《UNIX 网络编程-卷1》阅读笔记11: SCTP客户/服务器程序例子

作者: andylin02
学习章节: 第十章 SCTP客户/服务器程序例子
关键词： SCTP， 一到多套接字， 回射服务器， 流号递增， sctp_get_no_strms， 流序列号（SSN）， sctp_opt_info， 关联ID， 头端阻塞

一、章节概述

第十章是对第九章理论的实战验证。第九章详细介绍了SCTP的基本套接字API，本章则运用这些API编写一个完整的一到多式SCTP回射客户/服务器程序。

回射程序的核心步骤如下：

这个简单的程序背后，蕴含了SCTP多流特性的核心价值：解决头端阻塞问题。流序列号在每个流内独立递增，不同流间的数据即使乱序到达也不相互影响。

二、核心函数详解

2.1 sctp_opt_info——获取SCTP选项的跨平台方案

由于getsockopt无法可靠传递关联ID，SCTP提供了专用函数sctp_opt_info。getsockopt在SCTP中不可靠的原因在于：一到多套接字管理多个关联，而getsockopt无法指定要查询哪个关联。该函数可获取RTO参数、关联参数、状态信息等多种SCTP选项。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/sctp.h>

int sctp_opt_info(int sd, sctp_assoc_t id, int opt, void *arg, socklen_t *size);
// 返回值：成功返回0，失败返回-1

参数详解：

支持的选项类型：

应用示例：通过SCTP_PEER_ADDR_PARAMS选项将对端地址翻译为关联ID：

struct sctp_paddrparams sp;
bzero(&sp, sizeof(sp));
memcpy(&sp.spp_address, sa, salen);
sctp_opt_info(sock_fd, 0, SCTP_PEER_ADDR_PARAMS, &sp, &siz);
return sp.spp_assoc_id; // 返回关联ID

💡 关键理解：sctp_opt_info为那些不能使用getsockopt的系统提供了替代方案。对于一到多式套接字，必须指定关联ID来标识查询哪个关联。

2.2 sctp_peeloff——剥离关联到独立套接字

SCTP_PEELOFF分支出一个现有关联，生成一个一到一风格的新套接字，非常适合将高流量数据关联剥离出来单独处理。设计思想是：大多数短期请求仍由一到多套接字高效处理，长期高流量会话则剥离出来，避免阻塞其他关联。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/sctp.h>

int sctp_peeloff(int sd, sctp_assoc_t assoc_id);
// 返回值：成功返回新的套接字描述符，失败返回-1

剥离后的行为变化：

三、完整源代码分析

3.1 SCTP回射服务器

#include "unp.h"

int main(int argc, char **argv)
{
int sock_fd, msg_flags;
char readbuf[BUFFSIZE];
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
struct sctp_sndrcvinfo sri;
struct sctp_event_subscribe events;
int stream_increment = 1; // 是否每次把流号增加1
socklen_t len;
size_t rd_sz;

if (argc == 2)
stream_increment = atoi(argv[1]);

// 创建一到多式SCTP套接字
sock_fd = Socket(AF_INET, SOCK_SEQPACKET, IPPROTO_SCTP);

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(sock_fd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr));

// 预订数据I/O事件，以获取sctp_sndrcvinfo结构
bzero(&events, sizeof(events));
events.sctp_data_io_event = 1; // 仅预订此事件，获取消息到达所在的流号
Setsockopt(sock_fd, IPPROTO_SCTP, SCTP_EVENTS, &events, sizeof(events));

Listen(sock_fd, LISTENQ);

for ( ; ; ) {
len = sizeof(struct sockaddr_in);
rd_sz = Sctp_recvmsg(sock_fd, readbuf, sizeof(readbuf),
(SA *)&cliaddr, &len, &sri, &msg_flags);

// 流号递增逻辑
if (stream_increment) {
sri.sinfo_stream++;
// 达到最大流号时归零
if (sri.sinfo_stream >= sctp_get_no_strms(sock_fd, (SA *)&cliaddr, len))
sri.sinfo_stream = 0;
}

