UDP通信の基礎

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Chapter 3
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3
UDP 通 信 の 基 礎
4
UDPの 特 徴 は 信 頼 性 を 犠 牲 としたリアルタイム 性 です。サーバに
負 荷 をかけずに 多 くの 受 信 者 にパケットを 送 信 できるブロードキャ
ストやマルチキャストが 利 用 できるため、 音 声 や 映 像 を 転 送 するア
プリケーションなどに 使 われます。また、DNSに 対 するqueryにも 使
われています。
Chapter 3では、まず 最 初 にUDPによる 単 純 な 受 信 サンプルと 送
信 サンプルを 示 し、 次 にブロードキャストとマルチキャストによる
サンプルプログラムを 示 します。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
3-1
UDP
ネットワークプログラミングでTCPの 次 に 多 い 通 信 方 法 がUDPだと 思 われます。
UDPはデータが 宛 先 に 届 いたかどうかを 関 知 しないため、データの 到 着 を 保 障 しない 点 が
TCPと 異 なります。そのため、UDPを 使 った 通 信 を 行 うプログラムを 書 く 場 合 には、パケット
がネットワークの 途 中 で 消 えてしまうことも 想 定 しなくてはなりません。 確 実 にデータを 届 け
たいアプリケーションではTCPを 使 うのが 一 般 的 です。
このように 紹 介 するとUDPは 使 いにくいだけと 思 うかもしれませんが、もちろん 利 点 もあり
ます。
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■
■
■
複 数 の 相 手 に 同 時 にデータを 送 信 できる(ブロードキャスト/マルチキャスト)
TCPよりもリアルタイム 性 が 高 い
メッセージの 境 界 が 明 確
TCPよりもNATを 超 えやすい(P2Pの 場 合 )
このように、UDPにはTCPにない 利 点 があり、これらを 生 かしたアプリケーションに 使 われ
るのが 一 般 的 です。UDPを 使 ったアプリケーションの 例 として、 映 像 や 音 声 のストリーミング
やIP 電 話 などのVoIP(Voice over IP)などが 挙 げられます。 音 声 などを 使 って 通 話 をするアプ
リケーションは、すべての 音 が 正 しく(オリジナルデータに 忠 実 に) 届 くことよりもリアルタイ
ム 性 が 重 視 されます。 相 手 の 声 がわかっても、 会 話 にならないのは 困 るというわけです。
メッセージの 境 界 が 明 確 である 点 もUDPの 特 徴 のひとつです。TCPの 場 合 は、 連 続 的 なスト
リームとしてデータが 扱 われるため、アプリケーションが 途 中 で 数 バイト 間 違 えてデータを 読
み 込 んでしまうと、 二 度 とデータの 整 合 性 が 取 れなくなる 場 合 があります( 読 み 込 みだけでは
なく 書 き 込 み 側 が 数 バイトデータを 間 違 える 場 合 も 同 様 です)。 一 方 、UDPの 場 合 は 各 メッセー
ジが 独 立 したパケットとして 扱 われるため、 個 別 のデータ 境 界 が 明 確 となり、 途 中 でデータ 読
み 込 みに 失 敗 しても 次 から 復 帰 することが 容 易 になります。
最 後 に、UDPはNAPT(NAT)に 強 いという 特 徴 もあります。 通 信 を 行 う 両 端 がNATの 裏 側
に 存 在 した 場 合 、TCPでは 接 続 を 確 立 するのが 困 難 ですが、UDPでSTUN(Simple Traversal
of UDP through NATs)などを 活 用 することで 通 信 できる 場 合 があります。その 仕 組 みはプロ
グラミングとは 関 係 が 薄 いのでここでは 割 愛 します。 興 味 のある 方 はネットワーク 系 技 術 書 籍
などをご 覧 ください。
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まず、 最 初 の 利 点 として「 複 数 の 相 手 に 同 時 にデータ 送 信 ができる」ことが 挙 げられます。
Chapter 1で 解 説 したように、IPの 通 信 形 態 には、「ユニキャスト」「ブロードキャスト」「マル
チキャスト」の3 種 類 があります ( 注 3-1) 。
TCPでは1 対 1の 通 信 しかできないため、このうちユニキャストしかサポートしていません。
それに 対 してUDPでは、ひとつデータパケットを 送 ればネットワークで 必 要 に 応 じて 増 やして
送 ってくるブロードキャストやマルチキャストが 利 用 できます。 送 信 側 は 受 信 者 数 に 関 係 なく
必 要 最 小 限 のパケットだけ 送 っていれば、あとはネットワークが 適 切 に 処 理 をしてくれるため、
送 信 側 のアプリケーションの 負 荷 を 大 きく 軽 減 できます。
第 二 の 利 点 としては「リアルタイム 性 」が 挙 げられます。TCPはデータの 到 着 を 保 障 するため、
ネットワーク 内 でパケットが 消 えると 再 送 します。この 再 送 によって、リアルタイム 性 が 損 な
われることがあります。また、TCPはネットワークが 混 雑 しているとデータ 送 信 量 を 減 らす「 輻
輳 (ふくそう) 制 御 」を 行 います。この 輻 輳 制 御 によっても、TCPのリアルタイム 性 が 損 なわれ
ています。
一 方 、UDPにはリアルタイム 性 を 損 なう 再 送 や 輻 輳 制 御 がないため、UDPはTCPよりもリ
アルタイム 性 が 高 くなります。ただし、UDPには 輻 輳 制 御 が 必 要 ないわけではないのでご 注 意
ください。TCPは 輻 輳 制 御 機 構 がユーザアプリケーションでは 関 知 できない 部 分 ( 下 層 レイヤ)
で 行 われるため、アプリケーションに 工 夫 の 余 地 はありません。 他 方 で、UDPではアプリケー
ションごとに 最 適 な 輻 輳 制 御 機 構 を 設 計 し、 構 築 できるという 特 徴 があります。
3-2
UDP
UDPでは、TCPのように 接 続 を 確 立 してから 通 信 を 始 めるようなことは 行 いません。そのた
め、どちらがサーバでどちらがクライアントか 直 感 的 にわからない 場 合 があります。 本 書 では
UDPに 関 してはサーバ/クライアントという 表 現 をせずに、「UDP 送 信 プログラム」「UDP 受 信
プログラム」という 表 現 をしていきます( 図 3-1)。
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注 3-1:ただし、IPv6にはブロードキャストはありません。 代 わりに、IPv6には「エニーキャスト」があります(エニー
キャストについては 本 書 では 割 愛 します)。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
3-1
UDP の 通 信
List 3-1
recvfrom()システムコール
#include
#include
ssize_t recvfrom(
int s,
void *buf,
size_t len,
int flags,
struct sockaddr *from,
socklen_t *fromlen
);
/* ソケットのファイルディスクリプタ*/
/* 受 信 データを 取 得 するためのバッファ*/
/* bufのサイズ */
/* 受 信 するときの 挙 動 を 指 定 するためのフラグ */
/* 宛 先 に 関 する 情 報 を 取 得 するためのsockaddr 構 造 体 */
/* fromの 大 きさ */
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List 3-2
recv()システムコール
単 純 な UDP 受 信 プログラム
UDP 通 信 を 行 うプログラムは、 受 信 と 送 信 で 異 なります。 最 初 にUDP 受 信 プログラムを 説
明 します。
UDP 受 信 プログラムは、 特 定 のIPアドレス+UDPポート 番 号 でパケットを 待 ち 続 けます。 手
順 は 以 下 のとおりです。
■
■
■
■
ソケットを 作 る
IPアドレスとポートを 設 定 する
ソケットに 名 前 を 付 ける(bind()する)
データを 受 け 取 る
UDPを 利 用 したソケットプログラミングでは、データを 受 信 する 方 法 としてrecvfrom()や
recv()システムコールを 利 用 することが 一 般 的 です。 両 者 の 主 な 違 いは、 送 信 側 の 情 報 を 毎
回 取 得 できるかどうかです。
recvfrom()とrecv()の 各 システムコールは、 以 下 のように 宣 言 されています。
#include
#include
ssize_t recv(
int s,
void *buf,
size_t len,
int flags
);
flagsのパラメータとしては、
■
■
■
■
■
■
■
MSG_CMSG_CLOEXEC
MSG_DONTWAIT
MSG_ERRQUEUE
MSG_OOB
MSG_PEER
MSG_TRUNC
MSG_WAITALL
/* ソケットのファイルディスクリプタ */
/* 受 信 データを 取 得 するためのバッファ*/
