背景
有些时候我们在网络通信中也需要用到 组播(多播)、广播。现在我们来介绍如何实现。
建议：在此之前，关闭防火墙。
ubuntu： service ufw stop
windows： 控制面板关闭
有关知识
基本概念
- 单播：两个主机间单对单的通信
- 广播：一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信（网络地址全1）
单播和广播是两个极端，要么对一个主机进行通信，要么对整个局域网的主机进行通信
- 组播：实际情况下，经常需要对一组特定的主机进行通信，而不是所有局域网上的主机
-
IP组播（也称多址广播或多播），是一种允许一台或多台主机发送数据包到多台主机的TCP/IP网路技术。
-
多播是 IPv6 数据包的 3 种基本目的地址类型之一，多播是一点对多点的通信, IPv6 没有采用 IPv4 中的组播术语，而是将广播看成是多播的一个特殊例子。
多播组只能用UDP 或者原始套接字实现，不能用TCP。
广播地址
在使用TCP/IP 协议的网络中，主机标识段host ID 为全1 的IP 地址为广播地址，广播的分组传送给host ID段所涉及的所有计算机。
传输层只有UDP可以广播 。
组播地址
IP 组播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它是一个 D 类 IP 地址，范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类：
-
局部链接多播地址范围在 224.0.0.0~224.0.0.255，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包；
-
预留多播地址为 224.0.1.0~238.255.255.255，可用于全球范围（如Internet）或网络协议；
-
管理权限多播地址为 239.0.0.0~239.255.255.255，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。
组播地址与MAC地址的映射
使用同一个 IP 多播地址接收多播数据包的所有主机构成了一个主机组，也称为多播组。一个多播组的成员是随时变动的，一台主机可以随时加入或离开多播组，多播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制，一台主机也可以属于几个多播组。
这个我们可以这样理解，多播地址就类似于 QQ 群号，多播组相当于 QQ 群，一个个的主机就相当于群里面的成员。
设备驱动程序就必须接收所有多播数据帧，然后对它们进行过滤，这个过滤过程是网络驱动或IP层自动完成。（设备驱动程序会对多播数据进行过滤，将其发到相应的位置）
组播应用
- 单点对多点应用
点对多点应用是指一个发送者，多个接收者的应用形式，这是最常见的多播应用形式。典型的应用包括：媒体广播、媒体推送、信息缓存、事件通知和状态监视等。
- 多点对单点应用
多点对点应用是指多个发送者，一个接收者的应用形式。通常是双向请求响应应用，任何一端（多点或点）都有可能发起请求。典型应用包括：资源查找、数据收集、网络竞拍、信息询问等。
- 多点对多点应用
多点对多点应用是指多个发送者和多个接收者的应用形式。通常，每个接收者可以接收多个发送者发送的数据，同时，每个发送者可以把数据发送给多个接收者。典型应用包括：多点会议、资源同步、并行处理、协同处理、远程学习、讨论组、分布式交互模拟（DIS）、多人游戏等。
组播编程
多播程序框架主要包含套接字初始化、设置多播超时时间、加入多播组、发送数据、接收数据以及从多播组中离开几个方面。其步骤如下：
1）建立一个socket。
2）然后设置接收方多播的参数，例如超时时间TTL、本地回环许可LOOP等。
3）设置接收方加入多播组。
4）发送和接收数据。
5）从多播组离开。
我们需要用到 setsocket 函数 ，使用这些参数：
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
const void *optval, socklen_t optlen);
struct ip_mreq
{
struct in_addr imn_multiaddr; // 多播组 IP，类似于 群号
struct in_addr imr_interface; // 将要添加到多播组的 IP，类似于 成员号
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
}
// 当imr_interface 为 INADDR_ANY 时，选择的是默认组播接口。
level ：
- IPPROTO_IP
optname：
- IP_MULTICAST_LOOP 支持多播数据回送
- IP_ADD_MEMBERSHIP 加入多播组
- IP_DROP_MEMBERSHIP 离开多播组
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，数据会回送到本地的回环接口，选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。
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地址加入同一个广播组，或者同一个IP地址加入多个广播组。
optval：
- IP_MULTICAST_LOOP 选项对应传入 unsigned int 来确认是否支持多播数据回送
- IP_ADD_MEMBERSHIP 传入 ip_mreq
- IP_DROP_MEMBERSHIP 传入 ip_mreq
组播例程
group_client.c
/*
# Copyright By Schips, All Rights Reserved
# https://gitee.com/schips/
#
# File Name: group_client.c
# Created : Mon 23 Mar 2020 04:00:49 PM CST
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#define IP_FOUND "IP_FOUND"
#define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"
/*
广播与多播只支持UDP协议，因为TCP协议是端到端，这与广播与多播的理念相冲突
广播是局域网中一个主机对所有主机的数据通信，而多播是一个主机对一组特定的主机进行通信.多播可以是因特网，而广播只能是局域网。多播常用于视频电话，网上会议等。
setsockopt设置套接字选项可以设置多播的一些相关信息
IP_MULTICAST_TTL //设置多播的跳数值
IP_ADD_MEMBERSHIP //将主机的指定接口加入多播组，以后就从这个指定的接口发送与接收数据
IP_DROP_MEMBERSHIP //主机退出多播组
IP_MULTICAST_IF //获取默认的接口或设置多播接口
IP_MULTICAST_LOOP //设置或禁止多播数据回送，即多播的数据是否回送到本地回环接口
例子:
int ttl=255;
setsockopt(socket,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));//设置跳数
socket -套接字描述符
PROTO_IP -选项所在的协议层
IP_MULTICAST_TTL -选项名
&ttl -设置的内存缓冲区
sizeof(ttl) -设置的内存缓冲区长度
struct in_addr in;