Sctp_sendmsg(sock_fd, readbuf, rd_sz, (SA *)&cliaddr, len,
sri.sinfo_ppid, sri.sinfo_flags, sri.sinfo_stream, 0, 0);
}
}

💡 关键设计：服务器通过SCTP_EVENTS选项预订sctp_data_io_event，允许服务器从sri结构中获取消息到达所在的流号。

3.2 SCTP回射客户端

#include "unp.h"

int main(int argc, char **argv)
{
int sock_fd;
struct sockaddr_in servaddr;
struct sctp_event_subscribe events;
int rd_sz;
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];
struct sctp_sndrcvinfo sri;
int stream_no, msg_flags;

if (argc != 2)
err_quit("usage: sctpcli <IPaddress>");

sock_fd = Socket(AF_INET, SOCK_SEQPACKET, IPPROTO_SCTP);

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);

// 预订事件以接收流信息
bzero(&events, sizeof(events));
events.sctp_data_io_event = 1;
Setsockopt(sock_fd, IPPROTO_SCTP, SCTP_EVENTS, &events, sizeof(events));

// 隐式关联建立：第一个sendto触发四路握手
while (Fgets(sendline, MAXLINE, stdin) != NULL) {
// 解析[#]格式，提取流号
if (sscanf(sendline, "[%d]%s", &stream_no, sendline) != 2)
err_quit("Invalid format: use [#]text");

// 在指定流号上发送
Sctp_sendmsg(sock_fd, sendline, strlen(sendline),
(SA *)&servaddr, sizeof(servaddr),
0, 0, stream_no, 0, 0);

// 接收回射（包含sri信息）
rd_sz = Sctp_recvmsg(sock_fd, recvline, sizeof(recvline),
NULL, NULL, &sri, &msg_flags);
recvline[rd_sz] = 0;
printf("(strm=%d, ssn=%d): %s",
sri.sinfo_stream, sri.sinfo_ssn, recvline);
}

Close(sock_fd);
return 0;
}

💡 关键理解：流序列号（SSN）在特定流内唯一，不同流间可以重复，每条进入流的新消息都会获得一个递增的流序列号。

四、关键图表

4.1 SCTP服务器程序流程图

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SCTP一到多式回射服务器流程图 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ socket() │ ← AF_INET + SOCK_SEQPACKET + IPPROTO_SCTP │
│ │ (创建套接字) │ 创建一到多式SCTP套接字 │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ bind() │ ← 绑定通配地址(INADDR_ANY) + 知名端口 │
│ │ (绑定地址) │ │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ SCTP_EVENTS │ ← 预订sctp_data_io_event，获取sctp_sndrcvinfo │
│ │ (预订事件) │ │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ listen() │ ← 转换为被动套接字 │
│ │ (监听) │ │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 无限循环 │ │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ sctp_recvmsg │ ← 接收消息，获取流号（存在sri.sinfo_stream） │
│ │ (接收消息) │ │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 流号递增处理 │ ← sri.sinfo_stream++ │
│ │ (可选) │ 若超过最大流号，调用sctp_get_no_strms获取上限后归零 │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ sctp_sendmsg │ ← 在新流号上发回消息 │
│ │ (回射数据) │ │
│ └──────────────┘ │
│ │ │
│ └──────────────→ 循环继续等待下一条消息 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

4.2 流号递增与SSN示意图

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 流号递增与流序列号(SSN)示意图 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 客户端流0 服务器回射到流1 │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ 消息A(SSN=5)├───────────→│ 消息A(SSN=5)│ ← SSN保持 │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │
│ 客户端流1 服务器回射到流2 │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ │
│ │ 消息B(SSN=8)├───────────→│ 消息B(SSN=8)│ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ │
│ │
│ 流号递增规律： │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 输入流号 → 输出流号（输入流号 + 1） │ │
│ │ 若达到最大流号（MAXSTREAMS）→ 归零 │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ SSN特性：每个流独立维护自己的SSN计数器；流内SSN单调递增；不同流的SSN独立 │
│ │
│ 多流如何解决头端阻塞？ │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ TCP单流：流1消息1丢失 → 流1消息2/3/4全部阻塞等待重传 │ │
│ │ SCTP多流：流1消息1丢失 → 仅流1阻塞，流2/3/4正常递送 │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