/* bufのサイズ */
/* 受 信 するときの 挙 動 を 指 定 するためのフラグ */
などが 指 定 可 能 です。これらはビット 表 現 されているので、 複 数 の 論 理 和 をとったものを 指 定
できます。 詳 細 はman 2 recvfromをご 覧 ください。
fromlenはINとOUTの 双 方 で 利 用 されるため、ポインタで 渡 します。recv()あるいはrecvfrom
()を 行 う 前 にfromlenのための 変 数 にfromのサイズを 代 入 することでカーネルにfromのサイズ
を 知 らせ、カーネルは 取 得 されたfromのサイズをfromlenの 実 体 に 代 入 します。
recv()とrecvfrom()は、 成 功 すると 受 信 したバイト 数 を 返 します。エラーの 場 合 には-1を
返 し、errnoが 設 定 されます。
さっそく 簡 単 なUDP 受 信 プログラムのサンプルを 以 下 に 示 します。ここでは、recvfrom()
システムコールを 利 用 しています。 繰 り 返 しますが、コードを 簡 単 にするためエラー 処 理 は 省
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
いてあります。 実 際 にコードを 書 く 場 合 にはエラー 処 理 も 行 ってください。
List 3-3
単 純 な UDP 受 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
struct sockaddr_in senderinfo;
socklen_t addrlen;
char buf[2048];
int n;
単 純 な UDP 送 信 プログラム
UDP 送 信 プログラムは、 特 定 のIPアドレス+UDPポート 番 号 で 待 っているアプリケーショ
ンに 対 して、パケットを 送 信 します。
■
■
ソケットを 作 る
宛 先 を 指 定 して 送 信 する
UDPを 利 用 したソケットプログラミングでは、データを 送 信 する 方 法 としてsendto()や
send()システムコールを 利 用 することが 一 般 的 です。
sendto()とsend()の 各 システムコールは、 以 下 のように 宣 言 されています。
List 3-4
sendto()システムコール
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sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(sock, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
addrlen = sizeof(senderinfo);
n = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf) - 1, 0,
(struct sockaddr *)&senderinfo, &addrlen);
write(fileno(stdout), buf, n);
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3
#include
#include
ssize_t sendto(
int s,
/* ソケットのファイルディスクリプタ */
const void *buf,
/* 送 信 するデータを 含 むバッファ */
size_t len,
/* bufのサイズ */
int flags,
/* 送 信 するときの 挙 動 を 指 定 するためのフラグ */
const struct sockaddr *to, /* 宛 先 に 関 する 情 報 を 示 すsockaddr 構 造 体 */
socklen_t tolen
/* toの 大 きさ*/
);
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}
close(sock);
return 0;
4
List 3-5
send()システムコール
#include
#include
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上 記 UDP 受 信 プログラムは、UDP 送 信 プログラムから 送 られてきたデータを 表 示 して 終 了
します。Chapter 2で 解 説 したTCPによる 通 信 プログラムよりもシンプルであることがわかる
でしょう。
まず 最 初 に、IPv4のUDPソケットを 作 成 しています(1)。AF_INET+SOCK_DGRAMの 組 み 合
わ せ がIPv4のUDPで あ る こ と を 示 し て い ま す。 次 にUDPソ ケ ッ ト に 対 し て の 設 定 値 を
sockaddr_inに 対 して 代 入 し(2)、ソケットをbind()しています。
データを 受 信 し、 受 信 したデータを 表 示 しています(3)。recvfrom()のサイズを「sizeof(buf)
−1」に 指 定 しているのは、 最 後 の1バイトを 必 ず「\0」にするためです。これを 行 わないと、 次
にくるprintfと% sの 組 み 合 わせでバッファオーバフローを 発 生 させる 可 能 性 があります。
最 後 に、ソケットを 閉 じています(4)。
ssize_t send(
int s,
const void *buf,
size_t len,
int flags
);
/* ソケットのファイルディスクリプタ */
/* 送 信 するデータを 含 むバッファ */
/* bufのサイズ */
/* 送 信 するときの 挙 動 を 指 定 するためのフラグ */
両 者 の 違 いは、send()システムコールがソケットが 接 続 状 態 (すでにconnect()した 状 態 )
であることを 要 求 する 点 です。 接 続 状 態 にあるソケットであればwrite()システムコールによ
るデータ 送 信 も 可 能 ですが、send()とwrite()の 違 いはflagsを 指 定 できるか 否 かになります。
そのため、flagsに0を 指 定 したsend()システムコールは、write()と 同 じ 挙 動 になります。
flagsのパラメータとしては、
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
■
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■
■
■
■
MSG_CONFIRM
MSG_DONTROUTE
MSG_DONTWAIT
MSG_EOR
MSG_MORE
MSG_NOSIGNAL
MSG_OOB
などを 指 定 可 能 です。これらはビット 表 現 されているので、flagsパラメータには 複 数 の 論 理 和
をとったものを 指 定 できます。
sendto()とsend()は、 成 功 すると 送 信 されたバイト 数 を 返 します。エラーの 場 合 には-1を
返 し、errnoが 設 定 されます。errnoの 値 としては 以 下 のものがあり 得 ます。
3-2
EACCES
errno 値
EAGAINまたはEWOULDBLOCK
EBADF
ECONNRESET
EDESTADDRREQ
EFAULT
EINTR
EINVAL
内 容
ソケット・ファイルへの 書 き 込 み 許 可 がなかったか、パス 名 へ 到 達 するまでの
ディレクトリのいずれかに 対 する 検 索 許 可 がなかった
ソケットが 非 停 止 に 設 定 されており、 要 求 された 操 作 が 停 止 した
無 効 なディスクリプタが 指 定 された
接 続 が 接 続 相 手 によりリセットされた
ソケットが 接 続 型 (connection-mode)ではなく、かつ 送 信 先 のアドレスが 設 定
されていない
ユーザ 空 間 として 不 正 なアドレスがパラメータとして 指 定 された
データが 送 信 される 前 に、シグナルが 発 生 した
不 正 な 引 数 が 渡 された
EISCONN 接 続 型 ソケットの 接 続 がすでに 確 立 していたが、 受 信 者 が 指 定 されていた ( 注 3-2)
EMSGSIZE
そのソケット 種 別 ではソケットに 渡 されたままの 形 でメッセージを 送 信 する 必
要 があるが、メッセージが 大 きすぎるため 送 信 できない
ENOBUFS ネットワークインターフェースの 出 力 キューがいっぱいである ( 注 3-3)
ENOMEM
ENOTCONN
ENOTSOCK
EOPNOTSUPP
EPIPE
sendto()と send()の errno 値 (man 2 sendto より)
メモリが 足 りない
ソケットが 接 続 されておらず、 接 続 先 も 指 定 されていない
引 数 s がソケットでない
引 数 flagsのいくつかのビットが、そのソケット 種 別 では 不 適 切 なものである
接 続 指 向 のソケットでローカル 側 が 閉 じられている。この 場 合 、MSG_NOSIG
NALが 設 定 されていなければ、プロセスにはSIGPIPE も 同 時 に 送 られる
単 純 なUDP 送 信 プログラムのプログラムを 以 下 に 示 します。ここではUDPソケットに 対 す
るconnect()を 行 わないので、sendto()システムコールを 利 用 しています。 実 行 ファイル 名 を
注 3-2: 現 在 のところ、この 状 況 では、このエラーが 返 されるか 受 信 者 の 指 定 が 無 視 されるかのいずれかとなります。
