C# - UDP Datagram의 최대 크기
IP 프로토콜에서 datagram의 크기는 일반적으로 65,535 바이트까지 가능합니다. 그중에서 20바이트 IP 헤더와 8바이트 UDP 헤더를 제외하면 65,507을 데이터로 사용할 수 있습니다.
혹시, 그 65,507과 같은 크기를 구할 수 있을까요? Windows의 경우, getsockopt에 SO_MAX_MSG_SIZE 옵션을 제공하므로 다음과 같이 구하는 것이 가능합니다.
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
using System.Text;
internal class Program
{
public static int SOL_SOCKET
{
get
{
if (RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows))
{
return 0xffff;
}
return 1;
}
}
public const int SO_MAX_MSG_SIZE = 0x2003; // 8195
static void Main(string[] args)
{
using (UdpClient listener = new UdpClient(60900))
{
byte[] buffer = new byte[4];
listener.Client.GetRawSocketOption(SOL_SOCKET, SO_MAX_MSG_SIZE, buffer);
int result = BitConverter.ToInt32(buffer, 0);
Console.WriteLine($"MSG_SIZE: {result}"); // 출력 결과: 65507
}
}
}
반면, 리눅스의 경우에는 이 값을 구하는 방법이 딱히 없습니다. 위의 C# 프로그램을 리눅스에서 실행하면 GetRawSocketOption 실행 시 "System.Net.Sockets.SocketException: 'Operation not supported'" 오류가 발생하는데요, 닷넷 BCL의 문제가 아닌 C/C++로 호출한 경우에도 이 옵션은 리눅스에서 제공하지 않는 것을 알 수 있습니다.
#include <cstdio>
#include <sys/socket.h>
int main()
{
int value = 0;
socklen_t len = sizeof(value);
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
int result = getsockopt(fd, SOL_SOCKET, 0x2003, &value, &len);
// 위의 코드는 사실 의미가 없는데, Windows와 Linux는 옵션 값이 다르기 때문에 리눅스에서 SO_MAX_MSG_SIZE 옵션을 제공한다 해도 값이 0x2003이진 않을 것입니다.
printf("%d, (%d)\n", value, result); // 출력 결과: 0, -1
return 0;
}
어쨌든, 이 크기보다 큰 datagram을 보내려고 하면 예외가 발생합니다.
using (UdpClient client = new UdpClient())
{
// 만약 아래의 IP 주소를 127.0.0.1로 하면 예외가 발생하지 않습니다.
client.Connect(IPAddress.Parse("192.168.100.50"), 65000);
client.Send(new byte[65507 + 1]);
}
/*
// Send에서 예외 발생
// Windows 환경의 오류 메시지 (WSAEMSGSIZE 10040)
Unhandled exception. System.Net.Sockets.SocketException (10040): A message sent on a datagram socket was larger than the internal message buffer or some other network limit, or the buffer used to receive a datagram into was smaller than the datagram itself.
at System.Net.Sockets.UdpClient.Send(ReadOnlySpan`1 datagram)
at Program.Main(String[] args) in C:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\Program.cs:line 39
// WSL/Linux 환경의 오류 메시지
Unhandled exception. System.Net.Sockets.SocketException (90): Message too long
at System.Net.Sockets.UdpClient.Send(ReadOnlySpan`1 datagram)
at Program.Main(String[] args) in C:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\Program.cs:line 38
*/
위와 같이 얻은 UDP Datagram의 크기는 엄밀히 로컬 PC에서만 유효한 것입니다. 일단, 패킷이 네트워크를 타고 흐르면 각각의 네트워크 장비가 정한 규격으로 인해 65,507 바이트를 정상적으로 전송하지 못할 수 있습니다. 이에 대해 검색해 보면,
What is the largest Safe UDP Packet Size on the Internet
; https://stackoverflow.com/questions/1098897/what-is-the-largest-safe-udp-packet-size-on-the-internet
RFC 1122 표준 문서상으로는 "reassemble" 가능한 최소 크기를 576 바이트라고 명시했다고 합니다.
3.3.2 Reassembly
The IP layer MUST implement reassembly of IP datagrams.
We designate the largest datagram size that can be reassembled
by EMTU_R ("Effective MTU to receive"); this is sometimes
called the "reassembly buffer size". EMTU_R MUST be greater
than or equal to 576, SHOULD be either configurable or
indefinite, and SHOULD be greater than or equal to the MTU of
the connected network(s).
