使用 C 在套接字编程中创建数据包以及发送和接收数据包的正确方法答案

【问题标题】：Proper way to create packets along with sending and receiving them in socket programming using C使用 C 在套接字编程中创建数据包以及发送和接收数据包的正确方法
【发布时间】：2011-07-22 03:47:48
【问题描述】：

我编写了一个小的客户端-服务器代码，其中我将整数和字符从客户端发送到服务器。所以我知道 C 中套接字编程的基础知识，比如要遵循的步骤等等。现在我想创建一个数据包并将其发送到我的服务器。我以为我会创建一个结构

    struct packet  
    { 
    int srcID;
    long int data;
    .....
    .....
    .....
    };
    struct packet * pkt;

在执行 send() 之前，我想我会使用在数据包内写入值

   pkt-> srcID = 01
   pkt-> data = 1 2 3 4

我需要知道我是否在正确的道路上，如果是，那么我可以使用发送

      send(sockfd, &packet, sizeof(packet), 0)

用于接收

    recv(newsockfd, &PACKET, sizeof(PACKET), 0)

我刚开始使用网络编程，所以我不确定我是否走在正确的道路上。如果有人能以任何形式（理论、示例等）指导我提出我的问题，那将是非常有帮助的。提前致谢。

【问题讨论】：

是的，你在正确的轨道上。但是，如果要具有前瞻性，则不能假设发送方和接收方是相同的架构……因此，您要认真考虑如何在线上对数据进行编码。搜索“序列化”。此外，recv 可以返回比您请求的字节少的字节，因此您始终需要在循环中调用它，直到获得所需的所有字节。
感谢您的回复....将记住您的提示。
@Nemo：这取决于传输协议。在 TCP 中，是的 recv() 可能会返回更少的字节，但在 UDP 中，recv() 会返回整个数据包。
从昨晚开始，当我开始使用这个程序时，当我编译时，我得到了很多解引用错误，我刚开始使用C和C++，所以有点业余指针，我正在发布我的代码，你能解释一下我哪里出错了吗：

标签： c sockets networking network-programming

【解决方案1】：

指针pkt 未在您的应用程序中定义。你有两个选择： 1）将pkt声明为普通变量

 struct packet pkt;

 pkt.srcID = 01;
 ....
 send(sockfd, &pkt, sizeof(struct packet), 0);

2) 当您的数据包包含一个标头后跟一个有效负载时，第二种方法很有用：

 char buffer[MAX_PACKET_SIZE];
 struct packet *pkt = (struct packet *) buffer;
 char *payload = buffer + sizeof(struct packet);
 int packet_size;  /* should be computed as header size + payload size */

 pkt->srcID = 01;
 ...
 packet_size = sizeof(struct packet) /* + payload size */ ;

 send(sockfd, pkt, packet_size, 0);
 ....

已更新（回答您的评论）：首先，您应该知道从 TCP 套接字接收可能不会提供整个数据包。您需要实现循环（如 Nemo 建议的那样）来读取整个数据包。由于您更喜欢第二个选项，因此您需要两个循环。第一个循环是读取数据包头以提取有效负载大小，第二个循环是读取数据。在 UDP 的情况下，您无需担心部分接收。这是一个示例代码（没有循环），其中 sockfd 是一个 UDP 套接字：

char buffer[MAX_PACKET_SIZE];
struct packet *pkt = (struct packet *) buffer;
char *payload = buffer + sizeof(struct packet);
int packet_size;  /* should be computed as header size + payload size */

.....
/* read the whole packet */
if (recv(sockfd, pkt, MAX_PACKET_SIZE, 0) < 0) {
    /* error in receiving the packet. It is up to you how to handle it */
}
/* Now, you can extract srcID as  pkt->srcID */
/* you can get data by processing payload variable */

记住： * 你需要实现其他用户提到的序列化 * UDP 是不可靠的传输协议，而 TCP 是可靠的传输协议。

【讨论】：

感谢您的回复。我想选择第二个选项（标题+数据）。在接收端，当我想存储数据包的数据部分时，我可以做 recvd_data.srcID = myID;类似的东西，对吧？？
我在“GOOGLE”中寻找专门用于套接字编程的序列化概念......有没有好的指南......

【解决方案2】：

数据包结构

当您要通过网络发送数据时，您需要考虑使用固定大小的标头，后跟可变长度的负载。

[1 字节头] [可变字节有效载荷]

标头应该为您提供要发送的数据大小，以便接收方始终读取固定大小的标头，然后确定数据包长度并读取其余字节。

例如：

int nRet = recv(nSock,(char*)pBuffer,MESSAGE_HEADER_LENGTH,0);  
if (nRet ==MESSAGE_HEADER_LENGTH)               
{
   int nSizeOfPayload = //Get the length from pBuffer;
   char* pData = new Char(nSizeOfPayload );
   int nPayloadLen = recv(nSock, (char*)pData,nSizeOfPayload ,0); 
}

有效载荷中的可变长度数据

如果你的结构有字符串，你应该总是在字符串之前附加字符串的大小。

字节序

如果您要将数据包发送到在不同机器上运行的两个不同应用程序，您需要事先就如何表示字节达成一致，即您是要先发送 MSB 还是先发送 LSB。

【讨论】：

【解决方案3】：

直接将structs 写到网络上是非常干净、简单、整洁的……不幸的是，这是错误的。（无论如何，这并不能阻止很多人，包括许多应该更了解的人这样做）。

这有几个原因¹：

数据表示。这包括各种类型的大小、字节顺序和浮点格式等问题。您不能假设这些在连接的另一端与在您的一端相同。它们因架构而异。
结构布局。当 structs 的成员大小不均匀时，编译器通常会在它们之间添加不可见的填充 - 并且此填充的布局也因架构而异。位域是另一个结构布局变量。
规范化。特别是，指针成员通过套接字发送毫无意义——它们对另一方没有任何意义。您必须发送 它指向的内容。这方面的另一个方面是发送整个数组，其中只有一部分填充了有意义的值 - 未初始化的成员可能会泄漏您不希望它们的内存内容（无论如何发送它们是浪费的）。
部分读取。无论如何，您最终需要在读取时使用char * 指针，因为您可能必须在struct 中途恢复读取（例如，您的struct 可能有830 个字节长，但第一次读取仅返回500 个字节） .

解决此问题的正确方法是使用称为序列化的过程：对于您要通过网络发送的每个数据结构，您都有一个函数可以规范化内容并将它们打包成一个char 定义格式的缓冲区。这包括将整数转换为特定的字节序（htonl() 之类的函数在这里很有用）。还有一个相应的函数将char 缓冲区解压缩到struct 表单中，用于接收端。

有几个现有的序列化代码库 - 例如，谷歌的Protocol Buffers。

另一个可行的替代方法是将您的数据结构序列化为文本格式，例如 JSON。这对于故障排除非常有用，因为这意味着您的网络协议在某种程度上是人类可读的。

^{1.预料到一些反对意见：是的，大多数问题都有解决方法。但这就是它们的本质：变通方法，通常依赖于编译器特定的功能，抵消了大部分简单性的好处，而且仍然不完全可靠。}

【讨论】：