4.3 sctp_get_no_strms函数实现

该函数通过SCTP_STATUS套接字选项获取关联中商定的流数目：

#include "unp.h"

int sctp_get_no_strms(int sock_fd, struct sockaddr *to, socklen_t tolen)
{
int retsz;
struct sctp_status status;

retsz = sizeof(status);
bzero(&status, sizeof(status));
// 将对端地址转换为关联ID
status.sstat_assoc_id = sctp_address_to_associd(sock_fd, to, tolen);
Getsockopt(sock_fd, IPPROTO_SCTP, SCTP_STATUS, &status, &retsz);
return (status.sstat_outstrms); // 返回外出流数目
}

五、SCTP通知与关联管理

5.1 SCTP_ASSOC_CHANGE通知

当关联状态发生变化时，应用程序会收到此通知。

所有通知均提供sac_assoc_id字段，用于标识受影响的关联。

5.2 关联终止方式对比

六、本章练习题精解

习题10.1

问题：在dg_echo函数中，如果发送的数据报长度超过了接收缓冲区的大小，会发生什么？

答案：数据报将被截断，超出部分被丢弃。应用程序只能收到缓冲区大小以内的数据，无法知道数据是否完整。

习题10.2

问题：为什么UDP服务器不需要调用listen和accept？

答案：因为UDP是无连接的协议，不存在“建立连接”的概念。服务器只需创建UDP套接字并绑定端口，即可通过recvfrom接收任何客户发送的数据报。

习题10.3

问题：UDP套接字调用connect后，对发送和接收行为有什么影响？

答案：三个变化：

习题10.4

问题：UDP客户端调用connect后，如何实现与多个不同服务器的通信？

答案：可以多次调用connect。切换到新服务器只需再次调用connect，传入新服务器地址。要恢复到未连接状态，将connect第二个参数的sin_family设为AF_UNSPEC。

习题10.5

问题：为什么UDP没有发送缓冲区，而TCP有？

答案：TCP需要可靠传输，发送数据必须保留在缓冲区中，直到收到ACK确认后才能删除。UDP是不可靠传输，发送后不需要保留数据副本，因此不需要实质的发送缓冲区。UDP写成功返回只表示数据已传递到链路层输出队列。

七、本章小结

7.1 核心知识点回顾

7.2 本章思维导图

第十章 SCTP客户/服务器程序例子
├── 程序功能
│ ├── 客户输入[#]text → 服务器在新流号上回射
│ └── 客户打印流号和SSN
├── 服务器实现
│ ├── socket(AF_INET, SOCK_SEQPACKET, IPPROTO_SCTP)
│ ├── bind → listen → 循环
│ ├── sctp_recvmsg获取流号和sri
│ ├── 流号递增（可选）→ sctp_get_no_strms
│ └── sctp_sendmsg回射
├── 客户端实现
│ ├── 解析[#]提取流号
│ ├── sctp_sendmsg发送
│ ├── sctp_recvmsg接收
│ └── 打印流号和SSN
├── 关键函数
│ ├── sctp_opt_info（跨平台获取选项，需关联ID）
│ ├── sctp_peeloff（剥离关联）
│ ├── sctp_get_no_strms（获取最大流数）
│ └── sctp_address_to_associd（地址→关联ID）
└── SCTP优势总结
├── 多流 → 解决头端阻塞
├── 多宿 → 路径冗余
└── 消息边界 → 保留记录边界

八、下一章预告

📌 下一篇：《UNIX网络编程》读书笔记（十一）：第十一章 名字与地址转换

第十一章将详细讲解：

学习目标：学完第十一章后，你将能够——

• 编写协议无关的网络程序
• 使用getaddrinfo正确处理IPv4和IPv6
• 理解名称解析函数的可重入性及其影响
• 通过服务名（如"http"）而非硬编码端口号编写可移植程序

敬请期待！

参考资料

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