linux多播技术

本文介绍了Linux环境下的多播技术,包括多播的概念、优势、多播地址分类,以及相关选项如IP_MULTICAST_TTL、IP_MULTICAST_IF等的设置。此外,还详细阐述了多播程序设计的框架,并提供了多播服务器和客户端的示例代码。

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1多播

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。

1.1  多播的概念

多播,也称为"组播",将网络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。

在广域网上广播的时候,其中的交换机和路由器只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。多播的这种功能,可以一次将数据发送到多个主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通信。

相对于传统的一对一的单播,多播具有如下的优点:

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。

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。

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。

组播的缺点:

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。

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。

多播的应用主要有网上视频、网上会议等。

1.2  广域网的多播

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至239.255.255.255之间的IP地址,并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

局部多播地址:在224.0.0.0~224.0.0.255之间,这是为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。

预留多播地址:在224.0.1.0~238.255.255.255之间,可用于全球范围(如Internet)或网络协议。

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。

1.3  多播的编程
  多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的,其选项值和含义参见11.5所示。


表: 多播相关的选项

getsockopt()/setsockopt()的选项

含    义

IP_MULTICAST_TTL

设置多播组数据的TTL值

IP_ADD_MEMBERSHIP

在指定接口上加入组播组

IP_DROP_MEMBERSHIP

退出组播组

IP_MULTICAST_IF

获取默认接口或设置接口

IP_MULTICAST_LOOP

禁止组播数据回送

1.选项IP_MULTICASE_TTL

选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL,范围为0~255之间的任何值,例如:

  1. unsigned char ttl=255; 
  2. setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));


2.选项IP_MULTICAST_IF

选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认网络接口,会从给定的网络接口发送,另一个网络接口会忽略此数据。例如:

  1. struct in_addr addr; 
  2. setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr))


参数addr是希望多播输出接口的IP地址,使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。

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。例如:

  1. unsigned char loop; 
  2. setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop))


参数loop设置为0禁止回送,设置为1允许回送。

3.选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP

加入或者退出一个组播组,通过选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBER- SHIP,对一个结构struct ip_mreq类型的变量进行控制,struct ip_mreq原型如下:

  1. struct ip_mreq 

  2.       struct in_addr imn_multiaddr; /*加入或者退出的广播组IP地址*/ 
  3.       struct in_addr imr_interface; /*加入或者退出的网络接口IP地址*/ 
  4. }


选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某个广播组,之后就可以向这个广播组发送数据或者从广播组接收数据。此选项的值为mreq结构,成员imn_multiaddr是需要加入的广播组IP地址,成员imr_interface是本机需要加入广播组的网络接口IP地址。例如:

  1. struct ip_mreq mreq; 
  2. setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))


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。当imr_ interface为INADDR_ANY时,选择的是默认组播接口。

4.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于从一个广播组中退出。例如:

  1. struct ip_mreq mreq; 
  2. setsockopt(s,IPPROTP_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(sreq))


其中mreq包含了在IP_ADD_MEMBERSHIP中相同的值。

5.多播程序设计的框架

要进行多播的编程,需要遵从一定的编程框架,其基本顺序如图11.6所示。

 
(点击查看大图)图11.6  多播的编程流程

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。

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