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基于Linux的多播编程
一.单播，广播和多播
1.单播用于两个主机之间的端对端通信，广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端，要么对一个主机进行通信，要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下，经常需要对一组特定的主机进行通信，而不是整个局域网上的所有主机，这就是多播的用途。
2.多播的概念：
1>多播，也称为“组播”，将局域网中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组，进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行，其他的主机没有加入此分组不能收发对应的数据。
2>在广域网上广播的时候，其中的交换机和路由器指向需要获取数据的主机复制并转发数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择地复制并传输数据，将数据仅仅传输给组内的主机。
3.多播的优点和缺点
1>优点：
Ø 具有同种业务的主机加入同一数据流，共享同一通道，节省了带宽和服务器的优点，具有广播的优点而又没有广播所需要的带宽。
Ø 服务器的总带宽不受客户端带宽的限制。由于组播协议由接收者的需求来确定是否进行数据流的转发，所以服务器端的带宽是常量，与客户端的数量无关。
Ø 与单播一样，多播是允许在广域网即Internet上进行传输的，而广播仅仅在同一局域网上才能进行。
2>组播的缺点：
Ø 多播与单播相比没有纠错机制，当发生错误的时候难以弥补，但是可以在应用层来实现此种功能
Ø 多播的网络支持存在缺陷，需要路由器及网络协议栈的支持。
4.目前多播的应用主要有网上视频，网上会议等
5.多播地址：
1>多播的地址是特定的，D类地址用于多播。D类IP地址就是多播IP地址，即224.0.0.0到239.255.255.255之间的IP地址，并被划分为局部连续多播地址，预留多播地址和管理权限多播地址3类：
Ø 局部多播地址：在224.0.0.0~224.0.0.251之间，这是路由协议和其他用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包。（即此类范围的多播IP地址只能在局域网内使用）
Ø 预留多播地址：在224.0.1.0~238.255.255.255之间，可用于全球范围或网络协议
Ø 管理权限多播地址：在239.0.0.0~239.255.255.255之间，可供组织内部使用，类似于私有IP地址，不能用于Internet,可限制多播范围。
6.IPv4多播地址到以太网地址的映射方法：
1>IPv4的D类地址（从224.0.0.0到239.255.255.255）是IPv4多播地址;D类地址的低序28位构成多播组ID(group ID),整个32位地址则称为组地址（group address）。
2>IPv4地址的映射，以太网地址的高24位总是01:00:5e下一位总是0,底序23位拷贝自多播组ID的底序23位。这样就组成了多播地址的以太网地址。
二.多播编程
1>建立一个socket;
2>设置多播的参数，例如超时时间TTL，本地回环许可LOOP等
3>加入多播组
4>发送和接收数据
5>从多播组离开
2.多播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的。
3.setsockopt()的选项
1>IP_MULTICAST_TTL:设置多播组数据的TTL值（路由跳数），每跨过一个路由器，TTL值减一.范围为0~255之间的任何值。
int ttl;
setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));
2>IP_MULTICAST_LOOP:默认情况下，当本机发送组播数据到某个网络接口时，在IP层，数据会回送公道本地的回环接口，选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。
int loop;
setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));
参数loop设置为0表示禁止回送，设置为1允许回送。
3>IP_ADD_MEMBERSHIP: 该选项通过对一个结构struct ip_mreq类型的变量进行控制而加入一个多播组。
Ø struct ip_mreq
struct ip_mreq
{
struct in_addr imr_multiaddr;/*加入的多播组IP地址*/
struct in_addr imr_interface;/*加入的网络接口IP地址*/
}；
Ø 选项IP_ADD_MEMBESHIP选项用于加入某个多播组，之后就可以向这个多播组发送数据或者从多播组接收数据。此选项的值为mreq结构，成员imr_multiaddr是需要加入的多播组IP地址，成员imr_interface是本机需要加入多播组的网络接口IP地址。
struct ip_mreq mreq;
setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
Ø 使用IP_ADD_MEMBERSHIP选项每次只能加入一个网络接口的IP地址到多播组，但并不是一个多播组仅允许一个主机IP地址加入，可以多次调用IP_ADD_MEMBERSHIP选项来实现多个IP地址加入同一个多播组，或者同一个IP地址加入多个多播组。当imr_interface为INADDR_ANY时，选择的本地默认网口。
4>IP_DROP_MEMBERSHIP:该选项用于从一个多播组中退出。
struct ip_mreq mreq;
setsockopt(sock_fd,IPPROTP_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&merq,sizeof(sreq));
三实例：
情景：
Ø 服务器端每隔2秒向目的端口号为5000和目的多播地址为224.0.0.255发送数据welcome you to multicast socket programme。
Ø 客户端从多播地址为224.0.0.255和端口号5000处接收5次多播数据。
1.服务器端程序
1 #include<stdio.h> 2 #include<string.h> 3 #include<stdlib.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<sys/socket.h> 6 #include<sys/types.h> 7 #include<arpa/inet.h> 8 #include<netinet/in.h> 9 10 #define SERV_PORT 5350 11 #define MCAST_PORT 5350 12 #define MCAST_ADDR "224.0.0.251" 13 #define MCAST_INTERVAL 2 14 15 int main(int argc,char **argv) 16 { 17 int sock_fd; 18 struct sockaddr_in mcast_addr,addr_serv,addr_client; 19 char send_buf[]="tigerjibo"; 20 char recv_buf[1024]; 21 int serv_len,mcast_len; 22 int send_num; 23 int recv_num; 24 int err; 25 struct ip_mreq mreq; 26 sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);/*建立套接子*/ 27 if(sock_fd < 0){ 28 perror("socket()"); 29 exit(1); 30 } else { 31 printf("socket sucefull!