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c++ - 如何使用 QUdpSocket 写入端口 0？

问题描述

我想使用 Qt 实现WoL Magic Packet，使其可以跨 GNU/Linux 和 Microsoft Windows 进行移植。维基百科说：“通常作为 UDP 数据报发送到端口 0（保留端口号）、7（回声协议）或 9（丢弃协议） ”，但我无法使用 QUdpSocket 在端口 0 上写入任何数据，为什么？

问题样本

QUdpSocket  socket;
auto const  writtenSize = socket.writeDatagram(toSend, magicPacketLength,
                                               QHostAddress(ip), defaultPort);

if (writtenSize != magicPacketLength)
{
  result = { false, "writtenSize(" + QString::number(writtenSize)
             + ") != magicPacketLength(" + QString::number(magicPacketLength) + "): "
             + socket.errorString() };
}

输出是：

writtenSize(-1) != magicPacketLength(102): Unable to send a message

其他端口（7 和 9）都可以，但为什么我不能将数据写入端口 0？

标签： c++qt5qudpsocket

解决方案

注意：此答案仅考虑 Linux，但对于根据 IETF RFC 实现 UDP的任何其他系统也应如此。

TL;DR：使用connectToHost和write

你必须QUdpSocket::connectToHost然后QIODevice::write，例如

QUdpSocket socket;
socket.connectToHost(target_address, 0);

socket.write(magic_datagram, magic_datagram_size);

这是由于sendmsg. 然而，鉴于sendmsgand connect+ send(or connectToHostand write) 的行为可能不会有所不同，您不应该计算connectToHost和“写”永远工作。毕竟，WoL 是一个以太网框架。

为什么会QUdpSocket::sendTo失败？

沿着网络栈走

IANA将端口分配给 UDP 和 TCP。我们的目标端口0在 IANA 的注册中列为保留。这是很自然的，因为源端口 0 在UDP 规范中被明确定义为“未使用”。

然而，保留值很少会阻止我们直接输入它，Qt 很乐意接受它。因此，沿途的某些事情必须阻止我们实际发送数据报。

我们的数据报在最终进入网络之前要遍历好几层：

  1. Qt 的网络堆栈
  2. GNU C 库的 (glibc) 套接字（通常只是内核周围的一小层）
  3. Linux内核
  4. 网卡（此时真的不应该关心）

Qt 的错误管理和 C 风格的错误

在我们深入研究这个问题之前，我们应该首先通过errnoand来检查第二层是否有更多信息perror()：

if (writtenSize != magicPacketLength)
{
  if(errno) 
  {
    int err = errno;
    perror("Underlying error in UDP");
    fprintf(stderr "Error number: %d\n", err);
  }
  result = { false, "writtenSize(" + QString::number(writtenSize)
             + ") != magicPacketLength(" + QString::number(magicPacketLength) + "): "
             + socket.errorString() };
}

这确实会报告

Underlying error in UDP: Invalid argument
Error number: 22

错误 22 是-EINVAL，无效参数。由于 Qt 通常会很好地报告错误的参数（而不仅仅是“无法发送消息”），我们可以跳过它的实现，而是查看 glibc 甚至内核。

我们也可以在没有 Qt 的情况下重新创建行为：

int main(int argc, char* argv[]) { 
    int sockfd; 
    int not_ok = 0;
    struct sockaddr_in     servaddr; 
  
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)
  
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; 
    inet_aton("192.168.11.31", &servaddr.sin_addr);

    // Use port 0 on no args, port 9 on any arg
    servaddr.sin_port = htons(argc > 1 ? 9 : 0 ); 
      
    sendto(sockfd, "", 0, MSG_CONFIRM,
       (const struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)); 
  
    if(errno) {
       int err = errno;
       perror("Error during sendto");
       printf("Errno: %d\n", err);
    }
}

因此，我们走在正确的轨道上。但是，如果您对 Qt 的网络堆栈感兴趣，请查看

深入深渊

现在让我们完全跳过 glibc，直接进入内核。由于我们正在处理 IPv4 中的 UDP，我们需要进入/net/ipv4/udp.c. 正如我们已经知道的那样EINVAL，我们可以简单地搜索错误并找到：

    // Note: if `usin` is valid than an destination was given to sendto.
    //       This is true for messages sent via QUdpSocket::sendTo. 
    if (usin) {
        if (msg->msg_namelen < sizeof(*usin))
            return -EINVAL;
        if (usin->sin_family != AF_INET) {
            if (usin->sin_family != AF_UNSPEC)
                return -EAFNOSUPPORT;
        }

        daddr = usin->sin_addr.s_addr;
        dport = usin->sin_port;
        if (dport == 0)
            return -EINVAL;
    }

Linux 内核识别保留端口并在udp_sendmsg. 虽然这看起来像是错误的函数，但sendto系统调用是根据 实现的socket_sendmsg，它调用udp_sendmsgUDP 套接字。

因此，我们无法通过 发送任何 UDP 数据包QUdpSocket::sendTo。

另一种通过QUdpSocket::connectToHost

现在，有一个替代方案QUdpSocket::sendTo。如果我们知道我们要将所有消息发送到同一个端口，那么我们可以使用connectToHost来避免重复：

QByteArray payload;
QUdpSocket socket;
socket.connectToHost(target_address, 0);
socket.write(payload);

如果我们尝试这个变体，我们会立即得到正确的结果。为什么？

QUdpSocket::connectToHost使用connect系统调用。系统connect调用不返回 EINVAL（至少到 4.15，尚未检查更高版本）。此外，它使用ipv4_datagram_connect，它很乐意接受任何端口。

我们还可以再次检查简单 C 中的行为：

int main(int argc, char* argv[]) { 
    int sockfd; 
    int not_ok = 0;
    struct sockaddr_in     servaddr; 
  
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)
  
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; 
    inet_aton("192.168.11.31", &servaddr.sin_addr);

    // Use port 0 on no args, port 9 on any arg
    servaddr.sin_port = htons(argc > 1 ? 9 : 0 ); 
   
    connect(sockfd, (const struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));   
    send(sockfd, "", 0, MSG_CONFIRM);
  
    if(errno) {
       int err = errno;
       perror("Error during sendto");
       printf("Errno: %d\n", err);
    }
}

那么udp_sendmsg，哪个被QIODevice::writeor使用send呢？好吧，还记得if(usin)上面的代码吗？由于地址存储在套接字的当前状态中，usin == NULL. 目标地址检查永远不会发生。这可能是一个错误，或者完全是故意的。需要检查git log这些文件的 s 。

鉴于connect(...)目标端口为零可能是 UDP 的常见用例，这种行为可能永远不会改变，因为它会破坏用户空间，但是，不应过分信任不适合的保留端口在给定的协议中使用。

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