设置 UDP 套接字的源 IP

Posted 2023-02-16

【中文标题】设置 UDP 套接字的源 IP

【英文标题】：Setting the source IP for a UDP socket

【发布时间】：2011-03-04 23:34:13

【问题描述】：

我有一个绑定到 INADDR_ANY 的 UDP 套接字来监听我的服务器所有 IP 上的数据包。我正在通过同一个套接字发送回复。

现在服务器在发送数据包时会自动选择哪个IP作为源IP，但我希望能够自己设置传出源IP。

有什么方法可以做到这一点，而不必为每个 IP 创建单独的套接字？

【参考方案1】：

Nikolai，对每个地址使用单独的套接字和 bind(2) 或弄乱路由表通常不是一个可行的选择，例如带有动态地址。单个IP_ADDRANY-bound UDP 服务器应该能够在接收数据包的同一动态分配的 IP 地址上做出响应。

幸运的是，还有另一种方法。根据您的系统支持，您可以使用IP_PKTINFO 套接字选项来设置或接收有关消息的辅助数据。尽管comp.os.linux.development.system 有一个特定于IP_PKTINFO 的完整代码示例，但辅助数据（通过cmsg(3)）在网上很多地方都有介绍。

链接中的代码使用IP_PKTINFO（或IP_RECVDSTADDR，取决于平台）从辅助cmsg(3)数据中获取UDP消息的目标地址。此处转述：

struct msghdr msg;
struct cmsghdr *cmsg;
struct in_addr addr;
// after recvmsg(sd, &msg, flags);
for(cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
    cmsg != NULL;
    cmsg = CMSG_NXTHDR(&msg, cmsg)) 
  if (cmsg->cmsg_level == IPPROTO_IP && cmsg->cmsg_type == IP_PKTINFO) 
    addr = ((struct in_pktinfo*)CMSG_DATA(cmsg))->ipi_addr;
    printf("message received on address %s\n", inet_ntoa(addr));
  

Gene，您的问题是如何设置传出数据包的源地址。使用IP_PKTINFO，可以在传递给sendmsg(2) 的辅助数据中设置struct in_pktinfo 的ipi_spec_dst 字段。有关如何在 struct msghdr 中创建和操作辅助数据的指南，请参阅上面引用的帖子 cmsg(3) 和 sendmsg(2)。一个例子（这里不保证）可能是：

struct msghdr msg;
struct cmsghdr *cmsg;
struct in_pktinfo *pktinfo;
// after initializing msghdr & control data to CMSG_SPACE(sizeof(struct in_pktinfo))
cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
cmsg->cmsg_level = IPPROTO_IP;
cmsg->cmsg_type = IP_PKTINFO;
cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(struct in_pktinfo));
pktinfo = (struct in_pktinfo*) CMSG_DATA(cmsg);
pktinfo->ipi_ifindex = src_interface_index;
pktinfo->ipi_spec_dst = src_addr;
// bytes_sent = sendmsg(sd, &msg, flags);

注意这在 IPv6 中有所不同：在 recvmsg 和 sendmsg 情况下都使用 struct in6_pktinfo::ipi6_addr。

另请注意，Windows 不支持 in_pktinfo 结构中的 ipi_spec_dst 等效项，因此您不能使用此方法在传出的 winsock2 数据包上设置源地址。

（参考手册页 - 大约有 1 个超链接限制）

http:// linux.die.net/man/2/sendmsg
http:// linux.die.net/man/3/cmsg

【参考方案2】：

我想我会扩展 Jeremy 关于如何为 IPv6 执行此操作的内容。 Jeremy 遗漏了很多细节，一些文档（如 Linux 的 ipv6 手册页）完全是错误的。首先在一些发行版中你必须定义 _GNU_SOURCE，否则一些 IPv6 的东西没有被定义：

#define _GNU_SOURCE
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

接下来以相当标准的方式设置套接字，以侦听特定 UDP 端口上的所有 IP 数据包（即 IPv4 和 IPv6）：

const int on=1, off=0;
int result;
struct sockaddr_in6 sin6;
int soc;

soc = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);
setsockopt(soc, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
setsockopt(soc, IPPROTO_IP, IP_PKTINFO, &on, sizeof(on));
setsockopt(soc, IPPROTO_IPV6, IPV6_RECVPKTINFO, &on, sizeof(on));
setsockopt(soc, IPPROTO_IPV6, IPV6_V6ONLY, &off, sizeof(off));
memset(&sin6, '\0', sizeof(sin6));
sin6.sin6_family = htons(AF_INET6);
sin6.sin6_port = htons(MY_UDP_PORT);
result = bind(soc, (struct sockaddr*)&sin6, sizeof(sin6));

请注意，上面的代码为 IPv6 套接字设置了 IP 和 IPv6 选项。事实证明，如果数据包到达 IPv4 地址，即使它是 IPv6 套接字，您也会得到 IP_PKTINFO（即 IPv4）cmsg，如果您不启用它们，它们将不会被发送。另请注意，设置了 IPV6_RECPKTINFO 选项（man 7 ipv6 中未提及），而不是 IPV6_PKTINFO（man 7 ipv6 中错误地描述了该选项）。现在收到一个udp数据包：

int bytes_received;
struct sockaddr_in6 from;
struct iovec iovec[1];
struct msghdr msg;
char msg_control[1024];
char udp_packet[1500];

iovec[0].iov_base = udp_packet;
iovec[0].iov_len = sizeof(udp_packet);
msg.msg_name = &from;
msg.msg_namelen = sizeof(from);
msg.msg_iov = iovec;
msg.msg_iovlen = sizeof(iovec) / sizeof(*iovec);
msg.msg_control = msg_control;
msg.msg_controllen = sizeof(msg_control);
msg.msg_flags = 0;
bytes_received = recvmsg(soc, &msg, 0);

