UDP怎么会返回Connection refused错误

Posted 2021-02-09 ksiwnhiwhs

有时候，写UDP socket程序的时候，在调用sendto或者recvfrom的时候，会发现有Connection refused错误返回，错误码是ECONNREFUSED。对于懂得socket接口但是不很很懂网络的人，可能这根本就不是个问题，他会根据错误码知道远端没有这个服务端口，正如socket api的man手册中描述的那样：
ECONNREFUSED
              A remote host refused to allow the network connection (typically because it is not running the requested service).
有时候无知真的是一种幸福！但是如果你十分精通TCP/IP栈，那么就想不通了，UDP既然无连接，怎么知道远端的情况呢？UDP不正如协议标准描述的那样，发出去就不管了吗？对于接收，没有数据就一直等，如果设置了NOWAIT，则直接返回EAGAIN，表示稍后再试。不管怎么说，也不会有ECONNREFUSED这么详细的信息返回才对啊。
        既然UDP不会从对端返回任何错误信息，那么一定有别的什么返回了，总不能凭空猜测啊。这就涉及到了网络协议设计中的数据平面和控制平面了，对于控制平面的消息，可以是带内传输，也可以是带外传输。对于TCP而言，无疑是带内传输的，因为它本身就是有连接的协议，协议本身会处理任何的错误和异常，然而对于UDP而言，因为其设计目的就是保持简单性，故不再附带有任何带内的控制消息逻辑，互联网上为了弥补这一类协议的控制逻辑的缺失，ICMP协议才显得尤为重要！实际上，ICMP，根据名称就可以看出它是一种专门的控制协议，控制和指示IP层发生的事件。
        ECONNREFUSED正是ICMP返回的！然而并不是所有的UDP socket都可以享用ICMP带来的错误提示，毕竟带外控制消息和协议本身的关联太松散了。UDP socket必须显式的connect对端才可以。现在问题又来了，既然UDP根本就是一个无连接的协议，connect的意义何在呢？这其实是socket接口设计的范畴，和协议本身没有任何关系，当一个UDP socket去connect一个远端时，并没有发送任何的数据包，其效果仅仅是在本地建立了一个五元组映射，对应到一个对端，该映射的作用正是为了和UDP带外的ICMP控制通道捆绑在一起，使得UDP socket的接口含义更加丰满。
        我们知道，ICMP错误信息返回时，ICMP的包内容就是出错的那个原始数据包，根据这个原始数据包可以找出一个五元组，根据该五元组就可以对应到一个本地的connect过的UDP socket，进而把错误消息传输给该socket，应用程序在调用socket接口函数的时候，就可以得到该错误消息。如果一个UDP socket没有调用过connect，那么即使有ICMP数据包返回，由于socket保持了UDP的完整语义，协议栈也就不保存关于该socket和对端关联的任何信息，因此也就无法找到一个特定的五元组将错误码传给它。
        以下是一个测试程序：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
void test( int sd, struct sockaddr *addr, socklen_t len)
{
        char buf[4];
        connect(sd, (struct sockaddr *)addr, len);
        sendto(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);
         perror("write");
         sendto(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);
         perror("write");
         recvfrom(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);
         perror("read");
}
int main(int argc, char **argv)
{
        int sd;
        struct sockaddr_in addr;
        if(argc != 2) {
                exit(1);
        }
        bzero(&addr, sizeof(addr));
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(12345);
        inet_pton(AF_INET, argv[1], &addr.sin_addr);
        sd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        test(sd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
        return 0;
}

编译为UDPclient，执行./UDPclient 192.168.1.20，注意，这个地址一定要是个IP可达的地址，才好测试。按照上面的理论，结果应该是：第一个sendto成功，然后192.168.1.20返回了：
ICMP 192.168.1.20 udp port 12345 unreachable, length 40
接下来第二个sendto返回：
write: Connection refused
由于第二次没有发送任何数据包到达192.168.1.20，所以也不能企望它返回ICMP错误信息，因此接下来的recvfrom调用会阻塞。
        最后的一个问题时，你不能太指望这个Connection refused以及一切带外返回的错误信息，因为你不能保证一定能收到远端发送的ICMP包，如果中间的某个节点或者本机禁掉了ICMP，socket api调用就无法捕获这些错误。

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