网络应用程序设计(方敏)第6章 带外数据

第6章 带外数据 设置了紧急指针无带外数据的TCP数据段，如图64所示。事实上，如果一个TCP套接字的流传送停止后，
为了发送带外数据，系统会发送不包含数据的TCP数据
包，里面仅标明这是一个带外数据。这正是使用带外数 据的一个有利点：就算是通过TCP连接不能向对方发送
数据的时候，也可以发送出一个带外数据的信号。
第6章 带外数据 TCP的紧急指针指向的位置是在程序发送的OOB数 据的后面。由图6-3所表示的TCP 套接字的状态，得知下 一个将要发送的数据是TCP的URG标志，发送完之后， TCP才会发送下面的带外数据的那个字节。 但是，TCP一次发送的数据中，可能只包含了TCP 的URG 标志，却没有包含所要发送的OOB数据。发生这 种情况取决于TCP将要发送的数据队列中在OOB数据之 前的数据的多少。如果在一次发送中，OOB前的数据已 经占满了名额，则TCP只会发送URG标志，不会发送 OOB数据，这是一个TCP紧急数据状态的重要特性： TCP的信息头指出发送者进入了紧急模式，但是紧急指 针偏移处的数据并没有必要一定要发送出去。
数据段的URG被置位，并且设置紧急指针为带外数据
在这个发送缓冲区的位置偏移，TCP协议在随后发送的 数据段中均设置URG标志，直到带外数据被送出。
第6章 带外数据 由于TCP协议没有为带外数据的传递专门设立通 道，带外数据随着正常的字节流在通道中被传送，这
就可能发送了URG标志，但没有包含带外数据的数据
容如图6-6所示。
第6章 带外数据
0 a
1 b
2 c
3 d
4 e
图6-5 套接字接收缓冲区已满
第6章 带外数据
0 a
1 b
2 c
3 d
4 e
5
6
7
带外标记为7
图6-6 带外数据超出缓冲区
第6章 带外数据 由于带外数据超出了接收缓冲区，因此带外数据 标记的值为7。当接收缓冲区中的内容被全部读出之后，
(4) 如果一个进程将套接字设置为SO_OOBINLINE 属性，则由紧急指针所指的，代表带外数据的那个字 节将会被放在正常套接字缓冲区中的最左边。在这种 情况下，进程不能指定MSG_OOB 来读取这个一个字 节的带外数据，可以使用普通的读函数读取这个带外 数据，操作如下：
第6章 带外数据
段。例如，当接收缓冲区已满，接收窗口大小为0时， 如果应用程序发送带外数据，TCP协议将发送一个空
数据段，这个数据段的URG被置位，并且设置紧急指
针为带外数据在这个发送缓冲区的位置偏移，TCP协 议在随后发送的数据段中均设置URG标志，直到带外 数据被送出。
第6章 带外数据 TCP是由一种叫做“紧急模式(urgent mode)”的方 法来传输带外数据的。假设一个进程向一个TCP套接 字写入了n个字节的数据，数据被TCP套接字的发送缓 冲区缓存，等待被发送到网络上。在图6-2中可以看见 数据的排列。 现在进程使用send()函数以MSG_OOB 为参数，写 入一个单字节的“带外数据”为字符“x”： send(sockfd,＂X＂, 1, MSG_OOB);
第6章 带外数据 (1) 当TCP收到一个URG 标志的数据段时，TCP 会 检查紧急指针来验证它所指的数据是否已经到达本地。
当TCP协议接收到一个置位URG标志的数据段时，首
先将数据段中的紧急指针与最后依次接收到的紧急指 针相比较，以确定这两个指针是否指向相同的带外数 据。这样做是因为，TCP传输数据会将数据分成多个 小的数据包来传输，可能有好几个数据包中都包含紧 急指针，但是这几个包中的紧急指针都指向同一个数 据，对于这个带外数据，虽然有多个指针指向它，但 是只有第一个紧急指针会通知程序注意。
返回这个带外数据。
第6章 带外数据 下 面 的 函 数 sock_at_mark 利 用 函 数 ioct 的 SIOCATMARK命令，来检查是否有带外数据到达。到 达时返回1，否则，返回0。 int sock_at_mark(int fd) {
int flag;
if ( ioctl (fd,SIOCATMARK,&flag)<0 ) /* 检测是否达到带外标记 */ return -1; return (flag!=0 ? 1:0);
对方进程将发送一个含有带外数据的数据段，接收到
该数据后，TCP协议将更新接收缓冲区及带外数据标 志。这时，接收缓冲区如图6-7所示。带外数据标记改
为2，表示带外数据存放在接收缓冲区的第3个字节位
置。当用read函数读完正常数据之后，带外标记为0， 接收缓 冲 区如图6-8 所示。 如果此时调用函数ioct的 SIOCATMARK命令,将能检测到已到达的带外标记。
TCP协议将数据放在下一个可用的发送缓冲区中， 并设置这个连接的“紧急指针”指向下一个可用的缓 冲区空间。图6-3表示了描述的这个状态，并将带外数 据表示为“OOB”。
