关于UDP接收icmp端口不可达(port unreachable)

有时候，写UDP socket程序的时候，在调用sendto或者recvfrom的时候，会发现有Connection refused错误返回，错误码是ECONNREFUSED。对于懂得socket接口但是不很很懂网络的人，可能这根本就不是个问题，他会根据错误码知道远端没有这个服务端口，正如socket api的man手册中描述的那样：
ECONNREFUSED
              A remote host refused to allow the network connection (typically because it is not running the requested service).
有时候无知真的是一种幸福！但是如果你十分精通TCP/IP栈，那么就想不通了，UDP既然无连接，怎么知道远端的情况呢？UDP不正如协议标准描述的那样，发出去就不管了吗？对于接收，没有数据就一直等，如果设置了NOWAIT，则直接返回EAGAIN，表示稍后再试。不管怎么说，也不会有ECONNREFUSED这么详细的信息返回才对啊。
        既然UDP不会从对端返回任何错误信息，那么一定有别的什么返回了，总不能凭空猜测啊。这就涉及到了网络协议设计中的数据平面和控制平面了，对于控制平面的消息，可以是带内传输，也可以是带外传输。对于TCP而言，无疑是带内传输的，因为它本身就是有连接的协议，协议本身会处理任何的错误和异常，然而对于UDP而言，因为其设计目的就是保持简单性，故不再附带有任何带内的控制消息逻辑，互联网上为了弥补这一类协议的控制逻辑的缺失，ICMP协议才显得尤为重要！实际上，ICMP，根据名称就可以看出它是一种专门的控制协议，控制和指示IP层发生的事件。
        ECONNREFUSED正是ICMP返回的！然而并不是所有的UDP socket都可以享用ICMP带来的错误提示，毕竟带外控制消息和协议本身的关联太松散了。UDP socket必须显式的connect对端才可以。现在问题又来了，既然UDP根本就是一个无连接的协议，connect的意义何在呢？这其实是socket接口设计的范畴，和协议本身没有任何关系，当一个UDP socket去connect一个远端时，并没有发送任何的数据包，其效果仅仅是在本地建立了一个五元组映射，对应到一个对端，该映射的作用正是为了和UDP带外的ICMP控制通道捆绑在一起，使得UDP socket的接口含义更加丰满。
        我们知道，ICMP错误信息返回时，ICMP的包内容就是出错的那个原始数据包，根据这个原始数据包可以找出一个五元组，根据该五元组就可以对应到一个本地的connect过的UDP socket，进而把错误消息传输给该socket，应用程序在调用socket接口函数的时候，就可以得到该错误消息。如果一个UDP socket没有调用过connect，那么即使有ICMP数据包返回，由于socket保持了UDP的完整语义，协议栈也就不保存关于该socket和对端关联的任何信息，因此也就无法找到一个特定的五元组将错误码传给它。
        以下是一个测试程序：

1. #include   
2. #include   
3. #include   
4. #include   
5. #include   
6. #include   
7. #include   
8. void test( int sd, struct sockaddr *addr, socklen_t len)  
9. {  
10.         char buf[4];  
11.         connect(sd, (struct sockaddr *)addr, len);  
12.         sendto(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);  
13.          perror("write");  
14.          sendto(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);  
15.          perror("write");  
16.          recvfrom(sd, buf, 4, 0, (struct sockaddr *)addr, len);  
17.          perror("read");  
18. }  
19. int main(int argc, char **argv)  
20. {  
21.         int sd;  
22.         struct sockaddr_in addr;  
23.         if(argc != 2) {  
24.                 exit(1);  
25.         }  
26.         bzero(&addr, sizeof(addr));  
27.         addr.sin_family = AF_INET;  
28.         addr.sin_port = htons(12345);  
29.         inet_pton(AF_INET, argv[1], &addr.sin_addr);  
30.         sd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
31.         test(sd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));  
32.         return 0;  
33. }  