\n"); 32 } 33 /*服务器端地址*/ 34 memset(&addr_serv,0,sizeof(struct sockaddr_in)); 35 addr_serv.sin_family = AF_INET; 36 addr_serv.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.11"); 37 addr_serv.sin_port = htons(SERV_PORT); 38 serv_len = sizeof(struct sockaddr_in); 39 //初始化多播地址 40 memset(&mcast_addr,0,sizeof(mcast_addr)); 41 mcast_addr.sin_family = AF_INET; 42 mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); 43 mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT); 44 45 if(bind(sock_fd,(struct sockaddr*)&addr_serv,serv_len)<0){
46 perror("bind"); 47 exit(1); 48 } else { 49 printf("bind sucess\n"); 50 } 51 while(1){ 52 printf("begin send:\n"); 53 send_num = sendto(sock_fd,send_buf,sizeof(send_buf),0,(struct sockaddr *)&mcast_addr,sizeof(mcast_addr)); 54 if( send_num < 0){ 55 perror("sendto()"); 56 exit(1); 57 } else{ 58 printf("send sucessful\n"); 59 } 60 sleep(MCAST_INTERVAL); 61 } 62 close(sock_fd); 63 return 0; 64 } 64,1 底端
2.客户端程序
1 #include<stdio.h> 2 #include<string.h> 3 #include<stdlib.h> 4 #include<errno.h> 5 6 #include<sys/socket.h> 7 #include<sys/types.h> 8 #include<arpa/inet.h> 9 #include<netinet/in.h> 10 #include<unistd.h> 11 #define LOCAL_PORT 5350 12 #define MCAST_ADDR "224.0.0.251" 13 #define MCAST_INTERVAL 5 14 #define LOCAL_ADDR "192.168.1.11" 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 int main() 34 { 35 int sock_fd; 36 struct sockaddr_in local_addr; 37 int err = -1; 38 int loop = 1; 39 sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);/*建立套接字*/ 40 if(sock_fd < 0){ 41 perror("socket()"); 42 exit(1); 43 } else { 44 printf("socket() sucessful\n");
45 }
46 memset(&local_addr,0,sizeof(local_addr)); 47 local_addr.sin_family = AF_INET; 48 local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//inet_addr(LOCAL_ADDR);htonl(INADDR_ANY);固定为local_addr则接受不到 49 local_addr.sin_port = htons(LOCAL_PORT); 50 err = bind(sock_fd,(struct sockaddr *)&local_addr,sizeof(local_addr)); 51 if(err < 0){ 52 perror("bind"); 53 exit(1); 54 } else { 55 printf("bind sucessful\n"); 56 } 57 loop = 1; 58 err = setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop)); 59 if(err < 0){ 60 perror("setsocket():IP MULTICAST_LOOP"); 61 exit(1); 62 } else { 63 printf("IP_MULTICAST_LOOP SUCESSFUL\n"); 64 } 65 66 struct ip_mreq mreq; 67 mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); 68 mreq.imr_interface.s_addr = inet_addr(LOCAL_ADDR); 69 err = setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq)); 70 if(err < 0){ 71 printf("%s setsockopt():IP ADD MEMBURSHIP\n",strerror(errno)); 72 exit(1); 73 } else { 74 printf("setsockopt() IP ADD MEMBURSHIP sucessful\n"); 75 } 76 int times = 0; 77 int addr_len = 0; 78 char buff[1000]; 79 int recv_num =0; 80 for(times = 0;times < 5;times++){ 81 addr_len = sizeof(local_addr); 82 memset(buff,0,sizeof(buff)); 83 recv_num = recvfrom(sock_fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&local_addr,&addr_len); 84 if(recv_num < 0){
85 perror("recvfrom()"); 86 exit(1); 87 } else { 88 printf("Recv %dst message from server :%s\n",times,buff); 89 sleep(MCAST_INTERVAL); 90 } 91 } 92 err = setsockopt(sock_fd,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq)); 93 close(sock_fd); 94 return 0; 95 }
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