通过 C 中的套接字快速接收不同长度数据包的连续流？

Posted 2023-02-16

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【中文标题】通过 C 中的套接字快速接收不同长度数据包的连续流？【英文标题】：Receive continuous stream of varying length packets over sockets in C at a quick rate? 【发布时间】：2017-09-25 11:35:11 【问题描述】：

过去几天我一直在研究套接字（使用 C 语言，之前没有套接字编程方面的经验）。实际上我必须在树莓派上收集 WiFi 数据包，进行一些处理，并且必须通过套接字将格式化的信息发送到另一个设备（两个设备都连接在网络中）。

我面临的挑战是通过套接字接收数据时。

在发送数据时，数据从发送端通过套接字成功发送，但在接收端，有时会收到一些垃圾数据或以前的数据。

在发送方（客户端）：

int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//connecting to the server with connect function
send(server_socket, &datalength, sizeof(datalength),0);  //datalength is an integer containing the number of bytes that are going to be sent next
send(server_socket, actual_data, sizeof(actual_data),0); //actual data is a char array containing the actual character string data

在接收端（服务器端）：

int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//bind the socket to the ip and port with bind function
//listen to the socket for any clients
//int client_socket = accept(server_socket, NULL, NULL);
int bytes;
recv(client_socket, &bytes, sizeof(bytes),0);
char* actual_message = malloc(bytes);
int rec_bytes = recv(client_socket, actual_message, bytes,0);

*以上代码行不是实际代码行，但流程和过程类似（异常处理和cmets）。

有时，我可以快速获取所有数据包的实际数据（没有任何错误和数据包丢失）。但有时字节（发送以告知下一个事务的字节流大小的整数）作为垃圾值被接收，所以我的代码在那个时候被破坏了。此外，有时我在接收端收到的字节数少于预期的字节数（从收到的整数 bytes 得知）。因此，在这种情况下，我会检查该条件并检索剩余的字节。

实际上数据包到达的速率非常高（大约1000 个数据包不到一秒钟，我必须剖析、格式化并通过套接字发送）。我正在尝试不同的想法（使用 SOCK_DGRAMS 但这里有一些数据包丢失，在事务之间插入一些延迟，为每个数据包打开和关闭一个新套接字，在接收数据包后添加一个确认）但它们都不符合我的要求（快速传输丢包率为 0 的数据包）。

请提出一种通过套接字快速发送和接收不同长度数据包的方法。

【问题讨论】：

什么是actual_data？它是否全部充满了数据？没有部分填充的缓冲区？因为，您知道，TCP 是一种流式传输 协议，没有固定大小的数据包或消息边界。这意味着您可能不会总是在单个 recv 调用中获得所有发送的数据，您必须循环以确保收到所有数据。此外，由于您要发送 int 值（我假设）作为数据长度，您确定没有任何 endianness 问题吗？因为典型 ARM 平台（如 R-PI）和典型 x86 PC 平台（如大多数现代台式计算机）上的字节序通常不一样。 @Someprogrammerdude actual data 就像英文文本（WiFi 数据包已剖析和格式化）是的...我知道它可能不会在一次调用中收到，因为我添加了支票，如果没有收到在一次调用中，我添加了代码来获取剩余的数据字节。实际问题在于字节数，有时它会收到一些垃圾值查看我的第二条评论。 @infiniteloop - 我认为你应该重新考虑 Someprogrammerdude 的评论。当问题可能持续存在时（取决于您的测试方式），该问题似乎很少见，但如果您不转换网络字节顺序，您的数据包头数据将在不同机器上以不同方式读取......此外，由于 TCP数据包可能会将您的数据碎片化，the recv function could return a partial "read"（取决于某些因素），因此您可能会考虑数据碎片化的情况（用于收集 bytes 长数据的许多 recv 调用）。 【参考方案1】：

我看到了几个主要问题：

我认为您的代码忽略了send 函数中缓冲区已满的可能性。

~~在我看来，您的代码也忽略了recv 收集部分数据的可能性。~~（没关系，我刚刚看到了新评论）

换句话说，您需要管理send 的用户级缓冲区并处理recv 中的碎片。

代码使用sizeof(int)，它在不同机器上的长度可能不同（也许改用uint32_t？）。

代码不能与网络字节顺序相互转换。这意味着您发送的是 int 的内存结构，而不是可以被不同机器读取的整数（有些机器向后存储字节，有些向前存储，有些混合匹配）。

请注意，当您使用 TCP/IP 发送较大的数据时，它将被分割成较小的数据包。

这取决于 MTU 网络值（通常在野外运行大约 500 字节，在您的家庭网络中通常大约 1500 字节）。

要处理这些情况，您可能应该使用事件网络设计而不是阻塞套接字。

考虑通过类似的方式路由send（如果您要使用阻塞套接字）：

int send_complete(int fd, void * data, size_t len) 
    size_t act = 0;
    while(act < len) 
        int tmp = send(fd, (void *)((uintptr_t)data + act), len - act);
        if(tmp <= 0 && errno != EWOULDBLOCK && errno != EAGAIN && errno != EINTR) 
            return tmp; // connection error
        act += tmp;
        // add `select` to poll the socket
    
    return (int)act;

至于sizeof的问题，我会将int替换为特定字节长度的整数类型，例如int32_t。

更多细节

请注意，单独发送整数并不能保证它会被单独接收或整数本身不会被分片。

send 函数写入系统的套接字缓冲区，不写入网络（就像 recv 从可用缓冲区读取而不是从线路读取一样）。

您无法控制碎片发生的位置或 TCP 数据包的打包方式（除非您实现自己的 TCP/IP 堆栈）。

我相信您很清楚“垃圾”值是服务器发送的数据。这意味着代码不是读取您发送的整数，而是读取另一条数据。

这可能是与消息边界对齐的问题，由不完整的read 或不完整的send 引起。

附言

我会考虑在 TCP/IP 层之上使用 Websocket 协议。

这保证了二进制数据包标头适用于不同的 CPU 架构（字节序），并提供更广泛的客户端连接（例如与浏览器连接等）。

它还将解决您遇到的数据包对齐问题（不是因为它不存在，而是因为它已在您将采用的任何 Websocket 解析器中解决）。

【讨论】：