编译为UDPclient，执行./UDPclient 192.168.1.20，注意，这个地址一定要是个IP可达的地址，才好测试。按照上面的理论，结果应该是：第一个sendto成功，然后192.168.1.20返回了：
ICMP 192.168.1.20 udp port 12345 unreachable, length 40
接下来第二个sendto返回：
write: Connection refused
由于第二次没有发送任何数据包到达192.168.1.20，所以也不能企望它返回ICMP错误信息，因此接下来的recvfrom调用会阻塞。
        最后的一个问题时，你不能太指望这个Connection refused以及一切带外返回的错误信息，因为你不能保证一定能收到远端发送的ICMP包，如果中间的某个节点或者本机禁掉了ICMP，socket api调用就无法捕获这些错误。

本文将讲解为什么服务器回复端口不可达，以及客户端socket 如何获取 端口不可达 信号。

首先，做为服务器，当一个报文经过查路由，目的ip是上送本机的时候，经过netfilter 判决后，

调用ip_local_deliver_finish，它根据ip头中的协议类型(TCP/UDP/ICMP/......)，调用不同的4层接口函数进行处理。

对于udp而言，handler 是udp_rcv，它直接调用了__udp4_lib_rcv，查找相应的sock，

如果sk不存在if(sk != NULL)，就回复icmp destination unreachable，函数非常简单

所以作为服务器，收到一个目的端口并未监听的报文，直接回复端口不可达。

那么作为客户端，如何处理服务器回复的 端口不可达 报文呢？

起始当初想法很简单，我认为，不同的协议之间是不会干涉的，即TCP和UDP直接是不会干涉的。

何况这种不伦不类的icmp？后来想错了。

作为客户端，端口不可达报文进入ip_local_deliver_finish，它调用icmp_rcv函数，进行处理。（其实这也是当初

我认为客户端udp不会对端口不可达数据进行相应的原因，因为udp处理流程是udp_rcv）。

icmp_rcv函数最重要的是 它调用了：icmp_pointers[icmph->type].handler(skb);

handler = icmp_unreach

icmp_unreach函数最终的一步，就是它最后一步：

是不是很像ip_local_deliver_finish？

是很像，只是ip_local_deliver_finish中，调用了ipprot->handler，而这里调用了ipprot->err_handler

对于udp，err_handler = udp_err = __udp4_lib_err

在该函数中，只有进入如下的流程，应用程序才会反应：

先决条件是inet->recverr为非0，或者inet->recverr为0但是udp处于TCP_ESTABLISHED状态。

否则应用程序休想收到该端口不可达的数据，应用程序就等着read超时吧。所以说，为了获取udp端口不可达的情况

有2种方法：

法1：

对udp进行connect操作，并且将sendto改成send

法2：

int val = 1;

setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_RECVERR , &val,sizeof(int));

udp获知端口不可达的源程序

#include
#include
#include
#include
unsigned char revc_buf[1024];

int main()
{
    int fd,ret,recv_len,size=1024;
    struct sockaddr_in server_addr,addr;
    int val = 1;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.2.254");
    server_addr.sin_port = htons(77);

    fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if(fd < 0)
    {
        perror("socket fail ");
        return -1;
    }

    printf("socket sucess\n");

        //方法2
    #if 1
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_RECVERR , &val,sizeof(int));
    if(sendto(fd, "nihao", strlen("nihao"), 0, (const struct sockaddr *)&(server_addr), sizeof(struct sockaddr_in))<0)
    {
        perror("sendto fail ");
        return -1;
    }
    printf("sendto sucess\n");
    recv_len = recvfrom(fd, revc_buf, sizeof(revc_buf), 0, (struct sockaddr *)&addr, (int *)&size);
    printf("recv_len:%d sucess\n");
    "font-size:18px;">"code" class="cpp">        //方法1
    #elif 0
    ret = connect(fd, (const struct sockaddr *) &(server_addr), sizeof (struct sockaddr_in));
    if(ret < 0)
    {
        printf("connect fail\n");
        return -1;
    }

    ret = send(fd, "ni hao", strlen("nihao"),0);
    if(ret < 0)
    {
        printf("write fail\n");
        return -1;
    }

    ret = recvfrom(fd, revc_buf, sizeof(revc_buf), 0, (struct sockaddr *)&addr, (int *)&size);
    if(ret < 0)
    {
        printf("read fail\n");
        return -1;
    }
    #endif
    close(fd);

    return 0;
}