注 3-3: 一 般 的 には、 一 時 的 な 輻 輳 (congestion) のためにインターフェースが 送 信 を 止 めていることを 意 味 します。 通
常 、Linuxではこのようなことは 起 こりません。デバイスのキューがオーバーフローした 場 合 にはパケットは
黙 って 捨 てられます。
「a.out」としてコンパイルした 場 合 、「./a.out 127.0.0.1」のように 宛 先 IPv4アドレスを 指
定 して 実 行 してください。
List 3-6
単 純 な UDP 送 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
int
main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
int n;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage : %s dstipaddr\n", argv[0]);
return 1;
}
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &addr.sin_addr.s_addr);
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
close(sock);
return 0;
}
上 記 UDP 送 信 プログラムは、UDP 受 信 プログラムに 対 してデータを 送 信 して 終 了 します。こ
の 動 作 を 確 認 するためには、あらかじめUDP 受 信 プログラムを 起 動 しておく 必 要 があります。
まず、IPv4のUDPソケットを 作 成 しています(1)。AF_INET+SOCK_DGRAMの 組 み 合 わせが
IPv4のUDPであることを 示 しています。
2では、「./a.out 127.0.0.1」として 実 行 した 場 合 、127.0.0.1を 宛 先 に 設 定 しています。
127.0.0.1とは、localhostという「 自 分 自 身 」を 示 す 特 殊 アドレスです。 前 述 したUDP 受 信 プ
ログラムが 別 ホストで 動 作 している 場 合 には、このIPアドレスを 変 更 してください。
続 いて、「HELLO」という5 文 字 を 含 むパケットを 送 信 しています(3)。 送 信 先 は、2で 設 定
したsockaddr_inに 入 っている 宛 先 です。そして 最 後 にソケットを 閉 じています(4)。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
UDP 送 信 プログラムは、UDPの 受 信 プログラムよりもさらにシンプルです。 特 別 な 準 備 は
行 わずに、いきなりパケットを 投 げられるUDPのプロトコルとしての 特 徴 がそのままコードに
出 ているといえます。ただし、UDPには 信 頼 性 がないため、パケットが 相 手 に 届 かないことが
ある 点 には 注 意 しましょう。
getaddrinfo()を 利 用 した UDP プログラム
inet_pton()はIPv4/IPv6 両 方 に 対 応 していますが、アドレスファミリを 指 定 しなければなら
ない 点 や、 結 果 出 力 先 をアドレスファミリに 応 じて 変 更 しなければならない 点 で、 両 方 に 対 応
したコードが 多 少 書 きにくい 点 があります。
IPv4/IPv6 両 用 のコードを 書 くには、getaddrinfo()を 活 用 するのが 便 利 です。
UDPパケット 送 信 側 サンプルプログラム
以 下 に、UDPパケット 送 信 側 サンプルプログラムを 示 します。
List 3-7
getaddrinfo()を 利 用 した UDP 送 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
struct addrinfo hints, *res;
int n;
int err;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage : %s dst\n", argv[0]);
return 1;
}
/* IPアドレス 表 記 +ホスト 名 両 方 に 対 応 */
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* IPv4/IPv6 両 方 に 対 応 */
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
err = getaddrinfo(argv[1], "12345", &hints, &res);
if (err != 0) {
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printf("getaddrinfo : %s\n", gai_strerror(err));
return 1;
}
sock = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, 0);
if (sock < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
{
const char *ipverstr;
switch (res->ai_family) {
case AF_INET:
ipverstr = "IPv4";
break;
case AF_INET6:
ipverstr = "IPv6";
break;
default:
ipverstr = "unknown";
break;
}
printf("%s\n", ipverstr);
}
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, res->ai_addr, res->ai_addrlen);
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
close(sock);
freeaddrinfo(res);
return 0;
}
まず、AF_UNSPEC+SOCK_DGRAMでgetaddrinfo()を 実 行 しています(1)。AF_UNSPECを 指
定 することで、IPv4/IPv6 両 用 になっています。このAF_UNSPECをAF_INETにするとIPv4 固 定
に、AF_INET6にするとIPv6 固 定 にできます。getaddrinfo()の 第 二 引 数 は 宛 先 ポート 番 号 を 文
字 列 表 現 したものです。
2では、getaddrinfo()の 結 果 をそのまま 利 用 してソケットを 作 成 しています。こうするこ
とで、getaddrinfo()の 結 果 がIPv4/IPv6どちらであっても、 適 切 なソケットを 作 成 できます。
ここで、 解 決 した 宛 先 アドレスがIPv4かIPv6かをprintf()で 表 示 するコードを 追 加 してみま
した(3)。この 部 分 は 必 ずしも 必 要 ではないのでご 注 意 ください。
4ではgetaddrinfo()の 結 果 をそのまま 利 用 してsendto()を 実 行 しています。
最 後 に、ソケットを 閉 じて、getaddrinfo()によって 確 保 されたaddrinfo 構 造 体 のメモリを 解
放 しています(5)。freeaddrinfo()を 行 うタイミングはclose()より 前 でも 大 丈 夫 です。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-2 UDPのプログラミング
UDPパケット 受 信 側 サンプルプログラム
次 は、 受 信 側 のプログラムです。
List 3-8
getaddrinfo()を 利 用 した UDP 受 信 プログラム
まず、AI_PASSIVEを 利 用 してgetaddrinfo()を 実 行 しています(1)。このgetaddrinfo()の
結 果 を、socket()とbind()の 引 数 としてそのまま 利 用 しています(2)。
続 いてgetaddrinfo()によって 確 保 されたメモリを 解 放 しています(3)。recv()を 利 用 して
データを 受 信 し、それを 表 示 したあと、ソケットを 閉 じています(4)。
1
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct addrinfo hints, *res;
int err, n;
char buf[2048];
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_INET; /* このサンプルはIPv4で 作 成 */
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
hints.ai_flags = AI_PASSIVE;
err = getaddrinfo(NULL, "12345", &hints, &res);
if (err != 0) {
printf("getaddrinfo : %s\n", gai_strerror(err));
return 1;
}
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IPv6 が 未 設 定 の 環 境 を 想 定 する
List 3-7では、getaddrinfo()が 返 す 最 初 の 結 果 を、そのまま 利 用 してソケットを 作 成 し、
sendto()によるパケット 送 信 を 行 っています。そのため、たとえば、IPv6 設 定 を 行 っていな
