linux udp 单播 组播 广播实现
来源:互联网 发布:淘宝杂志 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 06:07
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1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:ifconfig
2、发送多播包的主机需要设置网关,否则运行sendto()会出现"network is unreachable",网卡可以随便设置,但是一定要设。还要添加路由240.0.0.0,即:
3 、出现:“setsockopt:No such device”。的提示,说明多播IP设置出现问题,系统所需要的uint32_t格式的网络地址的开头不是1110,检验通不过。解决办法:在把地址字 符串"*.*.*.*"转化为uint32_t时采用htonl(inet_network(“*.*.*.*”))或者inet_aton函 数,inet_aton(GRUPO, &srv.sin_addr)
另外有文章:http://unix-cd.com/unixcd12/article_5577.html
11.3 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。
11.3.1 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
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:
q
q
q
组播的缺点:
q
q
多播的应用主要有网上视频、网上会议等。
11.3.2 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:
q
q
q
11.3.3 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11.5
getsockopt()/setsockopt()的选项
含
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:
unsigned char ttl=255;
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:
struct in_addr addr;
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:
unsigned char loop;
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:
struct ip_mreq
{
};
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:
struct ip_mreq mreq;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
4.选项IP_DROP_MEMBERSHIP
选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于从一个广播组中退出。例如:
struct ip_mreq mreq;
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。
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。
11.3.4 内核中的多播
Linux内核中的多播是利用结构struct ip_mc_socklist来将多播的各个方面连接起来的,其示意图如图11.7所示。
图
11.7struct inet_sock {
};
q
q
q
q
q
1.结构ip_mc_socklist
结构成员mc_list的原型为struct ip_mc_socklist,定义如下:
struct ip_mc_socklist
{
};
q
q
q
q
2.结构ip_mreqn
multi成员的原型为结构struct ip_mreqn,定义如下:
struct ip_mreqn
{
};
该结构体的两个成员分别用于指定所加入的多播组的组IP地址,和所要加入组的那个本地接口的IP地址。该命令字没有源过滤的功能,它相当于实现IGMPv1的多播加入服务接口。
3.结构ip_sf_socklist
成员sflist的原型为结构struct ip_sf_socklist,定义如下:
struct ip_sf_socklist
{
};
q
q
q
4.选项IP_ADD_MEMBERSHIP
选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址加入到一个多播组,在内核中其处理过程如图11.8所示,在应用层调用函数setsockopt()函数的选项IP_ADD_MEMBE- RSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_join_group()。
图
11.8(1)将用户数据复制如内核。
(2)判断广播IP地址是否合法。
(3)查找IP地址对应的网络接口。
(4)查找多播列表中是否已经存在多播地址。
(5)将此多播地址加入列表。
(6)返回处理值。
5.选项IP_DROP_MEMBERSHIP
选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址从一个多播组中取出,在内核中其处理过程如图11.9所示,在应用层调用setsockopt()函数的选项IP_DROP_ MEMBERSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_leave_group()。
图
11.9(1)将用户数据复制入内核。
(2)查找IP地址对应的网络接口。
(3)查找多播列表中是否已经存在多播地址。
(4)将此多播地址从源地址中取出。
(5)将此地址结构从多播列表中取出。
(6)返回处理值。
11.3.5 一个多播例子的服务器端
下面是一个多播服务器的例子。多播服务器的程序设计很简单,建立一个数据包套接字,选定多播的IP地址和端口,直接向此多播地址发送数据就可以了。多播服务器的程序设计,不需要服务器加入多播组,可以直接向某个多播组发送数据。
下面的例子持续向多播IP地址"224.0.0.88"的8888端口发送数据"BROADCAST TEST DATA",每发送一次间隔5s。
/*
*broadcast_server.c - 多播服务程序
*/
#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.88"/
#define MCAST_DATA "BROADCAST TEST DATA"
#define MCAST_INTERVAL 5
