为 UDP 模拟 accept()（设置解复用 UDP 套接字的时间问题）

Posted 2023-02-22

【中文标题】为 UDP 模拟 accept()（设置解复用 UDP 套接字的时间问题）

【英文标题】：Emulating accept() for UDP (timing-issue in setting up demultiplexed UDP sockets)

【发布时间】：2009-06-30 16:10:50

【问题描述】：

对于具有长期连接的 UDP 服务器架构，一种架构是拥有一个侦听所有传入 UDP 流量的套接字，然后使用 connect() 为每个连接创建单独的套接字来设置远程地址。我的问题是，是否有可能像 accept() 对 TCP 所做的那样以原子方式执行此操作。

创建单独的套接字并使用 connect() 的原因是，这样可以很容易地将数据包处理分散到多个线程中，并且也可以更容易地使套接字直接与所需的数据结构相关联加工。 网络堆栈中的多路分离逻辑将传入的数据包路由到最具体的套接字。

现在我的问题基本上是当人们想像这样模拟 UDP 的 accept() 时会发生什么：

将 select() 与包含 UDP 服务器套接字的 fd 集一起使用。

然后从 UDP server-socket 读取一个数据包。

然后创建一个新的 UDP 套接字，然后将其 connect() 到远程地址

我使用包含两个套接字的 fd-set 调用 select()。

返回什么？

假设数据包在 1 到 3 之间到达操作系统。

数据包会被解复用到 UDP 服务器套接字，还是会被解复用到在 3 中创建的更具体的套接字。也就是说，解复用发生在什么时候？当数据包到达时，还是必须“好像”它到达第 4 点？

如果上述方法不起作用，后续问题：最好的方法是什么？

【问题讨论】：

你确定你甚至可以创建一个连接到另一端的新 UDP 套接字，并且仍然保持相同的服务器端端口吗？您通常做的是在服务器端的不同端口上创建一个 UDP 套接字，“服务器套接字”仅用于初始请求，与对等方的进一步通信发生在 2 个完全不同的端口上。或者只是在服务器上使用 1 个套接字，而不关心连接它，你只需要记下对等地址。 UPD 无论如何都是无连接的。

【参考方案1】：

我看到这个讨论是从 2009 年开始的，但由于我搜索时它不断弹出，我想我应该分享我的方法。既是为了获得一些反馈，也是因为我很好奇问题的作者是如何解决问题的。

我选择 emulate UDP-accept 的方式是 nik 的回答中第一和第二的组合。我有一个监听给定套接字的根线程。为简单起见，我选择使用 TCP，但是将此套接字更改为 UDP 并不难。当客户端想要使用 UDP “连接”到我的服务器时，它首先连接到 TCP 套接字并请求新的连接。

然后根线程继续创建 UDP 套接字，将其绑定到本地接口，进行连接并设置数据结构。然后将此文件描述符传递给负责连接的线程。新的 UDP 套接字的 IP/端口信息被传回给客户端，客户端创建一个新的 UDP 套接字并将数据发送到提供的 IP/端口。

这种方法非常适合我的使用，但设置流的额外步骤会带来开销。在某些情况下，这种开销可能是不可接受的。

【参考方案2】：

我在这里问自己后发现了这个问题......

UDP server and connected sockets

由于 UDP 可以使用 connect() 来指定对等地址，我想知道为什么不能使用 accept() 从服务器端有效地完成连接的 UDP 会话。它甚至可以将触发 accept() 的数据报（以及来自同一客户端的任何其他数据报）移动到新的描述符。

这将实现更好的服务器可扩展性（有关更多背景信息，请参阅 SO_REUSEPORT 背后的原理）以及可靠的 DTLS 身份验证。

【参考方案3】：

这行不通。 你有两个简单的选择。

创建一个多线程程序，该程序有一个“根”线程侦听 UDP 套接字，并根据源将接收到的数据包“分派”到正确的线程。这是因为您希望按来源隔离处理。

扩展您的协议，使源接受某个固定端口上的传入连接，然后继续协议通信。在这种情况下，您将让源请求在标准 UDP 端口（您选择）上，然后您的终端将从新的 UDP 套接字响应源的 UDP 端口。这样，您就启动了一条新的 UDP 路径，从您的一端向后到每个源的已知 UDP 端口。这样一来，您就有了不同的 UDP 套接字。

【讨论】：

为什么这不起作用？请参阅lxr.linux.no/linux-bk+v2.6.5/net/ipv4/udp.c#L222 以获取将解复用到最特定套接字的操作系统示例。我对您提出的解决方案的问题是解决方案 1 可能无法扩展，解决方案 2 生成的数据包可能无法到达某些 NAT 后面的客户端。

好吧，我不知道你愿意在套接字层下编码。