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linux网络编程：多播（组播）编程

2019-07-12 23:14发布

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什么是多播    
   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。
   多播，也称为“组播”，将局域网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。   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。属于永久组的地址：
224.0.0.1   所有组播主机
224.0.0.2   所有组播路由器
224.0.0.4    DRMRP路由器
224.0.0.5    所有OSPF的路由器
224.0.0.6    OSPF指派路由器
224.0.0.9    RPIv2路由器
224.0.0.10  EIGRP路由器
224.0.0.13  PIM路由器
224.0.0.22   IGMPv3
224.0.0.25   RGMP
224.0.1.1      NTP网络时间协议
IP到以太网地址映射
    因为以太网支持多种协议，所以要采取措施分配多播地址，避免冲突。IEEE管理以太网多播地址分配。IEEE把一块以太网多播地址分给IANA以支持IP多播。块的地址都以01:00:5e开头。第25位为0，低23位为IPv4组播地址的低23位。IPv4组播地址与MAC地址的映射关系如图所示：


由于多播组号中的最高5bit在映射过程中被忽略，因此每个以太网多播地址对应的多播组是不唯一的。32个不同的多播组号被映射为一个以太网地址。例如，多播地址
224.128.64.32（十六进制e0.80.40.20）和224.0.64.32（十六进制e0.00.40.20）都映射为同一以太网地址01:00:5e:00:40:20。
多播主机多播主机分为三个级别：    0级：主机不能发送或接收I P多播。这种主机应该自动丢弃它收到的具有D类目的地址的分组。    1级：主机能发送但不能接收I P多播。在向某个I P多播组发送数据报之前，并不要求主机加入该组。多播数据报的发送方式与单播一样，除了多播数据报的目的地址是 I P多播组之外。网络驱动器必须能        够识别出这个地址，把在本地网络上多播数据报。
    2级：主机能发送和接收I P多播。
为了接收I P多播，主机必须能够加入或离开多播组，而且必须支持IGMP，能够在至少一个接口上交换组成员信息。多接口主机必须支持在它的接口的一个子网上的多播N     et/3符合2级主机要求，可以完成多播路由器的工作。与单播IP选路一样，我们假定所描述的系统是一个多播路由器，并加上了Net/3多播选路的程序。
linux多播编程linux多播编程步骤：
1>建立一个socket;
2>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
多播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的。
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：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

加入或者退出一个多播组，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 { struct in_addr imn_multiaddr; /*加入或者退出的广播组IP地址*/ struct in_addr imr_interface; /*加入或者退出的网络接口IP地址*/ }; 选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某个多播组，之后就可以向这个多播组发送数据或者从多播组接收数据。此选项的值为mreq结构，成员imn_multiaddr是需要加入的多播组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));

多播编程实例

  

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"224.0.0.100"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 */ #include #include #include #include #include #include #include #include #define MCAST_PORT 8888 #define MCAST_ADDR "224.0.0.100" /*一个局部连接多播地址，路由器不进行转发*/ #define MCAST_DATA "BROADCAST TEST DATA" /*多播发送的数据*/ #define MCAST_INTERVAL 5 /*发送间隔时间*/ int main(int argc, char*argv) { int s; struct sockaddr_in mcast_addr; s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /*建立套接字*/ if (s == -1) { perror("socket()"); return -1; } memset(&mcast_addr, 0, sizeof(mcast_addr)); /*初始化IP多播地址为0*/ mcast_addr.sin_family = AF_INET; /*设置协议族类行为AF*/ mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR);/*设置多播IP地址*/ mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT); /*设置多播端口*/ /*向多播地址发送数据*/ while(1) { int n = sendto(s, /*套接字描述符*/ MCAST_DATA, /*数据*/ sizeof(MCAST_DATA), /*长度*/ 0, (struct sockaddr*)&mcast_addr, sizeof(mcast_addr)) ; if( n < 0) { perror("sendto()"); return -2; } sleep(MCAST_INTERVAL); /*等待一段时间*/ } return 0; }

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         出来。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 */ #include #include #include #include #include #include #include #include #define MCAST_PORT 8888 #define MCAST_ADDR "224.0.0.100" /*一个局部连接多播地址，路由器不进行转发*/ #define MCAST_INTERVAL 5 /*发送间隔时间*/ #define BUFF_SIZE 256 /*接收缓冲区大小*/ int main(int argc, char*argv[]) { int s; /*套接字文件描述符*/ struct sockaddr_in local_addr; /*本地地址*/ int err = -1; s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /*建立套接字*/ if (s == -1) { perror("socket()"); return -1; } /*初始化地址*/ memset(&local_addr, 0, sizeof(local_addr)); local_addr.sin_family = AF_INET; local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); local_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT); /*绑定socket*/ err = bind(s,(struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr)) ; if(err < 0) { perror("bind()"); return -2; } /*设置回环许可*/ int loop = 1; err = setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP,&loop, sizeof(loop)); if(err < 0) { perror("setsockopt():IP_MULTICAST_LOOP"); return -3; } struct ip_mreq mreq; /*加入多播组*/ mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); /*多播地址*/ mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*网络接口为默认*/ /*将本机加入多播组*/ err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof (mreq)); if (err < 0) { perror("setsockopt():IP_ADD_MEMBERSHIP"); return -4; } int times = 0; int addr_len = 0; char buff[BUFF_SIZE]; int n = 0; /*循环接收多播组的消息，5次后退出*/ for(times = 0;times<5;times++) { addr_len = sizeof(local_addr); memset(buff, 0, BUFF_SIZE); /*清空接收缓冲区*/ /*接收数据*/ n = recvfrom(s, buff, BUFF_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr, &addr_len); if( n== -1) { perror("recvfrom()"); } /*打印信息*/ printf("Recv %dst message from server:%s ", times, buff); sleep(MCAST_INTERVAL); } /*退出多播组*/ err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof (mreq)); close(s); return 0; }
代码下载路径：linux网络编程：多播组播应用实例
本文参考博客：http://blog.csdn.net/jmq_0000/article/details/7095727

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