在未连接的Socket上发送UDP数据报的方法

UDP数据报可以在未连接的socket上发送（使用sendto系统调用，指定目的地址），也可以在已连接的socket上发送（使用send系统调用，不用指定目的地址），下面我们分两种情况讨论。

下面是一个在未连接的socket上发送UDP数据的用户态程序示例（注：该程序的格式和风格相当不好，只是为临时测试使用。），该程序目前还只管发送，不处理接收，关于接收，我们后面再作分析：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "my_inet.h"
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
        int i;
        struct sockaddr_in dest;
        dest.sin_family = MY_PF_INET;
        dest.sin_port = htons(16000);
        dest.sin_addr.s_addr = 0x013010AC;  //目的地址是172.16.48.1(网络字节序)

        //创建UDP数据报服务的socket。
        int fd = socket( MY_PF_INET, SOCK_DGRAM, MY_IPPROTO_UDP );
        if( fd < 0 ){
            perror("socket: ");
            return -1;
        }
        int bwrite = sendto( fd, "abcdefg", 7, 0, (struct sockaddr *)&dest, sizeof(dest) );
        if( bwrite == -1 ){
            perror("send: ");
            close(fd);
            return -1;
        }
        printf("sendto: %d\n", bwrite);
        close( fd );
        return 0;
    }

创建socket的操作跟RAW协议的差不多，只有极少区别，内核中表示套接字的结构上的操作集，协议名略有不同而已。我们重点看sendto操作所引发的内核代码执行。sendto所到达的my_inet模块的第一站是myinet_sendmsg，一般来讲，该函数只要调用udp协议自己的udp_sendmsg即可，但在之前，它还有一样事情要完成，就是为这个socket执行绑定，这个绑定可能跟服务器端的bind系统调用有些区别。试想，如果我们用这个udp socket发送出去了一个数据报，但没有记录下这个udp socket，那等对端的回应数据报来的时候，我们就不知道哪个socket要接收这个数据报了。绑定就是记录这个udp socket。

myudp_hash是一个具有128项的哈希数组，每一项都是一个udp socket的链表，每个udp socket以自己的源地址端口号为哈希主键插入这个数组。源地址端口可以是用户自己指定的，也可以是由内核自动分配的。

内核自动分配的源端口号有一个范围，这个范围段似乎是由系统的内存大小决定的（具体有待进一步分析），如果内存大(似乎是有高端内存可用)，范围段是32768-61000，否则就是1024-4999。udp_port_rover是一个全局变量，初始值为范围段的下限，每次新分配端口，记录下新分配的端口号，下一次再分配时，在前一次的基础上加1，然后查询对应的myudp_hash中的项，如果该项的链表不为空，则找下一项，直至遍历整个数组，如果为空，则分配成功。所以，当连续分配128个端口后（数组中的128项中，链表全不为空），这个查询必然失败，最后遍历数组完成时，得到的端口号必然是前一次分配的端口号加127，然后，端口号每次加128，再查询对应的数组项，看该端口号有没有被使用掉。

这个描述可能有点模糊，简单总结一下就是：每次分配一个端口号，先在前一次分配值的基础上以1为步进值递增,如果对应的哈希数组中的链表为空，则肯定没有被使用过，直接使用。如果遍历完整个哈希表都没有空的链表，则要查询链表中的每一项，以得到未使用的端口。

用户自己指定一个端口，则我们到对应的哈希数组中的链表查询，如果已被使用，并且不能重用，则分配端口号失败。对用户自己指定的端口，没有范围段的限制。这个一般用于服务端，而自动分配端口用于客户端。

绑定完成后，myinet_sendmsg会调用myudp_sendmsg，它与myraw_sendmsg所执行的操作相差并不多。先查询输出路由，然后添加协议首部，最后发送数据包。与raw相比，udp要在IP首部前添加一个UDP首部。以下是UDP首部的定义：

struct udphdr {
            __u16   source;     //发送端端口号。
            __u16   dest;       //目的端端口号。
            __u16   len;        //UDP长度。
            __u16   check;      //UDP检验和。
        };

UDP是一个传输层协议，与下层的网络层协议相比，它不仅需要知道数据传输的两端的主机，还需要知道是主机上的哪个进程在进行数据传输，端口号其实就是用于标识发送进程和接收进程的。UDP长度是UDP头加上UDP数据的长度（不包括IP首部）。UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。

由于UDP数据报在未连接的socket上进行发送，所以每次进入myraw_sendmsg，都要进行输出路由的查询，以确定源地址和目的地址。但我们知道，路由是有缓存的，所以，并没有太多的额外开销。认为在未连接的socket上发送UDP数据报开销要大的观点并不完全正确。