い 環 境 でgetaddrinfo()が 最 初 に 結 果 として 返 したものがIPv6だった 場 合 、sendto()は 失 敗 し
てしまいます。このような 状 況 は、IPv4を 利 用 してIPv6の 名 前 解 決 が 可 能 な 環 境 で 発 生 します。
この 問 題 を 回 避 するために、sendto()を 一 度 実 行 してみて、その 結 果 を 確 認 したうえで 利 用
するgetaddrinfo()の 結 果 を 決 定 するという 方 法 があります。Chapter 2では、TCPとgetad
drinfo()を 解 説 する 際 に、getaddrinfo()の 各 結 果 に 対 してconnect()を 行 い、 成 功 したものを
最 終 的 に 利 用 していました。UDPソケットにおいても、TCPのサンプルプログラム 同 様 にcon
nect()を 使 う 方 法 もありますが、ここではconnect()の 代 わりにsendto()の 結 果 を 確 認 してい
ます。
なお、 次 のサンプルプログラムはsendto()を 一 度 行 った 直 後 にclose()によってソケットを
閉 じてしまいますが、 必 要 に 応 じてソケットを 閉 じずに 使 うプログラムに 変 更 してください。
List 3-9
IPv6 が 未 設 定 の 環 境 を 想 定 する
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sock = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, 0);
if (sock < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
if (bind(sock, res->ai_addr, res->ai_addrlen) != 0) {
perror("bind");
return 1;
}
freeaddrinfo(res);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
n = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);
printf("%s\n", buf);
close(sock);
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4
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
struct addrinfo hints, *res0, *res;
int n;
int err;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage : %s dst\n", argv[0]);
return 1;
}
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return 0;
}
/* IPアドレス 表 記 +ホスト 名 両 方 に 対 応 */
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-3 ブロードキャストプログラミング
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* IPv4/IPv6 両 方 に 対 応 */
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
err = getaddrinfo(argv[1], "12345", &hints, &res0);
if (err != 0) {
printf("getaddrinfo : %s\n", gai_strerror(err));
return 1;
}
for (res = res0; res != NULL; res = res->ai_next) {
sock = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, 0);
if (sock < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, res->ai_addr, res->ai_addrlen);
if (n < 1) {
perror("sendto");
}
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3-3
次 に、ひとつのパケットをある 特 定 のネットワークに 対 する「すべてのホスト」 宛 に 送 信 する、
「ブロードキャストアドレス」に 対 して 送 信 する 方 法 を 説 明 します。
ブロードキャスト 送 信 プログラム
UDPでブロードキャストを 利 用 したパケット 送 信 をするときに 必 要 な 操 作 は2つあります。
■
■
1) 宛 先 IPアドレスをブロードキャストIPアドレスにする
2)setsockopt()を 利 用 してソケットにSO_BROADCASTを 設 定 する(setsockopt()につい
1
2
3
close(sock);
5
てはChapter 6を 参 照 )
if (n > 0) {
break;
}
}
freeaddrinfo(res0);
return 0;
}
このサンプルプログラムでは、まずgetaddrinfo()に 渡 すaddrinfo 構 造 体 のパラメータを 設 定
しています(1)。ここでは、AF_UNSPECを 指 定 することによってIPv4とIPv6 両 方 に 対 応 し、
SOCK_DGRAMにすることによってUDPを 指 定 しています。
2の 部 分 は、getaddrinfo()の 結 果 を 最 初 から 順 番 に 試 すためのforループです。このforルー
プは、sendto()が 成 功 するまで 繰 り 返 されます。
forループのなかでは、まず 最 初 にgetaddrinfo()の 各 結 果 が 示 すアドレスファミリによるソ
ケットを 作 成 しています(3)。さらに、そのソケットを 利 用 してsendto()を 行 い(4)、その
ままソケットをclose()しています(5)。
sendto()が 成 功 した 場 合 、そのままforループを 抜 けています(6)。
6
何 もしない 状 態 のUDPソケットでは、ブロードキャストパケットを 送 信 できません。setsock
opt()を 利 用 してソケットに 対 してSO_BROADCASTを 設 定 することで、ブロードキャストパケッ
トを 送 信 できるようになります。この 設 定 を 行 わずにブロードキャストパケットを 送 ろうとす
ると、sendto()が 失 敗 してしまいます。
以 下 に、ブロードキャストパケットを 送 信 するプログラムを 示 します。
List 3-10
ブロードキャスト 送 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
int yes = 1;
int n;
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-3 ブロードキャストプログラミング
inet_pton(AF_INET, "255.255.255.255", &addr.sin_addr.s_addr);
3-3
サブネットブロードキャスト
if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,
(char *)&yes, sizeof(yes)) != 0) {
perror("setsockopt");
return 1;
}
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
1
2
}
close(sock);
return 0;
3
このサンプルによって 送 信 されるパケットの 受 信 は、 本 Chapterの 最 初 に 登 場 した 単 純 な
UDP 受 信 プログラム(List 3-3)で 行 えます。 通 常 の 設 定 では、ブロードキャストであるかない
かに 関 わらず、 指 定 されたUDPポートに 届 くパケットはそのまま 受 信 されます。
このプログラムで 利 用 している「255.255.255.255」という 宛 先 (IPアドレス)は、サブネッ
ト 内 のすべてのノードを 表 します。255.255.255.255が 宛 先 のパケットは、ルータを 越 えま
せん。
昔 は 普 通 にサブネットブロードキャストを 使 えていましたが、DoS(Denial of Service) 攻 撃
などに 多 用 されるようになったため、 現 在 はルータでのブロードキャストパケット 転 送 を 許 可
しないのが 一 般 的 です。 送 信 側 ホストからブロードキャストパケットが 出 ているにも 関 わらず、
受 信 側 ホストにパケットが 届 かない 場 合 には、 受 信 側 のひとつ 手 前 のルータが 転 送 しているか
どうかも 疑 ってみてください。
4
3-2
255.255.255.255 宛 のブロードキャスト
COLUMN
ブロードキャストで 注 意 が 必 要 なのは、ルータを 越 えるブロードキャストです。ルータを 越
えるブロードキャストである「サブネットブロードキャスト」は、IPアドレスのホスト 部 をす
べて1にしたアドレスです。たとえば、「192.168.0.0/24」というサブネットに 対 するサブネッ
トブロードキャストは「192.168.0.255」となります。
サブネットブロードキャストを 利 用 したDoS
