基于Linux的多播编程

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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 structip_mreq

struct ip_mreq

{

structin_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。

structip_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。

structip_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"
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21
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23
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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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