下一步是从 cmsg 中提取接收到 UDP 数据包的接口和地址：

struct in_pktinfo in_pktinfo;
struct in6_pktinfo in6_pktinfo;
int have_in_pktinfo = 0;
int have_in6_pktinfo = 0;
struct cmsghdr* cmsg;

for (cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmsg != 0; cmsg = CMSG_NXTHDR(&msg, cmsg))

  if (cmsg->cmsg_level == IPPROTO_IP && cmsg->cmsg_type == IP_PKTINFO)
  
    in_pktinfo = *(struct in_pktinfo*)CMSG_DATA(cmsg);
    have_in_pktinfo = 1;
  
  if (cmsg->cmsg_level == IPPROTO_IPV6 && cmsg->cmsg_type == IPV6_PKTINFO)
  
    in6_pktinfo = *(struct in6_pktinfo*)CMSG_DATA(cmsg);
    have_in6_pktinfo = 1;
  

最后我们可以使用相同的目的地发回响应。

int cmsg_space;

iovec[0].iov_base = udp_response;
iovec[0].iov_len = udp_response_length;
msg.msg_name = &from;
msg.msg_namelen = sizeof(from);
msg.msg_iov = iovec;
msg.msg_iovlen = sizeof(iovec) / sizeof(*iovec);
msg.msg_control = msg_control;
msg.msg_controllen = sizeof(msg_control);
msg.msg_flags = 0;
cmsg_space = 0;
cmsg = CMSG_FIRSTHDR(&msg);
if (have_in6_pktinfo)

  cmsg->cmsg_level = IPPROTO_IPV6;
  cmsg->cmsg_type = IPV6_PKTINFO;
  cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(in6_pktinfo));
  *(struct in6_pktinfo*)CMSG_DATA(cmsg) = in6_pktinfo;
  cmsg_space += CMSG_SPACE(sizeof(in6_pktinfo));

if (have_in_pktinfo)

  cmsg->cmsg_level = IPPROTO_IP;
  cmsg->cmsg_type = IP_PKTINFO;
  cmsg->cmsg_len = CMSG_LEN(sizeof(in_pktinfo));
  *(struct in_pktinfo*)CMSG_DATA(cmsg) = in_pktinfo;
  cmsg_space += CMSG_SPACE(sizeof(in_pktinfo));

msg.msg_controllen = cmsg_space;
ret = sendmsg(soc, &msg, 0);

再次注意，如果数据包通过 IPv4 进入，我们必须将 IPv4 选项放入 cmsg，即使它是 AF_INET6 套接字。至少，这是你必须为 Linux 做的。

这是一个令人惊讶的工作量，但 AFAICT 是你必须做的最低限度的工作，才能制作一个在所有可以想象的 Linux 环境中工作的强大 UDP 服务器。 TCP 不需要其中的大部分，因为它透明地处理多宿主。

【参考方案3】：

您可以bind(2) 分配每个接口地址并管理多个套接字，或者让内核使用INADDR_ANY 进行隐式源IP 分配。没有其他办法。

我的问题是——你为什么需要这个？普通的 IP 路由不适合您吗？

【讨论】：

谢谢，IP 路由工作正常，数据包到达目的地，但不幸的是，客户端都连接到他们的特定服务器 IP，协议要求他们从这个特定 IP 获得答案。现在所有客户端都从同一个 IP 获得答案。

我怀疑路由表——你有单一的默认路由/网关吗？添加特定于客户端地址的路由可能会有所帮助。

是的，添加主机路由会有所帮助，但我更愿意在我的程序中这样做。

【参考方案4】：

我最近遇到了同样的问题。

我解决这个问题的方法是

从收到的数据包中获取接口名称 将套接字绑定到特定接口 解除绑定套接字

例子：

  struct ifreq ifr;
  ...
  recvmsg(fd, &msg...)
  ...      
  if (msg.msg_controllen >= sizeof(struct cmsghdr))
    for (cmptr = CMSG_FIRSTHDR(&msg); cmptr; cmptr = CMSG_NXTHDR(&msg, cmptr))
      if (cmptr->cmsg_level == SOL_IP && cmptr->cmsg_type == IP_PKTINFO)
      
        iface_index = ((struct in_pktinfo *)CMSG_DATA(cmptr))->ipi_ifindex;
      
  if_indextoname(iface_index , ifr.ifr_name);
  mret=setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BINDTODEVICE, &ifr, sizeof(ifr));

  sendmsg(...);

  memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
  snprintf(ifr.ifr_name, sizeof(ifr.ifr_name), "");
  mret=setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BINDTODEVICE, &ifr, sizeof(ifr));

【讨论】：

我在IBM知识中心找到了一个关于源IP选择的链接：https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/SSLTBW_2.1.0/com.ibm.zos.v2r1.halz002/tcpip_source_ip_addr_selection.htm