昔 、 送 信 元 IPアドレスを 攻 撃 対 象 となる 標 的 のものに 偽 装 して、まったく 関 係 がない 第 三 者 のサブ
ネットブロードキャスト 宛 にICMP Echo 要 求 を 送 信 するというDoS 攻 撃 が 多 く 発 生 しました。その
仕 組 みは 以 下 のようなものです。
まず、 最 初 に 攻 撃 者 は 攻 撃 を 行 いたい 相 手 のIPアドレスを 偽 装 してICMP Echo 要 求 パケットをサ
ブネットブロードキャストで 送 信 します。サブネットブロードキャストでICMP Echo 要 求 を 受 け
取 った 各 ホストは、ICMP Echo 要 求 に 対 して 応 えます。すると、 攻 撃 者 から 出 されたひとつのパケッ
トが 数 倍 に 増 えて 標 的 に 送 信 されてしまいます。
このような 作 業 を 攻 撃 者 が 繰 り 返 すと、 標 的 のネットワーク 資 源 が 浪 費 されてしまい、 標 的 が 通 信
を 行 えない 状 態 が 続 いてしまいます。サブネットブロードキャストによって、まったく 関 係 のない 第
三 者 が 加 害 者 になってしまうため、 現 在 のほとんどのルータではサブネットブロードキャストは 無 効
に 設 定 されています。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-4 マルチキャストプログラミング
3-4
return 1;
}
close(sock);
1
マルチキャストも、ブロードキャスト 同 様 にひとつのパケットが 複 数 人 に 届 くことがありま
す。ブロードキャストが「 送 信 者 が 宛 先 を 指 定 する」のに 対 して、マルチキャストは「 欲 しい 人
に 届 く」という 違 いがあります。
ここではマルチキャストプログラミングを 知 るための 基 本 を 解 説 します。マルチキャストそ
のものに 関 する 概 要 は1-4 節 を、さらに 詳 細 なマルチキャストプログラムについてはChapter 13
をそれぞれご 覧 ください。
マルチキャスト 送 信 プログラム
マルチキャストは 非 常 に 複 雑 で 難 しい 技 術 です。しかし、マルチキャストの 難 しさの 多 くは
ネットワーク 側 にあるため、マルチキャストを 利 用 するアプリケーション 作 成 は 非 常 にシンプ
ルです。
以 下 に、マルチキャスト 送 信 プログラムのサンプルプログラムを 示 します。
List 3-11
マルチキャスト 送 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
int n;
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, "239.192.1.2", &addr.sin_addr.s_addr);
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 0;
}
ブロードキャストのときとは 違 い、setsockopt()などによる 特 殊 な 処 理 は 必 要 とせず、 送 信
先 のIPアドレスをマルチキャストアドレスにするだけで 送 信 可 能 です。
ただし、sendto()が 正 しく 動 作 するためには 経 路 表 に 適 切 な 経 路 が 記 載 されている 必 要 があ
ります。 経 路 表 に 経 路 がなくてもマルチキャストパケットを 送 信 したい 場 合 には、IP_MULTI
CAST_IFをsetsockopt()で 利 用 します。IP_MULTICAST_IFに 関 してはChapter 13で 解 説 します。
IPv6によるマルチキャストパケット 送 信 を 行 う 場 合 、socket()システムコールの 第 一 引 数 を
AF_INETからAF_INET6に 変 更 し、 宛 先 を 示 すsockaddr_inをsockaddr_in6に 変 更 したうえで、
マルチキャストアドレスもIPv6のマルチキャストアドレスに 変 更 してください。 作 成 したプロ
グラムを 実 行 する 際 には、IPv6に 関 する 適 切 な 経 路 が 経 路 表 に 存 在 しているかどうかの 確 認 も
忘 れずに 行 いましょう。
マルチキャスト 受 信 プログラム
次 に、マルチキャストを 受 信 するプログラムです。 以 下 のサンプルプログラムは、 前 述 した
マルチキャスト 送 信 プログラムからのパケットを 受 け 取 ります。
このサンプルではgetaddrinfo()を 利 用 しています。getaddrinfo()を 利 用 せずに、inet_pton
()などを 利 用 すればもう 少 し 簡 潔 なコードを 書 くことが 可 能 ですが、IPv6 対 応 を 行 いやすいよ
うに、あえてgetaddrinfo()を 利 用 してみました。
List 3-12
マルチキャスト 受 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct addrinfo hints, *res;
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-4 マルチキャストプログラミング
int err, n;
struct group_req greq;
char buf[2048];
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_INET;
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
hints.ai_flags = AI_PASSIVE;
err = getaddrinfo(NULL, "12345", &hints, &res);
if (err != 0) {
printf("getaddrinfo : %s\n", gai_strerror(err));
return 1;
}
sock = socket(res->ai_family, res->ai_socktype, 0);
if (sock < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
if (bind(sock, res->ai_addr, res->ai_addrlen) != 0) {
perror("bind");
return 1;
}
freeaddrinfo(res);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
n = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);
printf("%s\n", buf);
close(sock);
return 0;
}
先 ほど 触 れたように、マルチキャストパケットを 受 け 取 るには、マルチキャストグループに
「 参 加 (JOIN)」しなくてはなりません。マルチキャストグループへの 参 加 には、IPPROTO_IP
+MCAST_JOIN_GROUPでsetsockopt()を 利 用 します。
MCAST_JOIN_GROUPで 利 用 するgroup_req 構 造 体 は、/usr/include/netinet/in.h 内 で 以 下 の
ように 宣 言 されています。
List 3-13
group_req 構 造 体
/* Multicast group request. */
struct group_req
{
uint32_t gr_interface;
struct sockaddr_storage gr_group; /* グループアドレス */
};
/* インターフェース 番 号 */
1
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4
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_INET;
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
err = getaddrinfo("239.192.1.2", NULL, &hints, &res);
if (err != 0) {
printf("getaddrinfo : %s\n", gai_strerror(err));
return 1;
}
memset(&greq, 0, sizeof(greq));
greq.gr_interface = 0; /* 任 意 のネットワークインターフェースを 利 用 */
/* getaddrinfo()の 結 果 をgroup_req 構 造 体 へコピー */
memcpy(&greq.gr_group, res->ai_addr, res->ai_addrlen);
freeaddrinfo(res);
/* MCAST_JOIN_GROUPを 利 用 してマルチキャストグループへJOIN */
if (setsockopt(sock, IPPROTO_IP, MCAST_JOIN_GROUP, (char
sizeof(greq)) != 0) {
perror("setsockopt");
return 1;
}
*)&greq,
setsockopt()は、bind()を 行 ったあとで 利 用 する 必 要 があります。そしてマルチキャストグ
ループへの 参 加 を 行 うためには、 参 加 するグループを 表 わすマルチキャストアドレスと 利 用 す
るインターフェースを 指 定 しなくてはなりません。
インターフェースに0を 指 定 することにより、 明 示 的 に 利 用 するインターフェースを 指 定 し
ないこともできます。ただし、bind()を 行 ったインターフェースと、MCAST_JOIN_GROUPを
