计算机网络——基于IP多播的网络会议程序

一、实验目的

参照局域网IP多播程序，设计一个网络会议程序。

二、总体设计

1. 基本原理

多播可以理解为一个人向多个人（但不是在场的所有人）说话，这样能够提高通话的效率。如果要通知特定的某些人同一件事情，但又不想让其他人知道，使用电话一个一个地通知就非常麻烦，而日常生活的大喇叭进行广播通知，就达不到只通知个别人的目的了。
多播也可以称为组播，采用多播方式，既可以实现一次传送所有目标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的目的。IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址，即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。

2. 设计步骤

（1）receiver

①加载套接字，创建套接字库；
②创建一个SOCK_DGRAM类型的用于接收的套接字socket；
③将此socket绑定到本地的一个端口上（5150），为了接收服务器端发送的多播数据；
bind()绑定套接字sock到一个IP地址和一个端口上，local是一个指向sockaddr结构体的指针，赋予套接字地址。
④加入多播组；
sockM是用于发送的套接字，WSAJoinLeaf()仅仅将sock用于加入多播组，一个组是用多播地址确定的，remote是将与sock连接的远端名字，JL_BOTH用于指定sock既为发送者，又为接收者。
⑤接收多播数据，当接收到的数据为"QUIT"时退出。
recvfrom()用于从已连接的套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址。

（2）sender

①加载套接字，创建套接字库；
②创建一个SOCK_DGRAM类型的用于接收的套接字socket；
WSASocket()创建一个与指定服务器提供者捆绑的套接口，可选地创建和/或加入一个套接口组。将参数设置为WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF、WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF和WSA_FLAG_ OVERLAPPED的位和，指明IP多播通信在控制层面和数据层面都是“无根的”，只存在叶节点，它们可以任意加入一个多播组，而且从一个叶节点发送的数据会传送到每一个叶节点（包括它自己）。
③加入多播组；
sockM是用于发送的套接字，WSAJoinLeaf()仅仅将sock用于加入多播组，一个组是用多播地址确定的，remote是将与sock连接的远端名字，JL_BOTH用于指定sock既为发送者，又为接收者。
④发送多播数据，当用户在控制台输入"QUIT"时退出；
sendto()将数据由指定的sockM发送给对方主机，remote为指向多播组套接口的地址。

三、详细设计

1. 程序流程图

2. 实验代码

（1）receiver

//receiver.cpp
#include 
#include 
#include 
#include 
#define MCASTADDR "233.0.0.1" //本例使用的多播组地址。
#define MCASTPORT 5150 //绑定的本地端口号。
#define BUFSIZE 1024 //接收数据缓冲大小。
#pragma comment(lib,"ws2_32")
int main( int argc,char ** argv)
{
    WSADATA wsd;//存储被WSAStartup函数调用后返回的Windows Sockets数据
    struct sockaddr_in local,remote,from;//local指明地址信息，remote指要加入的多播组，from装有指向源地址的缓冲区
    SOCKET sock,sockM;//sock是接收的套接字，sockM是发送的套接字
    TCHAR recvbuf[BUFSIZE];//双字节，为unsigned short类型
    /*struct ip_mreq mcast; // Winsock1.0 */

    int len = sizeof( struct sockaddr_in);
    int ret;
    //初始化 WinSock2.2
    //使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数，以后应用程序就可以调用所请求的Socket库中的其他Socket函数了
    if( WSAStartup( MAKEWORD(2,2),&wsd) != 0 )
    {
        printf("WSAStartup() failed\n");
        return -1;
    }
    //WSASocket()创建一个与指定传送服务提供者捆绑的套接口，可选地创建和/或加入一个套接口组
    //SOCK_DGRAM (数据报套接字)
    //将参数设置为WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF、WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF和WSA_FLAG_ OVERLAPPED的位和，
    //指明IP多播通信在控制层面和数据层面都是“无根的”，只存在叶节点，它们可以任意加入一个多播组，而且从一个叶节点发送的数据会传送到每一个叶节点（包括它自己）
    //如果创建套接口发生错误
    if((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF|WSA_FLAG_OVERLAPPED)) == INVALID_SOCKET)
    {
        //WSAGetLastError()获取相应的错误代码
        printf("socket failed with:%d\n",WSAGetLastError());
        WSACleanup();
        return -1;
    }
    //将 sock 绑定到本机某端口上。
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(MCASTPORT);//绑定的主机端口号5150
    local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//表示主机的所有IP
    //bind()绑定套接字sock到一个IP地址和一个端口上,local是一个指向sockaddr结构体类型的指针，赋予套接字地址
    //如果绑定发生错误
    if( bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )
    {
        //WSAGetLastError()获取相应的错误代码
        printf( "bind failed with:%d \n",WSAGetLastError());
        closesocket(sock);//关闭套接字
        WSACleanup();//释放资源
        return -1;
    }
    //加入多播组，对多播组的设置
    remote.sin_family = AF_INET;
    remote.sin_port = htons(MCASTPORT);//绑定的主机端口号5150
    remote.sin_addr.s_addr = inet_addr( MCASTADDR );//将端口号转化为二进制的数
    //WSAJoinLeaf()仅仅将sock用于加入组播组，一个组是用组播地址确定的，remote是将与sock连接的远端名字
    //JL_BOTH用于指定sock既为发送者，又为接收者
    //返回新创建的多点套接口的描述字
    if(( sockM = WSAJoinLeaf(sock,(SOCKADDR*)&remote,sizeof(remote),NULL,NULL,NULL,NULL,JL_BOTH)) == INVALID_SOCKET)
    {
        printf("WSAJoinLeaf() failed:%d\n",WSAGetLastError());//WSAGetLastError()获取相应的错误代码
        closesocket(sock);//关闭套接字
        WSACleanup();//释放资源
        return -1;
    }
    //接收多播数据，当接收到的数据为"QUIT"时退出。
    while(1)
    {
        //recvfrom()用于从已连接的套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址
        //recvbuf表示接收数据缓冲区
        //from指向装有源地址的缓冲区，len指向from缓冲区长度值
        //如果接收发生错误
        if(( ret = recvfrom(sock,recvbuf,BUFSIZE,0,(struct sockaddr*)&from,&len)) == SOCKET_ERROR)
        {
            printf("recvfrom failed with:%d\n",WSAGetLastError());//WSAGetLastError()获取相应的错误代码
            closesocket(sockM);//关闭套接字sockM
            closesocket(sock);//关闭套接字sock
            WSACleanup();//释放资源
            return -1;
        }
        if( strcmp(recvbuf,"QUIT") == 0 )//如果接收到QUIT，则退出
            break;
        else
        {
            //输出收到的消息及发送方的IP地址
            recvbuf[ret] = '\0';
            printf("RECV:' %s ' FROM <%s> \n",recvbuf,inet_ntoa(from.sin_addr));
        }
    }
    closesocket(sockM);//关闭sockM
    closesocket(sock);//关闭sock
    WSACleanup();//释放资源
    return 0;
}

