TCP/IP网络编程——多播与广播

最新推荐文章于 2024-08-07 23:53:43 发布
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本文深入探讨了多播和广播技术在网络传输中的应用。多播技术允许服务器向多个客户端同时发送数据，适用于大规模数据传输场景，如网络电台。广播则在单一网络内发送数据给所有主机。文章详细介绍了多播的原理、设置生存时间和加入多播组的方法，并提供了基于UDP的多播和广播代码示例。
转载自：https://blog.youkuaiyun.com/u010223072/article/details/48269213

前言：想想这么一种情况，网络电台可能需要同时向成千上万的用户传输相同的数据，如果用我们以前讲过的传输形式，每个用户都传输一次，这样肯定是不合理的。因此，就引入了多播技术来解决这个问题，它可以同时向大量用户发送相同数据。其基本原理是这样的：有个多播组，只要加入这个组里的所有客服端，服务端发送的数据它们都能收到，具体传输到多播组里的每个客户是由路由完成的(如果路由器不支持多播或网络堵塞，实现多播也会使用隧道技术)。

多播

  • 多播的数据传输特点如下：
    1，多播服务器端针对特定多播组，只需发送1次数据，该组内的所有所有客服端都能接收数据。
    2，多播组数可在IP地址范围内任意增加。

  • 设置生存时间和加入多播组的方法
    1，设置生存时间：只指服务端发送的数据包最远能传递的距离，用整数表示，并且每经过1个路由器就减1，当为0时，该数据包无法再被传递，只能销毁。因此，这个值设置过大将影响网络流量。当然，设置过小也会无法传递到目标（通过套接字可选项设置，示例代码中有使用方法）。

2，加入多播组：也是通过套接字可选项设置，示例代码中有使用方法，这里只介绍多播组的结构体ip_mreq。

struct ip_mreq
{
struct in_addr imr_multiaddr; //多播组的IP地址
struct in_addr imr_interface; //加入的客服端主机IP地址
}

  • 实现多播
    1，发送者(Sender)

  • //
//  main.cpp
//  hello_server
//
//  Created by app05 on 15-9-7.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define TTL 64    //数据包生存时间，即最多可以传递经过第64个路由时销毁
#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int send_sock;
    struct sockaddr_in mul_adr;
    int time_live = TTL;
    FILE *fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    if (argc != 3) {
        printf("Usage : %s <GroupIp> <Port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    //基于UDP的多播
    send_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    memset(&mul_adr, 0, sizeof(mul_adr));
    mul_adr.sin_family = AF_INET;
    mul_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    mul_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //设置生存时间(除了这里其它基本和UDP编写一样)
    setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, (void *)&time_live, sizeof(time_live));

    if((fp = fopen("/Users/app05/Desktop/test.txt", "r")) == NULL)
        error_handling("fopen() error");

    while (!feof(fp)) //如果文件结束，则返回非0值，否则返回0
    {
        fgets(buf, BUF_SIZE, fp);
        sendto(send_sock, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&mul_adr, sizeof(mul_adr));
        sleep(1); //只是为了加个传输数据时间间隔，没有特殊意义
    }

    fclose(fp);
    close(send_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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    2，接受者(Receiver)

    //
//  main.cpp
//  hello_client
//
//  Created by app05 on 15-9-7.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int recv_sock;
    int str_len;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in adr;
    struct ip_mreq join_adr; //多播组结构体

    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage : %s <GroupIp> <Port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    recv_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    memset(&adr, 0, sizeof(adr));
    adr.sin_family = AF_INET;
    adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(bind(recv_sock, (struct sockaddr *)&adr, sizeof(adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");

    //加入多播组
    join_adr.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    join_adr.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    setsockopt(recv_sock, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (void *)&join_adr, sizeof(join_adr));

    while (1) {
        str_len = recvfrom(recv_sock, buf, BUF_SIZE - 1, 0, NULL, 0);//只需要多播组IP地址，不关心自己主机地址
        if(str_len < 0)
            break;
        buf[str_len] = 0;
        fputs(buf, stdout);
    }

    close(recv_sock);
    return 0;
}


void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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    广播

    广播在功能上和多播是一样的，都是同时可以向大量客户传递数据。但他们在网络范围上有区别，多播可以跨越不同的网络，只要加入了多播组就能接收数据。但广播只能向同一网络中的主机传输数据。
    广播分为：直接广播与本地广播，直接广播sender的IP地址只需指定网络地址，主机地址全部填255。这样处在这个网络地址里的所有主机就可以接收数据了。而本地广播sender的IP地址写255.255.255.255，这样本地网络所有主机就可以接收数据了。

    //将SO_BROADCAST可选项设置为1就表示开启了套接字广播功能，默认是关闭的。
    int bcast = 1;
    setsockopt(send_sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (void *) &bcast, sizeof(bcast));

    下面就多播的代码示例稍作修改，本地广播的示例如下：

    //
//  main.cpp
//  hello_server
//
//  Created by app05 on 15-9-7.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define TTL 64    //数据包生存时间，即最多可以传递经过第64个路由时销毁
#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int send_sock;
    struct sockaddr_in mul_adr;
    int time_live = TTL;
    FILE *fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    if (argc != 3) {
        printf("Usage : %s <GroupIp> <Port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    //基于UDP的多播
    send_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    memset(&mul_adr, 0, sizeof(mul_adr));
    mul_adr.sin_family = AF_INET;
    mul_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    mul_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //设置生存时间(除了这里其它基本和UDP编写一样)
    //setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, (void *)&time_live, sizeof(time_live));

    /*add:广播修改处*/
    //默认套接字是关闭广播的，开启如下：
    int so_brd = 1;  //设置为1就可以开启广播
    setsockopt(send_sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (void *)&so_brd, sizeof(so_brd));

    if((fp = fopen("/Users/app05/Desktop/test.txt", "r")) == NULL)
        error_handling("fopen() error");

    while (!feof(fp)) //如果文件结束，则返回非0值，否则返回0
    {
        fgets(buf, BUF_SIZE, fp);
        sendto(send_sock, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&mul_adr, sizeof(mul_adr));
        sleep(1); //只是为了加个传输数据时间间隔，没有特殊意义
    }

    fclose(fp);
    close(send_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
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    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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//  main.cpp
//  hello_client
//
//  Created by app05 on 15-9-7.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int recv_sock;
    int str_len;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in adr;
    //struct ip_mreq join_adr; //多播组结构体

    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage : %s <GroupIp> <Port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    recv_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    memset(&adr, 0, sizeof(adr));
    adr.sin_family = AF_INET;
    adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(recv_sock, (struct sockaddr *)&adr, sizeof(adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");

    //加入多播组
    //join_adr.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    //join_adr.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    //setsockopt(recv_sock, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (void *)&join_adr, sizeof(join_adr));

    while (1) {
        str_len = recvfrom(recv_sock, buf, BUF_SIZE - 1, 0, NULL, 0);//只需要多播组IP地址，不关心自己主机地址
        if(str_len < 0)
            break;
        buf[str_len] = 0;
        fputs(buf, stdout);
    }

    close(recv_sock);
    return 0;
}


void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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