gr_interface=0で 指 定 したときのインターフェースが 一 致 する 保 障 はありません。
一 度 JOINしたマルチキャストグループから「 脱 退 (LEAVE)」するには、setsockopt()に
MCAST_LEAVE_GROUPを 指 定 しますが、ソケットをclose()することで 同 様 の 効 果 を 得 られます。
MCAST_JOIN_GROUPは、IPv4/IPv6 両 方 で 利 用 可 能 です。group_req 構 造 体 のメンバがイン
ターフェース 番 号 やsockaddr_storage 構 造 体 である 点 からも、それがうかがえます(sockaddr_
storageに 関 してはChapter 11を 参 照 )。
これまで、 旧 APIであるIP_ADD_MEMBERSHIPはip_mreq 構 造 体 を 利 用 し、IPV6_ADD_MEM
BERSHIPはipv6_mreqを 利 用 するなど、プロトコル 依 存 の 構 造 体 を 利 用 していました。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-5 UDPソケットの「 名 前 」とbind()
List 3-14
プロトコルに 依 存 した 構 造 体
/* IPv4 multicast request. */
struct ip_mreq
{
struct in_addr imr_multiaddr; /* マルチキャストグループのIPアドレス */
struct in_addr imr_interface; /* インターフェースのローカルIPアドレス */
};
/* Likewise, for IPv6. */
struct ipv6_mreq
{
struct in6_addr ipv6mr_multiaddr; /* マルチキャストグループのIPv6 IPアドレス */
unsigned int ipv6mr_interface; /* ローカルインターフェース */
};
上 記 のようにsetsockopt()に 渡 す 引 数 が 異 なっていたので、IP_ADD_MEMBERSHIPとIPV6_
ADD_MEMBERSHIPを 両 方 扱 うのは 面 倒 だったのですが、MCAST_JOIN_GROUPを 使 うことによっ
てIPv4/IPv6 両 用 のマルチキャストコードが 書 きやすくなっています。IP_ADD_MEMBERSHIP
とIPV6_ADD_MEMBERSHIPに 関 するサンプルプログラムは、Chapter 13をご 覧 ください。
また、setsockopt()は、bind()を 行 ったあとで 利 用 する 必 要 があります。そしてマルチキャ
ストグループへの 参 加 を 行 うためには、 参 加 するグループを 表 すマルチキャストアドレスと 利
用 するインターフェースを 指 定 しなくてはなりません。
インターフェースに0を 指 定 することにより、 明 示 的 に 利 用 するインターフェースを 指 定 し
ないこともできます。ただし、bind()を 行 ったインターフェースとMCAST_JOIN_GROUPをgr_
interface=0で 指 定 したときのインターフェースが 一 致 する 保 証 はありません。
一 度 JOINしたマルチキャストグループから「 脱 退 (LEAVE)」するには、setsockoptにIP_
DROP_MEMBERSHIPを 指 定 します。ソケットをclose()することでも 同 様 の 効 果 を 得 られます。
3-5
UDPbind
ここまで 紹 介 したUDPサンプルプログラムでは、データ 送 信 側 はbind()を 行 わず、データ
受 信 側 だけがbind()を 行 っています。しかし、bind()の 役 目 は「 名 前 を 付 ける」ことであって、
bind()そのものが 送 受 信 の 可 否 を 決 定 付 けるものではありません。bind()を 行 わなくても
UDPでデータを 受 信 できますし、 送 信 側 で 意 図 的 にbind()することもあります。
では、ソケットに 対 して「 名 前 を 付 ける」とはどのようなことなのでしょうか?
を 説 明 するために、 以 下 のようなサンプルプログラムを 作 成 しました。
そのこと
List 3-15
ソケットの 名 前 を 取 得 する
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void
print_my_port_num(int sock)
{
struct sockaddr_in s;
socklen_t sz = sizeof(s);
getsockname(sock, (struct sockaddr *)&s, &sz);
printf("%d\n", ntohs(s.sin_port));
}
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
int n;
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
print_my_port_num(sock);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr.s_addr);
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
print_my_port_num(sock);
close(sock);
return 0;
}
このサンプルプログラムは、getsockname()システムコール(Chapter 6を 参 照 )を 利 用 して
ソケットに 付 いている「 名 前 」を 取 得 し、そのうちのポート 番 号 部 分 をprintf()で 表 示 していま
す。この「 名 前 の 確 認 」は、 以 下 の2カ 所 で 行 われています。
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■ socket()システムコールによってソケットを 作 成 した 直 後
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-5 UDPソケットの「 名 前 」とbind()
■
sendto()の 直 後
このサンプルプログラムを 実 行 すると、 最 初 の 部 分 では「0」というポート 番 号 が 表 示 され、
次 の 部 分 では 何 らかのポート 番 号 が 表 示 されます。これにより、 作 成 されたソケットから 送 信
されるUDPパケットの 送 信 元 ポート 番 号 は、sendto()システムコールを 利 用 したあとに 決 定
されているのがわかります。
このようなタイミングで 送 信 元 ポート 番 号 が 付 くのは、ポート 番 号 をbind()で 指 定 していな
いソケットを 使 おうとすると、カーネル 内 部 で 自 動 的 にポート 番 号 が 割 り 当 てられるためです。
このサンプルではbind()を 利 用 していませんが、「 名 前 が 付 く」タイミングをこれで 理 解 して
もらえるかと 思 います。
では、 次 はbind()を 行 った 場 合 にどうなるかを 見 てみましょう。
List 3-16
bind()を 使 った 名 前 確 認
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void
print_my_port_num(int sock)
{
struct sockaddr_in s;
socklen_t sz = sizeof(s);
getsockname(sock, (struct sockaddr *)&s, &sz);
printf("%d\n", ntohs(s.sin_port));
}
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
struct sockaddr_in myname;
int n;
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
print_my_port_num(sock);
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr.s_addr);
myname.sin_family = AF_INET;
myname.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
myname.sin_port = htons(54321);
bind(sock, (struct sockaddr *)&myname, sizeof(myname));
print_my_port_num(sock);
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
print_my_port_num(sock);
close(sock);
return 0;
}
このサンプルプログラムでは、 以 下 の3カ 所 でソケットの「 名 前 」を 確 認 しています。
■
■
■
1)socket()システムコールによってソケットを 作 成 した 直 後
2)bind()の 直 後
3)sendto()を 行 ったあと
実 際 には、1)のタイミングでは「0」と 出 力 されますが、2)と3)のタイミングでは「12345」
と 出 力 されます。ここから、 最 初 のソケット 作 成 直 後 以 外 は、bind()によって 割 り 当 てたポー
ト 番 号 が 自 分 の「 名 前 」の 一 部 として 登 録 されていることがわかると 思 います。このように、
