设置 UDP 套接字的源 IP

Question

我有一个绑定到 INADDR_ANY 的 UDP 套接字，用于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，当数据包发出时，服务器会自动选择哪个IP用作源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，例如对于动态地址。单个 IP_ADDRANY 绑定的 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。涵盖了辅助数据（通过 cmsg(3)）在网上的许多地方，comp.os .linux.development.system 有一个特定于 IP_PKTINFO 的完整代码示例。

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。这里解释一下：

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));
  }
}

吉恩，你的问题是问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)。请参阅上面引用的帖子，cmsg(3)，和 sendmsg(2) 了解如何创建的指南并操作 struct msghdr 中的 3 个辅助数据。一个示例（此处不保证）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 结构中与 ipi_spec_dst 等效的方法，因此您无法使用此方法在传出的winsock2数据包上设置源地址。

Answer 2

我想我应该扩展 Jeremy 的关于如何针对 IPv6 执行此操作的内容。 Jeremy 遗漏了很多细节，而且一些文档（例如 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，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));

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，您也会收到 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 中描述错误）。现在接收 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 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，我们使用相同的目的地发送回响应。

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 传入，我们必须将 IPv4 选项放入 cmsg 中，即使它是 AF_INET6 套接字。至少，对于 Linux 来说这是你必须做的。

这是一个令人惊讶的工作量，但据我所知，这是制作一个可以在所有可以想象的 Linux 环境中工作的强大 UDP 服务器所需要做的最少工作。 TCP 不需要其中大部分内容，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，并且管理多个套接字，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 - 为什么你需要这个？普通的 IP 路由对您不起作用吗？

Answer 4

我最近遇到了同样的问题。

我为解决此问题所做的是

1. 将接收到的数据包绑定套接字中的接口名称获取
2. 到特定接口
3. 取消绑定套接字

示例：

  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));