setsockopt(socket,IPPROTO_IP,IP_MUTLICAST_IF,&in,sizeof(in));//设置组播接口
int yes=1;
setsockopt(socket,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&yes,sizeof(yes));//设置数据回送到本地回环接口
struct ip_mreq addreq;
setsockopt(socket,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&req,sizeof(req));//加入组播组
struct ip_mreq dropreq;
setsockopt(socket,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&dropreq,sizeof(dropreq));//离开组播组
*/
#define MCAST_ADDR "224.0.0.88"
int main(int argc ,char **argv)
{
int ret,count;
int sock_fd;
char send_buf[20];
char recv_buf[20];
struct sockaddr_in server_addr; //多播地址
struct sockaddr_in our_addr;
struct sockaddr_in recvaddr;
int so_broadcast=1;
socklen_t socklen;
sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
//server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(MCAST_ADDR); //多播地址
server_addr.sin_port = htons(6666);
//客户端绑定通信端口，否则系统自动分配
memset(&our_addr,0,sizeof(our_addr));
our_addr.sin_family = AF_INET;
our_addr.sin_port = htons(7777);
our_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //MCAST_ADDR
//自定义地址如果为有效地址
//则协议栈将自定义地址与端口信息发送到接收方
//否则协议栈将使用默认的回环地址与自动端口
//our_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.10");
ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&our_addr, sizeof(our_addr) );
if(ret == -1)
{
perror("bind !");
}
socklen = sizeof(struct sockaddr);
strncpy(send_buf,IP_FOUND,strlen(IP_FOUND)+1);
for(count=0;count<1;count++)
{
ret = sendto(sock_fd, send_buf, strlen(send_buf)+1, 0,(struct sockaddr *)&server_addr, socklen);
if(ret != strlen(send_buf)+1)
{
perror(" send to !");
}
ret = recvfrom(sock_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0,(struct sockaddr *)&recvaddr, &socklen);
if(ret < 0 )
{
perror(" recv! ");
}
printf(" recv server addr : %s
", (char *)inet_ntoa(recvaddr.sin_addr));
printf(" recv server port : %d
", ntohs(recvaddr.sin_port) );
printf(" recv server msg :%s
", recv_buf);
}
close(sock_fd);
return 0;
}
group_server.c
/*
# Copyright By Schips, All Rights Reserved
# https://gitee.com/schips/
#
# File Name: group_server.c
# Created : Mon 23 Mar 2020 04:02:12 PM CST
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
//#include <linux/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#define IP_FOUND "IP_FOUND"
#define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"
#define MCAST "224.0.0.88"
//说明:设置主机的TTL值，是否允许本地回环，加入多播组，然后服务器向加入多播组的主机发送数据，主机接收数据，并响应服务器。
int main(int argc,char **argv)
{
int sock_fd,client_fd;
int ret;
struct sockaddr_in localaddr;
struct sockaddr_in recvaddr;
socklen_t socklen;
char recv_buf[20];
char send_buf[20];
int ttl = 10;//如果转发的次数等于10,则不再转发
int loop=0;
sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM , 0);
if(sock_fd == -1)
{
perror(" socket !");
}
memset(&localaddr,0,sizeof(localaddr));
localaddr.sin_family = AF_INET;
localaddr.sin_port = htons(6666);
localaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&localaddr,sizeof(localaddr));
if(ret == -1)
{
perror("bind !");
}
socklen = sizeof(struct sockaddr);
//设置多播的TTL值
if(setsockopt(sock_fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, &ttl, sizeof(ttl))<0){
perror("IP_MULTICAST_TTL");
return -1;
}
//设置数据是否发送到本地回环接口
if(setsockopt(sock_fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &loop, sizeof(loop))<0){
perror("IP_MULTICAST_LOOP");
return -1;
}
//加入多播组
struct ip_mreq mreq;
mreq.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr(MCAST);//多播组的IP
