为 UDP 套接字设置源 IP

Question

我有一个绑定到 INADDR_ANY 的 UDP 套接字来侦听我的服务器拥有的所有 IP 上的数据包。 我通过同一个套接字发送回复。

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

有没有办法做到这一点而不必为每个 IP 创建单独的套接字？

Answer 1

Nikolai，为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，例如动态地址。 单个IP_ADDRANY UDP 服务器应该能够响应接收数据包的同一个动态分配的 IP 地址。

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IP_PKTINFO 。

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

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));
  }
}

基因，您的问题询问如何在传出数据包上设置源地址。 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创建和操作辅助数据的指南，请参阅cmsg(3)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);

请注意，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设置传出 winsock2 数据包的源地址。

（参考手册页 - 绕过 1 个超链接限制）

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

Answer 2

我想我会扩展 Jeremy 的关于如何为 IPv6 做到这一点。 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。 首先在某些发行版上，您必须定义 _GNU_SOURCE，否则某些 IPv6 内容未定义：

#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，您也会获得 IP_PKTINFO（即 IPv4）cmsg，如果您不启用它们，它们将不会被发送。 还要注意设置了 IPV6_RECPKTINFO 选项（在man 7 ipv6 中没有提到），而不是 IPV6_PKTINFO （在man 7 ipv6中有错误的描述）。 现在收到一个udp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 中提取接收到的 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，如果数据包是通过 IPv4 传入的，即使它是 AF_INET6 套接字，我们也必须将 IPv4 选项放入 cmsg 中。 至少，这是您必须为 Linux 做的事情。

这是一个惊人的工作量，但 AFAICT 是制作一个可以在所有可以想象的 Linux 环境中工作的强大的 UDP 服务器所需要做的最少的工作。 TCP 不需要其中的大部分，因为它透明地处理多宿主。

Answer 3

您可以bind(2)到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？ 正常的 IP 路由对您不起作用吗？

Answer 4

我最近遇到了同样的问题。

我为解决这个问题所做的是

1. 从接收到的数据包中获取接口名称
2. 将套接字绑定到特定接口
3. 解绑套接字

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));