int main(int argc, char*argv)
{
}
11.3.6 一个多播例子的客户端
多播组的IP地址为224.0.0.88,端口为8888,当客户端接收到多播的数据后将打印
客户端只有在加入多播组后才能接受多播组的数据,因此多播客户端在接收多播组的数据之前需要先加入多播组,当接收完毕后要退出多播组。
/*
*broadcast_client.c - 多播的客户端
*/
#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.88"
#define MCAST_INTERVAL 5
#define BUFF_SIZE 256
int main(int argc, char*argv[])
{
}
11.2 广 播
前面介绍的TCP/IP知识都是基于单播,即一对一的方式,本节介绍一对多的广播方式。广播是由一个主机发向一个网络上所有主机的操作方式。例如在一个局域网内进行广播,同一子网内的所有主机都可以收到此广播发送的数据。
11.2.1 广播的IP地址
要使用广播,需要了解IPv4特定的广播地址。IP地址分为左边的网络ID部分以及右边的主机ID部分。广播地址所用的IP地址将表示主机ID的位全部设置为1。网卡正确配置以后,可以用下面的命令来显示所选用接口的广播地址。
# ifconfig eth0
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:A0:4B:06:F4:8D
第二行输出信息说明eth0网络接口的广播地址为192.168.0.255。这个广播IP地址的前3个字节为网络ID,即192.168.0。这个地址的主机ID部分为255,值255是表示主机ID全为1的十进制数。
广播地址255.255.255.255是一种特殊的广播地址,这种格式的广播地址是向全世界进行广播,但是却有更多的限制。一般情况下,这种广播类型不会被路由器路由,而一个更为特殊的广播地址,例如192.168.0.255也许会被路由,这取决于路由器的配置。
通用的广播地址在不同的环境中的含义不同。例如,IP地址255.255.255.255,一些UNIX系统将其解释为在主机的所有网络接口上进行广播,而有的UNIX内核只会选择其中的一个接口进行广播。当一个主机有多个网卡时,这就会成为一个问题。
如果必须向每个网络接口广播,程序在广播之前应执行下面的步骤。
(1)确定下一个或第一个接口名字。
(2)确定接口的广播地址。
(3)使用这个广播地址进行广播。
(4)对于系统中其余的活动网络接口重复执行步骤(1)~步骤(3)。
在执行完这些步骤以后,就可以认为已经对每一个接口进行广播。
11.2.2 广播与单播的比较
广播和单播的处理过程是不同的,单播的数据只是收发数据的特定主机进行处理,而广播的数据整个局域网都进行处理。
例如在一个以太网上有3个主机,主机的配置如表11.4所示。
表11.4
主
A
B
C
IP地址
192.168.1.150
192.168.1.151
192.168.1.158
MAC地址
00:00:00:00:00:01
00:00:00:00:00:02
00:00:00:00:00:03
单播的示意图如图11.3所示,主机A向主机B发送UDP数据报,发送的目的IP为192.168.1.151,端口为80,目的MAC地址为00:00:00:00:00:02。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。主机C的MAC地址为00:00:00:00:00:03,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02不匹配,数据链路层不会进行处理,直接丢弃此数据。
图
11.3主机B的MAC地址为00:00:00:00:00:02,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。
广播的示意图如图11.4所示,主机A向整个网络发送广播数据,发送的目的IP为192.168.1.255,端口为80,目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。由于目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF,主机C和主机B会忽略MAC地址的比较(当然,如果协议栈不支持广播,则仍然比较MAC地址),处理接收到的数据。
主机B和主机C的处理过程一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。
图
11.411.2.3 广播的示例
本节中是一个服务器地址发现的代码,假设服务器为A,客户端为B。客户端在某个局域网启动的时候,不知道本局域网内是否有适合的服务器存在,它会使用广播在本局域网内发送特定协议的请求,如果有服务器响应了这种请求,则使用响应请求的IP地址进行连接,这是一种服务器/客户端自动发现的常用方法。
1.广播例子简介
如图11.5所示为使用广播的方法发现局域网上服务器的IP地址。服务器在局域网上侦听,当有数据到来的时候,判断数据是否有关键字IP_FOUND,当存在此关键字的时候,发送IP_FOUND_ACK到客户端。客户端判断是否有服务器的响应IP_FOUND请求,并判断响应字符串是否包含IP_FOUND_ACK来确定局域网上是否存在服务器,如果有服务器的响应,则根据recvfrom()函数的from变量可以获得服务器的IP地址。
图
11.52.广播的服务器端代码
服务器的代码如下,服务器等待客户端向某个端口发送数据,如果数据的格式正确,则服务器会向客户端发送响应数据。
01
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77
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79
80
服务器端分为如下步骤:
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
3.广播的客户端代码
广播的客户端函数代码如下,客户端向服务器端发送命令IP_FOUND,并等待服务器端的回复,如果有服务器回复,则向服务器发送IP_FOUND_ACK,否则发送10遍后退出。
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54
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76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
07
08
09
90
91
客户端分为如下步骤:
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
q
- Linux UDP 单播 组播 广播实现
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