mreq.imr_interface.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//本机的默认接口IP,本机的随机IP
if(setsockopt(sock_fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq)) < 0){
perror("IP_ADD_MEMBERSHIP");
return -1;
}
while(1)
{
ret = recvfrom(sock_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0,(struct sockaddr *)&recvaddr, &socklen);
if(ret < 0 )
{
perror(" recv! ");
}
printf(" recv client addr : %s
", (char *)inet_ntoa(recvaddr.sin_addr));
printf(" recv client port : %d
",ntohs(recvaddr.sin_port));
printf(" recv msg :%s
", recv_buf);
if(strstr(recv_buf,IP_FOUND))
{
//响应客户端请求
strncpy(send_buf, IP_FOUND_ACK, strlen(IP_FOUND_ACK) + 1);
ret = sendto(sock_fd, send_buf, strlen(IP_FOUND_ACK) + 1, 0, (struct sockaddr*)&recvaddr, socklen);//将数据发送给客户端
if(ret < 0 )
{
perror(" sendto! ");
}
printf(" send ack msg to client !
");
}
}
// 离开多播组
ret = setsockopt(sock_fd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));
if(ret < 0){
perror("IP_DROP_MEMBERSHIP");
return -1;
}
close(sock_fd);
return 0;
}
广播编程
广播的实现比较简单，只需要设置socket允许广播(想广播的终端设置即可)，然后在发送数据前指定为广播地址即可。我们直接看例程吧。
boardcast_client.c
/*
# Copyright By Schips, All Rights Reserved
# https://gitee.com/schips/
#
# File Name: boardcast_client.c
# Created : Mon 23 Mar 2020 04:29:48 PM CST
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
char send_buf[100] = "GET Msg";
char recv_buf[100];
// 1 创建一个套接字，用于网络通信
int sk_fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sk_fd == -1)
{
perror("socket");
return -1;
}
// 2 绑定服务的IP与端口
struct sockaddr_in ser_addr;
ser_addr.sin_family = PF_INET;
ser_addr.sin_port = htons (6666) ;
ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.88");
int ret = bind(sk_fd, (struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
if (ret == -1)
{
perror("bind");
return -1;
}
// 3 等待 服务器广播
struct sockaddr_in src_addr;
socklen_t size = sizeof(ser_addr);
ret = recvfrom(sk_fd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0,(struct sockaddr *)&src_addr, &size);
if (ret == -1)
{
perror("reveform");
return -1;
}
printf("recv :%s
",recv_buf);
// 4 关闭套接字
close(sk_fd);
return 0;
}
boardcast_server.c
/*
# Copyright By Schips, All Rights Reserved
# https://gitee.com/schips/
#
# File Name: boardcast_server.c
# Created : Mon 23 Mar 2020 04:29:48 PM CST
*/
// UDP 服务端
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
char send_buf[100] = "hello client 6666";
char recv_buf[100];
// 1 创建一个套接字，用于网络通信
int sk_fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sk_fd == -1)
{
perror("socket");
return -1;
}
//设置广播使能
int on = 1;
setsockopt(sk_fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));
// 2 绑定服务的IP与端口
struct sockaddr_in ser_addr;
ser_addr.sin_family = PF_INET;
ser_addr.sin_port = htons (6666) ;
ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.88");
int ret = bind(sk_fd, (struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
if (ret == -1)
{
perror("bind");
return -1;
}
// 3 广播数据
struct sockaddr_in client_addr;
client_addr.sin_family = PF_INET;
client_addr.sin_port = htons (6666) ;
client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.255");
socklen_t size = sizeof(struct sockaddr_in);
while(1)
{
ret = sendto(sk_fd, send_buf, sizeof(send_buf), 0,(struct sockaddr *)&client_addr, size);
if (ret == -1)
{
perror("sendto");
return -1;
}
}
// 4 关闭套接字
close(sk_fd);
return 0;
}