bind()は 送 信 元 のポート 番 号 をソケットに 対 して 関 連 付 けます。
何 げなく 使 いがちなbind()システムコールですが、 意 図 的 にbind()することで 指 定 どおり
の 送 信 元 ポート 番 号 でのUDP 通 信 が 可 能 になります。
送 信 元 ポート 番 号 を 指 定 するということは、 逆 に 考 えるとデータを 受 信 する 待 ち 受 けポート
番 号 の 指 定 でもあるということです。そう 考 えると、なぜ 受 信 側 サンプルプログラムで 毎 回
bind()を 行 っているのかが 見 えてきます。 送 信 側 プログラムと 受 信 側 プログラムは、 何 らかの
方 法 で 利 用 するUDPポート 番 号 に 関 しての 合 意 形 成 があらかじめ 確 立 されており、 受 信 側 はそ
れに 従 ったポート 番 号 でbind()を 行 っているというわけです。この「 合 意 形 成 」としては、た
とえば、 静 的 に「このポート 番 号 を 使 う」とプログラム 内 に 埋 め 込 んだり、プロトコルの 中 に
規 定 としてポート 番 号 が 記 述 されていたり、 動 的 にポート 番 号 などを 割 り 当 てるなどの 方 法 が
あります。
送 信 用 UDPソケットに 対 するbind()は、ポート 番 号 を 指 定 するだけではなく、 送 信 元 IPア
ドレスを 指 定 するためにも 利 用 可 能 です。たとえば、インターフェースが2つ 以 上 存 在 してい
て、 送 信 元 のIPアドレスを 特 定 のIPアドレスにしたい 場 合 にも、bind()を 行 ってからsendto()
を 行 うという 方 法 が 使 えます。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-5 UDPソケットの「 名 前 」とbind()
UDP での「 返 信 」
UDPソケットに 対 するbind()の 意 味 がわかったところで、 次 はやり 取 りを 行 うUDPソケッ
トのサンプルプログラムを 示 したいと 思 います。
以 下 のサンプルは、UDPのポート12345で 待 ち 続 けます。 待 ち 続 けているUDPポート12345
にデータが 到 着 し、recvfrom()によってデータを 受 け 取 ると、 受 け 取 ったUDPパケットの 送
信 IPアドレス+ 送 信 元 ポートが 示 す 送 信 者 に 対 してsendto()が 行 われます。このサンプルプロ
グラムは、このように 受 け 取 った 相 手 に 対 してUDPでそのまま 返 信 するという 動 作 をwhile(1)
によって 繰 り 返 し 続 けます。
List 3-17
UDP パケットのやりとりを 行 うサンプルプログラム
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int
main()
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
struct sockaddr_in senderinfo;
socklen_t addrlen;
char buf[2048];
char senderstr[16];
int n;
/* AF_INET+SOCK_DGRAMなので、IPv4のUDPソケット */
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
/* 待 ち 受 けポート 番 号 を12345にするためにbind()を 行 う */
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(sock, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
while (1) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
/* recvfrom()を 利 用 してUDPソケットからデータを 受 信 */
addrlen = sizeof(senderinfo);
n = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf) - 1, 0,
(struct sockaddr *)&senderinfo, &addrlen);
/* 送 信 元 に 関 する 情 報 を 表 示 */
inet_ntop(AF_INET, &senderinfo.sin_addr, senderstr, sizeof(senderstr));
printf("recvfrom : %s, port=%d\n", senderstr, ntohs(senderinfo.sin_port));
/* UDPで 返 信 */
sendto(sock, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&senderinfo, addrlen);
/* 送 信 元 に 関 する 情 報 をもう 一 度 表 示 */
printf("sent data to : %s, port=%d\n", senderstr,
ntohs(senderinfo.sin_port));
}
/* このサンプルコードはここへは 到 達 しません */
close(sock);
return 0;
}
次 は、UDPの 返 信 アプリケーションに 対 してUDPパケットを 送 信 して、 返 信 を 受 け 取 る 側
のプログラムです。このサンプルを 実 行 するには、たとえば「./a.out 127.0.0.1」のよう
に 実 行 時 にUDP 返 信 アプリケーションのIPv4アドレスを 指 定 してください。
List 3-18
UDP パケットの 送 信 & 受 信 プログラム
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void
print_my_port_num(int sock)
{
struct sockaddr_in s;
socklen_t sz = sizeof(s);
getsockname(sock, (struct sockaddr *)&s, &sz);
printf("%d\n", ntohs(s.sin_port));
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
struct sockaddr_in addr;
struct sockaddr_in senderinfo;
socklen_t senderinfolen;
int n;
char buf[2048];
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-6 ソケットバッファ
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage : %s dstipaddr\n", argv[0]);
return 1;
}
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
3-4
UDP 返 信 サンプルの 動 作
1
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(12345);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &addr.sin_addr.s_addr);
n = sendto(sock, "HELLO", 5, 0, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if (n < 1) {
perror("sendto");
return 1;
}
2
print_my_port_num(sock);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
senderinfolen = sizeof(senderinfo);
recvfrom(sock, buf, sizeof(buf), 0,
(struct sockaddr *)&senderinfo, &senderinfolen);
printf("%s\n", buf);
close(sock);
return 0;
}
このサンプルでは、sendto()に 利 用 したソケットをそのまま 使 ってrecvfrom()を 行 ってい
ます。これにより、UDP 返 信 アプリケーションからの「 返 信 」が、そのままこのソケットに 到
着 します。
また、UDP 返 信 アプリケーションがsendto()していると 主 張 するprintf()の 出 力 結 果 と 比 べ
られるように、getsockname()によって 取 得 した 自 分 のソケットに 割 り 当 てられた 送 信 元 ポー
ト 番 号 がprintf()で 表 示 されるようにしてあります。
これら2つのサンプルコードの 動 作 は 図 3-4のようになります。
待 ち 受 け 側 であるList 3-17のプログラムがUDPポート 番 号 12345で 待 ち 受 けています。List
3-18のプログラムが 待 ち 受 けを 行 っているホストのUDPポート 番 号 12345に 対 してsendto()を
行 います。このとき、3-18 側 の 送 信 元 UDPポート 番 号 は43657 ( 注 3-4) であるとします。
3-18 側 からのUDPパケットを、recvfrom()によって 受 け 取 った3-17 側 は、3-18のホスト 宛 の