第6章 带外数据
1
2
…
n
…
图6-2 套接字发送缓冲区中的数据
第6章 带外数据
OOB 1 2 … n X
图6-3 包含ODB数据
char ch;
if (下一个字节为带外数据) read(sockfd,&ch,1); 采用这种方法读取带外数据时，需要事先确定下一字节 是带外数据，这个可以通过检查带外数据标记的方法来实现。 (5) 当连接没有发送带外数据时，有进程读取带外数据， 例 如 ， 若 通 过 接 收 函 数 设 置 MSG_OOB 参 数 来 接 收 ， 则 EINVAL将会被返回。 (6) 真正的带外数据到达之前，进程被通知(SIGURG信号) 有带外数据到达，即带外数据的通知信号已经到达。如果有 进程尝试调用recv函数读取带外数据，但此字节数据还未到 达，则函数返回EWOULDFBLOCK。读带外数据的操作应被 设计为非阻零方式。
第6章 带外数据 若套接字的接收缓冲区的大小为5，缓冲区中存有 字符串“abcde”，内容如图6-5所示，此时缓冲区已满。
若发送方调用send发送一个带外数据：
send(fd, "xyz", 3, MSG_OOB); 则对方将立即发送一个空数据段，其URG位为1， 紧急指针的内容为4。接收方收到这个数据后，设置套 接字的带外标志，套接字接收缓冲区与带外标志的内
段的范围，但协议总会发送带有URG标记的数据段。
因此当用户发送带外数据时，协议立即发送一个数据 段，该数据段中设置了URG位。
第6章 带外数据 由于TCP协议没有为带外数据的传递专门设立通道，带外 数据随着正常的字节流在通道中被传送，这就可能发送 了URG标志，但没有包含带外数据的数据段。例如， 当接收缓冲区已满，接收窗口大小为0时，如果应用程 序发送带外数据，TCP协议将发送一个空数据段，这个
第6章 带外数据
6.2 带外数据标志
TCP数据段中的紧急指针指出了带外数据字节在正常字 节流中的位置，这个位置叫做带外标志(out-of-band mark)。 套接字中有一个字段，记载了从接收缓冲区的开始位置到数 据流中的某个位置的字符偏移。这个位置记录了最新的带外 数据的信息。如果带外数据没有到达，则此字段无内容；如 果缓存区中有带外数据，则偏移量有效，这个位置存放带外 数据的内容。当程序将正常数据从接收缓冲区读出时，这个 偏移量被修正。这样就避免了标记前的数据与标记后的数据 相互混淆。偏移量为0时，表示当前缓存区中即将被读取的 字节是带外数据，套接字状态字段中的SS_RCVATMARK置 1。应用程序可调用ioctl()检查此位态。
第6章 带外数据
0 x
1 y
2 z
3
4
带外标记为2
图6-7 带外数据标记
第6章 带外数据
0 z
1
2
3
4
带外标记为0
图6-8 到达带外标记
第6章 带外数据 前面已介绍过利用getsockopt和setsockopt函数可以控 制套接字的行为(如修改缓冲区的大小等)，其格式如下：
}
第6章 带外数据 套 接 字 是 否 设 置 了 SO_OOBINLINE 选 项 ， 采 用 sock_at_mark函数可检测到是否有带外数据到达。但在
接 收 时，套 接 字是否 设 置了 SO_OOBINLINE选 项 ，
SIOCATMARK检查返回的情况具有差别： 如 果 设 置 了 SO_OOBINLINE 选 项 ， 函 数
第6章 带外数据
源端口 序列号 URG 1 确认
目的端口
紧急指针 选项
n n＋1
图6-4 无带外数据的TCP数据段
第6章 带外数据 如果像下面这样发送一个多字节的带外数据： send(fd, "123", 3, MSG_OOB);
因为TCP协议的紧急指针指向了数据最后一位的后
面， 所以只有最后一位数据("3")才被系统认为是“带 外数据”。 以上我们了解了发送方如何发送“带外数据”， 下面介绍接收方是怎样接收“带外数据”的。
第6章 带外数据
源端口 序列号 URG 1 紧急指针5 选项 确认 目的端口
数据
图6-1 含有紧急数据的TCP数据段
第6章 带外数据 TCP不提供独立的带外数据通道，紧急数据是插入 正常数据流中进行传送的，紧急指针指出了这个紧急 数据的位置。一旦用户发送带外数据，TCP协议将这 个字节拷贝到套接字的发送缓冲区中，协议将立即发 送一个设有URG标记的数据段，紧急指针指向带外字 节下一个字节位置。套接字用信号SIGURG将紧急状态 通知应用程序。如果TCP数据段大小不够，则这个数 据段将不包含带外数据，紧急指针的指向将超过数据
int getsockopt(int sockfd,int level,int optname,void