c++ - 客户端和服务器之间连续的 UDP 数据包流问题

Question

我有一个客户端程序，它发送数据“Hi”并从服务器接收回复“Hello”。此数据传输发生 200 次。相应的服务器程序在收到来自客户端的数据报时，如果发送的消息是“Hi”则回复“Hello”。我在这里显示了代码。

客户端程序:

void* func(void *arg){
    int dur = *((int*)arg);
    while(dur--){
        cout<<"Client sending..."<<endl;
        int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
        int s, r;
        socklen_t len = sizeof(s);
        getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &s, &len);
        getsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &r, &len);
        cout<<"Send is "<<s<<". Recv is "<<r<<endl;
        struct sockaddr_in server_sock_addr;
        const char *server_addr = "127.0.0.1";
        char *buf = (char*)malloc(1024);
        char *mess = (char*)malloc(100);
        char *reply = (char*)malloc(100);
        bzero((char*)&server_sock_addr, sizeof(server_sock_addr));
        server_sock_addr.sin_family = AF_INET;
        server_sock_addr.sin_port = htons(5000);
        int status = inet_aton(server_addr, &server_sock_addr.sin_addr);
        strcpy(mess, "Hi");
        memcpy(buf, mess, strlen(mess));
        socklen_t addr_len = sizeof(sockaddr_in);
        sendto(sock, buf, strlen(mess), 0, (sockaddr*)&server_sock_addr, addr_len);
        cout<<"Message is sent"<<endl;
        memset(buf, 0, 1024);
        cout<<"Blocking.."<<endl;
        int bytes = recvfrom(sock, buf, 1024, 0, (sockaddr*)&server_sock_addr, &addr_len);
        memcpy(reply, buf, bytes);
        cout<<"Reply is "<<reply<<endl;
        free(reply);
        free(mess);
        free(buf);
        close(sock);
        cout<<endl<<endl;
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int status;
    int i;
    vector<pthread_t> tid;
    vector<int> ue_num;

    int num = atoi(argv[1]);
    int dur = atoi(argv[2]);
    tid.resize(num);
    ue_num.resize(num);
    for (i = 0; i < num; i++) {
        ue_num[i] = i;
        status = pthread_create(&tid[i], NULL, func, &dur);
    }
    for (i = 0; i < num; i++) {
        pthread_join(tid[i],NULL);
    }
    cout << "Requested duration has ended. Finishing the program." << endl;
    return 0;
}

服务器程序:

int main(){
    while(1){
        cout<<"**************************"<<endl;
        cout<<"SERVER started"<<endl;
        cout<<"**************************"<<endl;
        int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
        struct sockaddr_in server_sock_addr, client_sock_addr;
        const char *server_addr = "127.0.0.1";
        char *buf = (char*)malloc(1024);
        bzero((char*)&server_sock_addr, sizeof(server_sock_addr));
        server_sock_addr.sin_family = AF_INET;
        server_sock_addr.sin_port = htons(5000);
        int status = inet_aton(server_addr, &server_sock_addr.sin_addr);

        int reuse = 1;
        setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(int));
        status = bind(sock, (struct sockaddr*)&server_sock_addr, sizeof(server_sock_addr));

        socklen_t addr_len = sizeof(sockaddr_in);
        char *mess = (char*)malloc(100);
        char *reply = (char*)malloc(100);
        int bytes = recvfrom(sock, buf, 1024, 0, (sockaddr*)&client_sock_addr, &addr_len);
        memcpy(mess, buf, bytes);
        cout<<"Message is "<<mess<<" and bytes is "<<bytes<<endl;
        string str;
        str.assign(mess);
        if(str == "Hi"){
            memset(buf, 0, 1024);
            strcpy(reply, "Hello");
            memcpy(buf, reply, strlen(reply));
            status = sendto(sock, buf, strlen(reply), 0, (sockaddr*)&client_sock_addr, addr_len);
            cout<<"Send bytes is "<<status<<endl;
            if(status == 0){
                cout<<"Buffer full. Closing "<<endl;
                exit(-1);
            }
            cout<<"Reply is sent"<<endl;
        }
        free(mess);
        free(reply);
        free(buf);  
        close(sock);
    }
    return 0;
}

面临的问题:

当我运行该程序时，数据传输在客户端和服务器之间正确发生的概率仅为 10 次中的 2 次。大多数情况下，客户端在 recvfrom() 调用时被阻塞，整个程序就被这个阻塞卡住了。客户端和服务器之间的数据传输应该发生 200 次(dur=200)。但是在第 128 次或第 132 次(一些随机的)数据传输实例中，发生了这种阻塞。

我试着查看服务器。服务器实际上并没有收到客户端发送的这个数据报。当我尝试在 Wireshark 中查看相同内容时，它显示“此数据包无法到达目的地(无法到达端口)错误。

当之前传输的所有数据报都毫无问题地到达目的地时，我无法理解为什么这个数据报会出现“端口不可达错误”。请在解决此问题时提供您的意见。 UDP 缓冲区大小也足够大(SND 和 RCV)——25MB。

谢谢。

Answer 1

您的客户端和服务器都为消息交换的每次迭代打开和关闭一个套接字。这是非常不寻常的，尤其是对于服务器而言，它很可能是您出现问题的原因。

特别是，客户端可以向服务器发送一条消息，使其在服务器关闭一个套接字和打开下一个套接字之间到达。此类消息可能会被丢弃，您观察到的“端口不可达”错误很容易对应于此问题。您的客户无法知道这已经发生，因为正如我们在评论中讨论的那样，UDP 不提供可靠的交付。服务器当然不会响应它从未收到的消息，因此客户端永远白等。

如果服务器至少使用相同的套接字进行所有通信，那么这种情况就不会出现，以便它在发送响应后(甚至之前)就准备好接收下一条消息。但是请注意，一般来说，无限期地等待消息通过网络到达是很危险的。您应该考虑在客户端的套接字上设置接收超时(查找 SO_RCVTIMEO)，这样如果在合理的时间内没有消息到达，客户端就不会挂起。在这种特殊情况下，它可以改为重试——这将是对问题的合理的客户端修复。