Header 对 UDP 套接字使用字节有限制

Question

我正在为一个使用字节有限制的 UDP 套接字做一个 Header。

| Packet ID (1 byte) | Packet Size (2 bytes) | Subpacket ID (1 Byte) | etc

我做了一个结构来存储这种属性，例如：

typedef struct WHEATHER_STRUCT
{
   unsigned char packetID[1];
   unsigned char packetSize[2];
   unsigned char subPacketID[1];
   unsigned char subPacketOffset[2];
   ...
} wheather_struct;

我使用 new 初始化了这个结构并更新了值。问题是我是否只想在数据包大小属性中使用 2 个字节。下面我写的这两种形式哪个是正确的？

*weather_struct->packetSize = '50';

或

*weather_struct->packetSize = 50;

Answer 1

两者都不正确，您需要将这两个字节视为一个 16 位数字。您可能还需要考虑网络流与您的处理器架构的不同字节序（取决于协议，大多数是大字节序）。

因此正确的代码是：

*((uint16_t*)weather_struct->packetSize) = htons(50);

如果 packetSize 是 uint16_t 开始的话会更简单：

weather_struct->packetSize = htons(50);

Answer 2

如果您可以使用 C++11 和 gcc（或 clang），那么我会这样做：

typedef struct WHEATHER_STRUCT
{
   uint8_t packetID;
   uint16_t packetSize;
   uint8_t subPacketID;
   uint16_t subPacketOffset;
   // ...
}  __attribute__((packed)) wheather_struct;

如果您不能使用 C++11，那么您可以使用 unsigned char 和 unsigned short。

如果您使用的是 Visual C，那么您可以：

#pragma pack (push, 1)
typedef struct ...
#pragma (pop)

还要注意字节顺序问题，具体取决于您需要支持的架构。您可以使用 htons() 和 ntohs() 来克服这个问题。

Wandbox

现场演示

Answer 3

从 IP 数据包中打包和解包数据是一个与互联网本身一样古老的问题（事实上，更古老）。

不同的机器架构有不同的表示整数的布局，这可能会导致机器之间通信时出现问题。

出于这个原因，IP 堆栈对 'network byte order' 中的整数编码进行了标准化（这基本上意味着最高有效字节在前）。

存在将网络字节顺序的值转换为本机类型的标准函数，反之亦然。我敦促您考虑使用这些，因为这样您的代码将更加便携。

此外，从程序的角度抽象数据表示是有意义的。 c++ 编译器可以非常有效地执行转换。

示例：

#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <cstdint>

typedef struct WEATHER_STRUCT
{
   std::int8_t packetID;
   std::uint16_t packetSize;
   std::uint8_t subPacketID;
   std::uint16_t subPacketOffset;
} weather_struct;


const std::int8_t* populate(weather_struct& target, const std::int8_t* source)
{
    auto get16 = [&source]
    {
        std::uint16_t buf16;
        std::memcpy(&buf16, source, 2);
        source += 2;
        return ntohs(buf16);
    };
    target.packetID = *source++;
    target.packetSize = get16();
    target.subPacketID = *source++;
    target.subPacketOffset = get16();
    return source;
}

uint8_t* serialise(uint8_t* target, weather_struct const& source)
{
    auto write16 = [&target](std::uint16_t val)
    {
        val = ntohs(val);
        std::memcpy(target, &val, 2);
        target += 2;
    };

    *target++ = source.packetID;
    write16(source.packetSize);
    *target++ = source.subPacketID;
    write16(source.subPacketOffset);
    return target;
}

https://linux.die.net/man/3/htons

这是上面的 c++17 版本的 link：

https://godbolt.org/z/oRASjI

关于转换成本的进一步说明：

数据进入或离开您的程序是每个负载发生一次的事件。在这里承受转换成本会导致微不足道的惩罚。

一旦数据到达您的程序，或者在它离开之前，您的代码可能会对其进行多次操作。

如果数据未按自然字边界对齐，则某些处理器架构在数据访问期间会遭受巨大的性能损失。这就是 packed 等属性存在的原因——编译器正在尽其所能避免数据未对齐。使用打包属性无异于故意告诉编译器生成非常次优的代码。

出于这个原因，我建议不要对程序逻辑将引用的数据使用打包结构（例如 __attribute__((packed)) 等）。

与 RAM 相比，网络速度要慢很多个数量级。与实际传输它的成本相比，在编码或解码网络数据包时的微小性能损失（字面意思是纳秒）是微不足道的。

打包结构会导致程序代码出现可怕的性能问题，并且经常会导致令人头疼的可移植性问题。

Header 对 UDP 套接字使用字节有限制

Header with restrictions using bytes for an UDP Socket

c++

sockets

udp

header