IPv6 UDP组播设默认接口0时connect失败sendto正常问题

当前尝试搭建基于组播的IPv6客户端/服务端UDP通信能力。

connect + send 场景 #

故障出现在IPv6 UDP组播套接字的connect调用环节：

• (a) 若通过setsockopt配置IPV6_MULTICAST_IF选项选择默认接口0，connect调用会执行失败。
• (b) 若选择的接口索引对应系统中实际存在的活跃组播接口（例如通过if_nametoindex("eth0")获取的索引值），connect调用可成功执行。

sendto 场景 #

若不对目标地址提前调用connect，直接使用sendto发送数据，两种配置均可成功：无论是选择默认接口0的场景(a)，还是通过if_nametoindex指定实际接口的场景(b)。

下方示例代码覆盖了客户端向组播地址发送数据的四种运行方式，编译运行结果如下：

• connect + send (a): ./main 1 - 执行失败，报错：Invalid argument
• connect + send (b): ./main 1 eth0 - 执行成功
• sendto (a): ./main 0 - 执行成功
• sendto (b): ./main 0 eth0 - 执行成功

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXBUF 65536
#define ADDR "ff02::1:5"
#define PORT "50000"

int client(int use_connect_and_send, int interface_index) {
    int sock;
    int status;
    struct addrinfo sainfo, *psinfo, *linfo;
    struct sockaddr_in6 sin6;
    int sin6len;
    char buffer[MAXBUF];
    sprintf(buffer, "hello");

    sin6len = sizeof(struct sockaddr_in6);

    sock = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);

    memset(&sin6, 0, sizeof(struct sockaddr_in6));
    sin6.sin6_port = htons(0);
    sin6.sin6_family = AF_INET6;
    sin6.sin6_addr = in6addr_any;

    memset(&sainfo, 0, sizeof(struct addrinfo));
    memset(&sin6, 0, sin6len);

    sainfo.ai_flags = 0;
    sainfo.ai_family = AF_UNSPEC;
    sainfo.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
    sainfo.ai_protocol = IPPROTO_UDP;
    
    status = getaddrinfo(ADDR, PORT, &sainfo, &psinfo);

    struct ipv6_mreq ipv6;
    ipv6.ipv6mr_interface = interface_index;

    if((setsockopt(sock, IPPROTO_IPV6, IPV6_MULTICAST_IF, (const void *) &ipv6.ipv6mr_interface, 
                sizeof(ipv6.ipv6mr_interface))) < 0) {
        perror("Setting local interface error");
    }

    if (use_connect_and_send) {
        status = connect(sock, (struct sockaddr *)psinfo->ai_addr, sin6len);
        if(status != 0) {
           perror("connect failed");
           exit(EXIT_FAILURE);
        }
        status = send(sock, buffer, strlen(buffer), 0);
    } else {
        status = sendto(sock, buffer, strlen(buffer), 0,
                 (struct sockaddr *)psinfo->ai_addr, sin6len);
    }
    if (status < 0) {
        perror("send failed");
    }
    printf("buffer : %s \t%d\n", buffer, status);

    // free memory
    freeaddrinfo(psinfo);
    psinfo = NULL;

    shutdown(sock, 2);
    close(sock);
    return 0;
}


int main(int argc, char* argv[]) {
    if(argc < 2) {
        printf("specify wheter or not to use sendto (0) or connect+send (1)\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int use_connect_and_send = atoi(argv[1]);
    int interface_index = 0; 
    if(argc > 2) {
        interface_index = if_nametoindex(argv[2]);
        if (interface_index == 0) {
            perror("nametoindex failed, does the given interface exist?");
        }
    }
    client(use_connect_and_send, interface_index);
} 

请问在**connect + send (a)**场景下存在什么配置错误？为何选择默认接口时sendto可成功执行，connect的行为却存在差异？

原因说明 #

这不是配置错误，是系统内核对UDP套接字connect和sendto两个系统调用的处理逻辑差异导致的：

• 对UDP套接字调用connect时，内核不仅会记录目标地址，还会提前做路由可达性校验，必须找到明确的出口接口才能返回成功。当把IPV6_MULTICAST_IF设为0（代表使用默认接口）时，connect阶段内核不会触发组播默认接口的自动选择流程，此时找不到匹配组播目标地址的路由项，直接返回Invalid argument错误。
• 调用sendto时，内核不会提前做路由校验，路由解析是在实际发送报文的环节才执行的。这时候如果IPV6_MULTICAST_IF为0，内核会自动按照系统的组播路由规则选择默认出口接口，流程可以正常走通，因此不会报错。

处理方案 #

如果要在IPv6 UDP组播场景下使用connect+send的调用方式，不要把IPV6_MULTICAST_IF设为0，必须显式指定实际存在的活跃接口索引，也就是场景(b)中的实现方式即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jan