套接字编程：connect() 挂起一个不存在的 IP

Question

以下是创建套接字连接的代码，如果 IP 存在，则返回正套接字描述符，而如果 IP 不存在，则会卡在例程 connect()：

Connection::Connection(string& ip) : sock(0), status(0), conn(0){
    struct sockaddr_in sin;

    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//socket() returns -1 on failure.
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_port = htons(22);
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
    cout << "sock: " << sock << endl;
    //fcntl(sock, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    if(sock != -1){
        conn = connect(sock, (struct sockaddr*)(&sin), sizeof(struct sockaddr_in));
        cout << "conn: " << conn << endl;
        if ( conn != 0){
            status = -2;
        }
    }
    else{
        status = -1;
    }
}

出于调试目的，我将cout 放在socket() 和connect() 之后。而且我已经测试过cout << "conn: " << conn << endl; 永远不会执行并继续等待，如果提供给构造函数的 IP 不存在。

这些代码适用于现有 IP。

在某处我读到将socket descriptor 设置为O_NONBLOCK 可以解决挂起问题。是的，确实如此，但出现了一个新问题；我什至无法连接到现有 IP。

请帮助我解释为什么会发生这种情况以及如何解决这个问题。

Answer 1

我认为您需要退后一步，考虑一下您所说的 IP 是否“存在”是什么意思。

当您调用connect 时，操作系统将向目标IP 发送一个数据包（SYN 数据包）。它不知道 IP 是否“存在”。事实上，这个概念没有明确定义——它可能会或可能不会被分配。该设备可能会或可能不会打开或插入。它可能位于 DHCP 池中，该 IP 的租约已分发或尚未分发。操作系统对此一无所知。操作系统只知道它是否得到回复。并且在任一方向都可能存在丢包，因此需要回复。

从广义上讲，操作系统可以获得三种类型的回复（您可以使用tcpdump 或wireshark 来查看正在发生的情况）：

1. 目标 IP 回复 SYN+ACK 数据包。这是三向握手的下一阶段。目标 IP 显然在工作。

2. 目标 IP 回复 RST。这意味着“走开”；你会看到“连接被拒绝”。

3. 目标 IP 或某些中间路由器回复 ICMP 主机不可达或网络不可达，在这种情况下，您会看到主机不可达或网络不可达。如果主机或网络无法访问，则不保证会发生这种情况。

还有第四种可能，就是根本没有收到回复。在这种情况下，connect 等待并重试几次，最后超时。这就是你所看到的。在防火墙中过滤掉 ICMP 会将上面的情况 (3) 转换为这种情况，但重要的是要注意这无论如何都会发生。所以这是你应该准备好处理的自然状态。

使用非阻塞connect()（通过首先设置O_NONBLOCK）使connect() 立即返回——甚至在功能IP 建立连接之前。在任何情况下，您都需要留出一些时间来进行连接。通过慢速链接或丢包，功能 IP 可能需要数十秒才能连接。因此，在这种情况下，您将需要实现自己的超时（例如通过套接字上的select()-ing）。 （无论如何在 Linux 下）没有选项可以将您自己的超时设置为connect()，因此如果您想更改超时，您必须使用非阻塞连接来实现它。 Stephens 提供的关于非阻塞connect()here 的详细信息（一本好书 - 购买）。