如何在 UDP 广播中处理同时作为发送方和接收方的客户端

Posted 2023-03-23

【中文标题】如何在 UDP 广播中处理同时作为发送方和接收方的客户端

【英文标题】：How to handle clients who are both sender and receiver at the same time in UDP broadcast

【发布时间】：2021-12-21 18:31:36

【问题描述】：

我陷入以下情况：我有 2 个编写程序 server.c 和 client.c。最后这两个目标是模拟一个聊天应用程序，类似于Beej's guide（第 6.2 节，第 34 页）中的应用程序。但是，我做一些不同的事情。在我的情况下，服务器只接受新连接（使用 TCP），每当新客户端连接/断开连接时，服务器都会向所有其他仍连接的客户端发送消息并通知它们。同样，客户端通过 TCP 连接到服务器。

服务器不接收客户端的消息，然后将它们发送给所有其他客户端。不。在我的情况下，我想做的是让客户端直接通信，而不是首先将消息发送到服务器。我想通过在每个客户端中使用 UDP 广播来做到这一点。所以基本上，一旦客户端连接到服务器，客户端就完成了与服务器的通信，直到它决定断开连接。在此之前，此客户端将只能发送 UDP 广播 消息或接收 UDP 广播 消息，而无需与服务器交互。

我的问题是我没有在client.c 代码中使用的端口。我可以将sin_family 设置为AF_INET，我可以将IP 地址设置为广播LAN 地址（以255 结尾），但在client.c 代码中创建广播struct sockaddr_in 时无法设置端口.你看，我正在我的机器上运行这个程序client.c 的多个实例。我应该能够做到这一点，因为服务器在我的机器上，而客户端在虚拟机上，所以我可以并行运行 client.c 的多个实例，因为即使它们有相同的 IP 地址，它们也会有不同的端口.

但我不能bind() 将广播套接字连接到client.c 代码中的端口。它将在我的程序的第一次运行时绑定，但在第二次运行时它会看到该端口已被使用并且会引发错误。即使这样可行，在程序的某个地方我需要使用sendto() 命令发送一条消息，在这里我必须指定我想发送它的位置。现在没有办法知道港口。但我不知道，因为程序的每次运行都会有一个不同的端口，除非我选择一个并绑定它。但是我也不能选择一个，因为在这种情况下我将无法运行程序的多个实例，因为第二次运行会导致错误。

有没有办法解决这个问题？一种无需绑定端口即可在 LAN 中发送广播消息的方法。这应该以这样一种方式完成，即其他客户端可以看到通过 LAN 中的广播发送的内容，同时也不知道发送消息的端口。我知道我可以使用select 同时读取和写入，但我无法进入我选择的阶段，因为我无法为我的客户端分配端口。所以我还没到那里。它基本上归结为有多个客户端，这些客户端可以同时发送 UDP 广播消息和接收 UDP 广播消息，而无需服务器来编排它们。问题是这些客户端没有可使用的端口。

【问题讨论】：

如果您有多个客户端在单个主机上监听不同的端口（甚至使用 SO_REUSEPORT 在同一个端口上），您希望网络堆栈如何知道将数据包多路复用到所有客户端？这不是任何操作系统处理网络数据包的方式。

由于您有多个运行client.c 的VM，您可以将所有VM 的IP 地址设置为不同的。然后他们都可以在同一个端口上监听。因此，如果您的代码被编程为侦听端口 8080。如果您的所有虚拟机都有不同的 IP 地址，它们将能够绑定到套接字。这是你要找的吗？

【参考方案1】：

只要您首先在套接字上设置SO_REUSEADDR 和（在支持它的操作系统下）SO_REUSEPORT 选项，您就可以将多个 UDP 套接字bind() 连接到同一个端口：

int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

const int trueValue = 1;
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &trueValue, sizeof(trueValue));
#ifdef __APPLE__
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &trueValue, sizeof(trueValue));
#endif

// then go on to bind() the socket, using the same (fixed) port number for every client

完成此操作后，您可以在同一主机上创建多个客户端（例如用于测试），它们都将接收彼此的广播数据包（IIRC 也将接收他们自己发送的广播数据包，所以做好准备）。

旁注：如果您的计划是让客户端直接相互通信并且从不与服务器交互，那么您最好摆脱服务器，因为听起来您不需要它来做任何事情（？）