（2）sender

#include 
#include 
#include 
#include 
#define MCASTADDR "233.0.0.1" //本例使用的多播组地址。
#define MCASTPORT 5150 //本地端口号。
#define BUFSIZE 1024 //发送数据缓冲大小。
#pragma comment(lib,"ws2_32")
int main( int argc,char ** argv)
{
    WSADATA wsd;//存储被WSAStartup函数调用后返回的Windows Sockets数据
    struct sockaddr_in remote;//remote指明地址信息
    SOCKET sock,sockM;//sock是接收的套接字，sockM是发送的套接字
    TCHAR sendbuf[BUFSIZE];//双字节，为unsigned short类型
    int len = sizeof( struct sockaddr_in);
    //初始化 WinSock2.2
    //使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数，以后应用程序就可以调用所请求的Socket库中的其他Socket函数了
    if( WSAStartup( MAKEWORD(2,2),&wsd) != 0 )
    {
        printf("WSAStartup() failed\n");
        return -1;
    }
    //WSASocket()创建一个与指定传送服务提供者捆绑的套接口，可选地创建和/或加入一个套接口组
    //SOCK_DGRAM (数据报套接字)
    //将参数设置为WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF、WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF和WSA_FLAG_ OVERLAPPED的位和，
    //指明IP多播通信在控制层面和数据层面都是“无根的”，只存在叶节点，它们可以任意加入一个多播组，而且从一个叶节点发送的数据会传送到每一个叶节点（包括它自己）
    //如果创建套接口发生错误
    if((sock = WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF|WSA_FLAG_OVERLAPPED)) == INVALID_SOCKET)
    {
        printf("socket failed with:%d\n",WSAGetLastError());//WSAGetLastError()获取相应的错误代码
        WSACleanup();//释放资源
        return -1;
    }
    //加入多播组，对多播组的设置
    remote.sin_family = AF_INET;
    remote.sin_port = htons(MCASTPORT);//绑定的主机端口号5150
    remote.sin_addr.s_addr = inet_addr( MCASTADDR );//将端口号转化为二进制的数
    //WSAJoinLeaf()仅仅将sock用于加入组播组，一个组是用组播地址确定的，remote是将与sock连接的远端名字
    //JL_BOTH用于指定sock既为发送者，又为接收者
    //返回新创建的多点套接口的描述字
    if(( sockM = WSAJoinLeaf(sock,(SOCKADDR*)&remote,sizeof(remote),NULL,NULL,NULL,NULL,JL_BOTH)) == INVALID_SOCKET)
    {
        printf("WSAJoinLeaf() failed:%d\n",WSAGetLastError());
        closesocket(sock);//关闭套接字sock
        WSACleanup();//释放资源
        return -1;
    }

    //发送多播数据，当用户在控制台输入"QUIT"时退出。
    while(1)
    {
        printf("SEND : ");
        scanf("%s",sendbuf);
        //sendto()将数据由指定的sockM发送给对方主机
        //remote为指向多播组套接口的地址
        //如果发送出现错误
        if( sendto(sockM,(char*)sendbuf,strlen(sendbuf),0,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote))==SOCKET_ERROR)
        {
            printf("sendto failed with: %d\n",WSAGetLastError());
            closesocket(sockM);//关闭套接字sockM
            closesocket(sock);//关闭套接字sock
            WSACleanup();//释放资源
            return -1;
        }
        if(strcmp(sendbuf,"QUIT")==0)//如果发送QUIT，则退出
            break;
        Sleep(500);//休眠500毫秒
    }
    closesocket(sockM);//关闭套接字sockM
    closesocket(sock);//关闭套接字sock
    WSACleanup();//释放资源
    return 0;
}

四、实验结果