效率的高精度设备&#xff0c;它通过光致发光方法来确定样品的发射效率。光致发光荧光量子产率测试系统不仅提供了一种高效、可靠的测量手段&#xff0c;而且对于提升科学研究和工业应用中的发光材料性能具有重要作用。通过…
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