使用C语言通过TCP连接端口

Question

我对套接字和任何网络编程都只有99％的了解，请谅解。

我希望能够连接到本地机器（192.168.0.1）上的端口（在此情况下为2111）。然后，我计划发送和接收基本信息，但这是另一天的事情。

目前，我尝试了以下内容：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int sd;
    int port;
    int start;
    int end;
    int rval;
    struct hostent *hostaddr;
    struct sockaddr_in servaddr;

    start = 2111;
    end   = 2112;
    for(port = start; port <= end; port++)
    {
        sd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        if(sd == -1)
        {
            perror("Socket()\n");
            return (errno);
        }

        memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));

        servaddr.sin_family = AF_INET;
        servaddr.sin_port = htons(port);

        hostaddr = gethostbyname("192.168.0.1");

        memcpy(&servaddr.sin_addr, hostaddr->h_addr, hostaddr->h_length);

        rval = connect(sd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
        if(rval == -1)
        {
            printf("Port %d is closed\n", port);
            close(sd);
        }
        else printf("Port %d is open\n", port);

        close(sd);
    }

    return 0;
}

然而，我的connect()调用会挂起约90秒，然后返回-1。

该设备直接连接到我Mac Mini的以太网口，制造商已经确认端口为2111或2112。

我做错了什么？另外，能用ELI5（以5岁孩子能理解的方式）解释一下吗？我最好通过例子理解。

- RileyE

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监听该端口的进程是否在执行此程序的同一台机器上？ - dari

@usr，我很想为你提供答案，但是我不知道该怎么回答。我甚至不知道你的意思是什么。 - RileyE

gethostbyname接受域名作为参数，并返回其相应的IP地址。你提供了一个IP地址。如果你使用Linux，一定要进行适当的错误处理。例如，使用perror方法。它能让你知道具体的错误信息。 - awatan

@mctylr 实际上，如果没有服务器在侦听，响应应该是立即的 ECONNREFUSED。 90秒超时更可能是完全无法到达远程服务器的故障。 - Alnitak

@RileyE，你认为机器为什么在192.168.0.1上？它是硬编码的吗？还是Mac上有DHCP服务器？如果是硬编码的，你如何配置Mac上的NIC？ - Alnitak

Answer 1

当您调用connect()连接主机时，您的计算机会发送一个SYN数据包来开始TCP连接的三次握手。从这里开始，有三种可能的情况：

1. 如果该对等体正在监听该端口，则它会用SYN+ACK数据包进行响应，你的计算机会回复一个最终的ACK数据包，建立连接，connect()函数将成功返回。
2. 如果该对等体未在该端口上进行监听，则它会用ICMP数据包进行响应，并指示该端口关闭，这将导致你的connect()函数几乎立即失败，并显示错误消息ECONNREFUSED（拒绝连接）。在正常情况下，这需要1个网络往返时间（RTT），通常为几十毫秒或几百毫秒。
3. 如果你的计算机从未接收到合适的SYN+ACK TCP数据包或拒绝连接的ICMP数据包，则它会认为其原始的SYN数据包在网络中某处丢失，并尝试重新发送SYN数据包多次，直到收到其中之一或达到操作系统相关的超时时间，在此过程中，connect()函数将失败，并显示ETIMEDOUT错误代码。这通常需要1-2分钟，具体取决于操作系统及其TCP设置。

显然，你正在遇到第三种情况。这可能是由几个不同的问题引起的：

1. 您原始的SYN数据包在网络中丢失，可能是由于故障链接、过载路由器或防火墙
2. 对等方的SYN+ACK或ICMP响应数据包在网络中丢失，可能是由于故障链接、过载路由器或防火墙
3. 目标地址可能无法路由/无法到达
4. 对等方可能未能正确响应SYN+ACK或ICMP数据包

如果您直接通过以太网连接设备，则排除了#1和#2。#4可能存在，但我认为#3是最有可能的解释。

关于数据包路由的简要说明

您的计算机具有多个网络接口-以太网（有时是多个以太网接口）、Wi-Fi、环回设备、VPN隧道等。每当您创建套接字时，它必须绑定到一个或多个特定的网络接口，以便操作系统知道实际发送数据包的NIC。对于服务器的侦听套接字，通常将其绑定到所有网络接口（以侦听所有连接），但也可以将其绑定到特定的网络接口以仅在该接口上侦听。

对于客户端套接字，当您将它们连接到其他对等方时，通常不会将它们绑定到特定的接口。默认情况下，您的计算机使用其内部路由表以及目标IP地址来确定要使用哪个网络接口。例如，如果您有一个网关机器，其中两个NIC之一连接到具有IP 54.x.y.z的公共Internet，另一个连接到具有IP 192.168.1.1的内部私有网络，则该机器很可能具有路由表，指示“对于目标为192.168.0.0/16的数据包，请使用NIC 2，对于所有其他数据包，请使用NIC 1”。如果您想绕过路由表，可以在调用connect()之前，在套接字上调用bind()，将套接字绑定到您想要的网络接口。

将所有内容结合起来，这对您意味着什么？首先，请确保192.168.0.1实际上是您应该连接到的正确目标地址。如何确定该地址？您的计算机是否充当DHCP服务器，将该地址分配给其他主机？该主机是否使用静态IP配置？

接下来，请确保您的路由表是正确的。如果另一台机器分配了静态IP地址，那么您的Mac可能不知道如何路由到该目标，并且可能正在尝试通过错误的接口进行路由。您可以使用route(8)实用程序在Mac OS X上手动调整路由，但这些在每次重新启动时都会重置; 此博客文章展示了使用启动项自动添加新路由的示例。您需要使用与连接到目标主机的以太网接口相关联的IP地址。

另外，除了使用路由表之外，您还可以在connect()之前在套接字上调用bind()以绑定到要使用的接口的本地地址，但是这对于其他程序而言可能无效，除非它们也提供了该功能。例如，curl(1)实用程序允许您传递--interface <name>命令行标志以将其指向绑定到特定接口。

- Adam Rosenfield

Answer 2

基本上，connect() 失败了（检查 errno 以获取失败原因）。

您可以考虑实现某种连接超时。要做到这一点，将套接字设置为非阻塞模式。然后调用 connect()，再使用 select() 等待带有超时的响应。

SPOILER 适用于 Linux 的 ConnectWithTimeout() 示例

- Mahonri Moriancumer