UDPパケットをポート 番 号 43657で 送 信 します。3-18 側 は、recvfrom()によって3-17 側 からの
UDPパケットを 受 け 取 ります。
さて、このようなUDPによる「 返 信 」ですが、さまざまなところで 活 用 されています。たと
えば、ユーザがホストの 名 前 解 決 を 行 うときのDNSへのQueryはUDPで 行 われますが、 上 記 サ
ンプルに 近 い 形 で「DNSサーバはQueryを 受 け 取 った 送 信 元 に 対 してUDPで 返 信 」が 行 われます。
また、たとえばUPnP(Universal Plug and Play)のSSDP(Simple Service Discovery Proto
col)のようにマルチキャストで 機 器 発 見 用 のQueryがサブネット 上 に 送 信 され、ネットワーク
上 の 機 器 側 はマルチキャストで 送 信 されたUDPパケットの 送 信 元 に 対 して「UDPで 返 信 を 行
う」という 用 途 もあります。
3-6
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Linuxのカーネルは、sendto()が 利 用 された 瞬 間 に 直 接 ネットワークにパケットを 送 信 して
いるわけではありません。また、ネットワークからのパケット 受 信 が、そのままrecvfrom()
と 直 結 しているわけでもありません。
ユーザからのデータはLinuxカーネルに 渡 されるとソケットバッファという 内 部 バッファに
注 3-4:43657は 仮 の 値 です。プログラム 実 行 ごとに3-17 側 の 送 信 元 ポート 番 号 は 変 化 します。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
3-6 ソケットバッファ
格 納 され、 準 備 が 整 った 時 点 でネットワークに 送 信 されます。また、Linuxカーネルはパケッ
トを 受 信 するとソケットバッファに 格 納 します。
3-5 送 信 用 ソケットバッファと sendto()システムコール
ソケットに 設 定 されているソケットバッファの 大 きさを 知 るには、getsockopt()システム
コールで SO_SNDBUFやSO_RCVBUFを 指 定 して 値 を 取 得 します。setsockopt()でSO_SNDBUFや
SO_RCVBUFを 指 定 しない 状 態 でのデフォルト 値 はシステム 内 で 一 定 です。Linuxカーネルに 設
定 されているデフォルト 値 を 知 りたい 場 合 には、 以 下 のコマンドで 知 ることも 可 能 です。
1
書 き 込 みバッファ
sysctl net.core.wmem_default
読 み 込 みバッファ
2
sysctl net.core.rmem_default
なお、SO_SNDBUFやSO_RCVBUFに 大 きめの 値 を 設 定 したい 場 合 には、ソケットバッファの
最 大 値 にもご 注 意 ください。Linuxカーネルの/net/core/sock.cでは、SO_RCVBUFの 設 定 時 に
以 下 のように 実 装 されています。
3
List 3-20
ソケットバッファの 最 大 値
ソケットバッファは、ネットワークカードのキューに 対 してパケットの 追 加 を 行 ったり、 逆
にキューからデータを 取 得 します。パケットの 送 受 信 などのネットワークが 関 係 する 処 理 のタ
イミングは、ネットワークやネットワークカードの 状 態 に 応 じて 変 化 します。
このタイミングは、アプリケーションが 動 作 しているプロセスがLinuxカーネルのスケジュー
ラによってCPUを 利 用 できるタイミングとは 独 立 したタイミングで 動 作 しています。そのため、
アプリケーションの 扱 いたいデータをネットワーク 経 由 で 送 受 信 するには、Linuxカーネル 内
にソケットバッファのように 一 時 的 に 格 納 できる 場 所 が 求 められます。
音 声 や 動 画 などのマルチメディアデータをやり 取 りするUDPアプリケーションを 書 いている
とき、ソケットバッファの 存 在 がパケット 喪 失 数 に 反 映 される 場 合 があります。これは、アプ
リケーションがrecv()などでカーネル 内 のソケットバッファからデータを 取 り 出 したり、
send()などでデータをカーネルに 渡 すタイミングと 実 際 のパケット 処 理 タイミングがずれた
り、ネットワーク 上 でのデータ 到 着 がバースト 状 に 発 生 した 場 合 に 発 生 しがちです。
ソケットバッファを 設 定 するには、setsockopt()をSOL_SOCKET+SO_RCVBUFもしくは
SO_SNDBUFで 利 用 します。SO_RCVBUFが 受 信 用 のバッファで、SO_SNDBUFが 送 信 用 のバッファ
です。
List 3-19
ソケットバッファの 設 定
int bufsz = 100000;
if (setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (char *)&bufsz, sizeof(bufsz)) !=
0) {
perror("setsockopt");
....エラー 処 理
}
case SO_RCVBUF:
/* Don’t error on this BSD doesn’t and if you think
about it this is right. Otherwise apps have to
play ‘guess the biggest size’ games. RCVBUF/SNDBUF
are treated in BSD as hints */
if (val > sysctl_rmem_max)
val = sysctl_rmem_max;
このように、SO_SNDBUFやSO_RCVBUFに 与 えられた 設 定 値 が 大 きいと、エラーにならずに
Linuxカーネルに 設 定 されているソケットバッファ 最 大 値 に 自 動 的 に 変 更 されます。
ソケットバッファの 最 大 値 は 以 下 のコマンドで 調 べられます。
書 き 込 みバッファ
sysctl net.core.wmem_max
読 み 込 みバッファ
sysctl net.core.rmem_max
ソケットバッファに 設 定 可 能 な 最 小 値 にも 注 意 が 必 要 です。/net/core/sock.cでは 下 限 値 に
関 して 以 下 のように 処 理 しています。
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Chapter3
UDP 通 信 の 基 礎
List 3-21
ソケットバッファの 最 小 値
/*
* We double it on the way in to account for
* "struct sk_buff" etc. overhead. Applications
* assume that the SO_RCVBUF setting they make will
* allow that much actual data to be received on that
* socket.
*
* Applications are unaware that "struct sk_buff" and
* other overheads allocate from the receive buffer
* during socket buffer allocation.
*
* And after considering the possible alternatives,
* returning the value we actually used in getsockopt
* is the most desirable behavior.
*/
if ((val * 2) < SOCK_MIN_RCVBUF)
sk->sk_rcvbuf = SOCK_MIN_RCVBUF;
else
sk->sk_rcvbuf = val * 2;
break;
SOCK_MIN_SNDBUFとSOCK_MIN_RCVBUFは、Linuxカーネルソースの/include/net/sock.hに
て 以 下 のように 設 定 されています。
List 3-22
SOCK_MIN_SNDBUF と SOCK_MIN_RCVBUF の 既 定 値
#define SOCK_MIN_SNDBUF 2048
#define SOCK_MIN_RCVBUF 256
このように、setsockopt()が 成 功 したように 見 えても、アプリケーションが 設 定 したいと 考
えているソケットバッファの 大 きさが 必 ずしも 設 定 されているわけではないのでご 注 意 くださ
い。 正 確 にソケットバッファの 設 定 値 を 知 る 場 合 には、setsockopt()のあとにgetsockopt()で
実 際 の 設 定 値 を 確 認 する 必 要 があります。
3-7
Chapter 3
100
Chapter 3では、UDPによる 通 信 の 基 礎 として、ユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャ
ストについて 簡 単 なサンプルプログラムを 示 しました。インターネットでは、TCP 通 信 だけでな
く、このUDP 通 信 が 活 用 される 場 面 も 多 々あります。マルチキャストプログラミングについて
は、Chapter 13で 詳 しく 紹 介 します。
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