网络编程（19）—— 多播的编程实现

一、引言       

        多播，也叫组播，是使用UDP协议传递数据的一种方式。发送数据的主机向一个计算机组发送数据，所有注册在该计算机组中的计算机都能接受到该数据。我们经常进行的视频会议，就是用多播实现的。在网络中，一般通过路由器可实现该功能。首先，发送数据的主机发送一组数据，然后到达支持多播功能的路由器后，路由器会进行复制，将数据包复制后发给本组的其他计算机。

        在软件中实现多播，需要将目标地址设置成任意D类ip地址（224.0.0.0~239.255.255.255），然后在发送主机中设置发送的socket选项，设置TTL。TTL是time_live的简称，意为生存时间，它的含义可以理解为数据包可以经过路由器的最大数。它的数值，每经过一个路由器就是减1，当减到0时，该数据包就不会再传递，因此它决定了数据包传送的距离。

TTL设置方法如下：

int send_sock; 
int time_live=64; 
... 
send_sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
setsockopt(send_sock,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,(void*)&time_live,sizeof(time_live));

send_sock就是我们要设置的socke对象。我们利用setsockopt函数设置支持多播的socket选项IPPROTO_TP
 
         然后还需要在接收主机中，将主机socket加入对应的接收计算机组。 接收端利用ip_mreq类型的结构体设置多播的地址和主机地址，ip_mreq的imr_multiaddr.s_addr成员接收的是多播的地址，imr_interface.s_addr成员接收的是本地的地址。然后再利用setsockopt()函数设置接收端主机的socket即可。

int recv_sock; 
struct ip_mreq join_adr; 
... 
recv_sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
... 
join_adr.imr_multiaddr.s_addr="多播组地址信息"; 
join_adr.imr_interface.s_addr="加入多播组的主机地址信息"; 
setsockopt(recv_sock,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(void*)&join_adr,sizeof(join_adr));

  以下示例中，我们将利用多播实现：发送端读取本地文件news.txt的内容，然后通过多播的方式进行发送，这样凡是加入该多播组的所有主机都能接收到发送端发送的数据。

二、发送端

        发送端的示例代码如下：

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

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char* message);
int main(int argc,char* argv[])
{
    int target_sock;
    struct sockaddr_in target_addr;
    FILE* fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    int time_live=64;
    if(argc!=3)
    {
        printf("Usage %s <address> <port> \n",argv[0]);
        exit(1);
    }
    target_sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    
    target_addr.sin_family=AF_INET;
    target_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    target_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
    
   fp=fopen("news.txt","r");
   if(fp==NULL)
   {
        error_handling("fopen error!");
   }

    setsockopt(target_sock,IPPROTO_IP,
                    IP_MULTICAST_TTL,(void*)&time_live,sizeof(time_live));

    while(!feof(fp))
    {
        fgets(buf,BUF_SIZE,fp);
        sendto(target_sock,buf,strlen(buf),
                        0,(struct sockaddr*)&target_addr,sizeof(target_addr));
        sleep(2);
    }

    fclose(fp);
    close(target_sock);
    return 0;
}
void error_handling(char* message)
{
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(1);
}

第28行，打开news.txt文件，获得文件指针。

第34行，利用setsockopt设置socket的TTL，而多播组的地址是我们通过main函数的参数传进去的，无需特别的设置，只需指明D类的多播地址即可。

我们可以通过下面的方法调用服务端，233.1.1.1就是多播的地址。

./sender 223.1.1.1 9190 

二 接收端

         接收端的示例代码如下：

#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,char* argv[])
{
    int recv_sock;
    struct sockaddr_in recv_addr;
    char buf[BUF_SIZE];
    struct ip_mreq join_adr;
    int str_len;
    if(argc!=3)
    {
        printf("Usage %s <adress> <port>\n",argv[0]);
        exit(1);
    }
    recv_sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

    recv_addr.sin_family=AF_INET;
    recv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    recv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));

    if(bind(recv_sock,(struct sockaddr*)&recv_addr,sizeof(recv_addr))==-1)
            error_handling("bind error");
    
    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,MSG_DONTWAIT,NULL,0);
       printf("接收到 %d 字节。\n",str_len); 
       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);
}

第17行，我们声明了一个ip_mreq类型的对象，用来存放多播的组地址和本机的IP地址。

第33、34行分别将多播地址和本机地址传给ip_mreq对象的对应成员。需要注意的是我们这里的多播地址是通过main函数的第二个参数传过来的。

第36行，通过setsockopt()函数使本机加入多播组。

        客户端的用法如下：

./recver 223.1.1.1 9190 

        223.1.1.1就是我们要加入的多播组。

Note：

1、因为TCP协议是有连接的，属于点对点通信，多播（组播）只支持UDP协议。

2、多播接收端和发送端的端口号要一致。

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