为何调用发送1个UDP包时程序实际多发？如何控制发包数量？

问题描述 #

我编写的简单UDP程序本应只发送1个UDP包，但WireShark显示有3个相同的数据包突发发送，接收端仅收到2个。

需要解决两个问题：

• 如何让它只发送1个？应用程序理应能控制发包数量，并非所有程序都会出现这种情况，我忽略了什么？
• 这种特性在某些场景下可能有用：有没有办法让它主动发送2个或4个？

测试代码 #

//
// How many messages does this send out?
//
// g++ -std=c++20 howmany.cpp -o howmany.exe -lws2_32
//
// nc -u -p 15000 -l
//

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>

using namespace std;

namespace asio = boost::asio;
using udp = asio::ip::udp;

static constexpr string localBindAddr{"10.0.0.53"};

void HowManyMsgs()
{
    asio::io_context ioCtxt;
    
    udp::endpoint localEP{ asio::ip::address::from_string(localBindAddr), 15000};
    udp::socket skt{ioCtxt, localEP};
    //udp_socket_await skt{ioCtxt, localEP};
    skt.set_option(udp::socket::reuse_address(true));
    //skt.set_option(asio::ip::unicast::hops(7)); // TTL

    udp::endpoint dest{ asio::ip::address::from_string("10.0.0.140"), 15000};
    string hello{"Hello there destination.\n"};
    size_t nSent = skt.send_to(asio::const_buffer{hello.data(), hello.size()}, dest);
    cout << "Sent once: " << nSent << " bytes to " << dest;
    sleep(1);
}


int main()
{
    HowManyMsgs();
    return 0;
}

抓包与接收结果 #

Wireshark抓包 #

No. Time    Source  Destination Protocol    Length  Info
65  1.537746    10.0.0.53   10.0.0.140  UDP 67  15000 → 15000 Len=25
66  1.537755    10.0.0.53   10.0.0.140  UDP 67  15000 → 15000 Len=25
67  1.537772    10.0.0.53   10.0.0.140  UDP 67  15000 → 15000 Len=25

接收端（nc命令）输出 #

# nc -u -p 15000 -l
Hello there destination.
Hello there destination.

运行环境 #

基于Win32的boost::asio（msys2.org /mingw64）

更新：问题根源定位 #

这似乎是VMWare Workstation网络栈导致的异常现象。测试场景：

• 在VM宿主机运行程序，通过桥接网络向本机VM虚拟机发送消息时，出现多发数据包；
• 关闭VM虚拟机后，向局域网内另一台机器发送，仅发送1个数据包；
• 重新开启VM虚拟机后，向局域网内其他机器发送时会出现4个相同的数据包。

可见VMWare网络适配器是关键因素，该问题属于适配器配置范畴。

问题分析与解决思路 #

1. 多发数据包的原因
   你的代码逻辑完全正确，单次调用send_to只会触发一次系统调用，发送一个UDP包。多发是VMWare虚拟网络适配器的特殊转发机制导致的，当宿主机与虚拟机通过桥接网络通信时，虚拟网络栈可能会复制数据包进行内部转发，从而出现重复发包的情况。

2. 确保只发送1个数据包的方法

   • 切换网络环境：在物理机之间通信，或使用VMWare的NAT网络模式替代桥接模式；
   • 调整VMWare网络配置：打开VMWare虚拟网络编辑器，重置虚拟网络设置，或关闭可能导致数据包复制的优化选项；
   • 无需修改代码：代码本身没有问题，问题出在底层网络栈。

3. 主动控制发送指定数量的数据包
   如果需要发送2个、4个等指定数量的UDP包，直接在代码中多次调用send_to即可，这是可靠且可控的方式，示例代码如下：

   void HowManyMsgs()
   {
       asio::io_context ioCtxt;
       
       udp::endpoint localEP{ asio::ip::address::from_string(localBindAddr), 15000};
       udp::socket skt{ioCtxt, localEP};
       skt.set_option(udp::socket::reuse_address(true));
   
       udp::endpoint dest{ asio::ip::address::from_string("10.0.0.140"), 15000};
       string hello{"Hello there destination.\n"};
       
       // 主动发送2个数据包
       const int sendCount = 2;
       for (int i = 0; i < sendCount; ++i) {
           size_t nSent = skt.send_to(asio::const_buffer{hello.data(), hello.size()}, dest);
           cout << "Sent " << (i+1) << ": " << nSent << " bytes to " << dest << endl;
           // 可选：添加微延迟避免数据包被网络栈合并
           std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
       }
       sleep(1);
   }
   

   不要依赖底层网络栈的异常多发行为，这种行为不可控且受环境影响极大。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JimB