따라서, 어쩌면 인터넷에는 실제로 최소 규격만을 만족하는 장비가 있을 가능성을 배제할 수는 없으므로 가능한 모든 환경에서 테스트하는 것이 권장됩니다.
UDP datagram이 물론 프로토콜상으로는 메시지 단위로 한 번에 전송은 되지만, 하위 프로토콜로 전달되면서, 예를 들어 ethernet을 사용한다면
MTU 1500 바이트의 크기로 쪼개져서 전달됩니다. 따라서 만약 1개의 ehternet 패킷으로 UDP를 보내고 싶다면 1500에서 IP header 20바이트, UDP header 8바이트를 뺀 1472 크기가
sendto에 전송할 수 있는 실제 데이터 크기가 됩니다.
재미있는 건, 실제로 UDP datagram을 MTU 크기까지만, 즉 1개의 패킷으로만 전송하도록 강제하는 옵션이 있다는 점입니다.
public const int IPPROTO_IP = 0;
public static int IP_MTU_DISCOVER
{
get
{
if (RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows))
{
return 71;
}
return 10;
}
}
public static int IP_PMTUDISC_DO
{
get
{
if (RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows))
{
return 1;
}
return 2;
}
}
using (UdpClient client = new UdpClient())
{
client.Connect(IPAddress.Parse("192.168.100.50"), 65000);
byte[] buffer = BitConverter.GetBytes(IP_PMTUDISC_DO);
client.Client.SetRawSocketOption(IPPROTO_IP, IP_MTU_DISCOVER, buffer);
int sentBytes = client.Send(new byte[1473]); // 예외 발생
Console.WriteLine(sentBytes);
}
import socket
import sys
length = 1473
text = 'a' * length
IP_MTU_DISCOVER = 10 # linux 10, windows 71
IP_PMTUDISC_DO = 2 # linux 2, windows 1
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, IP_MTU_DISCOVER, IP_PMTUDISC_DO)
endpoint = ('172.28.96.1', 60900)
sent_bytes = sock.sendto(text.encode(), endpoint)
/* 예외 발생
$ python test.py
Traceback (most recent call last):
File "test.py", line 10, in <module>
sent_bytes = sock.sendto(text.encode(), endpoint)
OSError: [Errno 90] Message too long
*/
위와 같이 IP_MTU_DISCOVER, IP_PMTUDISC_DO 옵션을 적용하면, 이제 UDP datagram의 크기는 반드시 1개의 패킷으로 전달되도록 강제가 됩니다. 따라서, 위의 코드를 수행하면 1473 바이트를 전송하므로 예외가 발생합니다.
(참고로, IP_PMTUDISC_DO를 이용해 IP MTU 크기만큼 제약을 해도 SO_MAX_MSG_SIZE로 반환하는 값은 여전히 65507로 나옵니다.)
닷넷의 경우, 위의 옵션을 간단하게 Socket 타입의 DontFragment 옵션을 설정하는 것으로도 가능합니다.
using (UdpClient client = new UdpClient())
{
client.Connect(IPAddress.Parse("192.168.100.50"), 65000);
client.DontFragment = true;
// 또는 client.Client.DontFragment = true;
sentBytes = client.Send(new byte[1473]); // 예외 발생
}
DontFragment 속성의 소스 코드를 분석하면 결국 이렇게도 구현할 수 있는 것입니다.
client.Client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IP, SocketOptionName.DontFragment, 1);
위의 소스 코드를 SetRawSocketOption으로는 이렇게 바꿀 수 있는데요,
// Windows에서만 동작
// https://learn.microsoft.com/en-us/troubleshoot/windows/win32/header-library-requirement-socket-ipproto-ip#ipproto_ip-level-socket-options-in-ws2tcpiph
byte[] buffer = BitConverter.GetBytes(1);
client.Client.SetRawSocketOption(IPPROTO_IP, 14, buffer);
아쉽게도 Linux에서는 동작하지 않습니다. netinet/in.h 헤더 파일을 보면,
// https://codebrowser.dev/glibc/glibc/sysdeps/unix/sysv/linux/bits/in.h.html
#define IPV6_DONTFRAG 62
IPv6에 대한 옵션은 있어도 IPv4에 해당하는 IP_DONTFRAG나 IPV4_DONTFRAG 상수를 찾을 수가 없습니다. 단지 몇몇 문서를 보면,
https://manpages.ubuntu.com/manpages/xenial/en/man4/rawip.4freebsd.html
IP_DONTFRAG가 있는데, 아마도 리눅스 종류에 따라 다른 듯합니다.
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