UDP 多播（组播）
前言（了解分类的IP地址）
1.组播（多播）
单播地址标识单个IP接口，广播地址标识某个子网的所有IP接口，多播地址标识一组IP接口。单播和广播是寻址方案的两个极端（要么单个要么全部），多播则意在两者之间提供一种这种方案。多播数据报只应该由它感兴趣的接口接收，也就是说有运行相应多播会话的接口接收。另外，广播一般局限于局域网内使用，而多播则既可以用于局域网，也可以跨广域网使用。
- a.组播既可以用于局域网，也可以用于广域网
- b.客户端需要加入多播组，才能接收到多播组内发送的数据
1.1 单播
- 单播 是指封包在计算机网络的传输中，目的地址为单一目标的一种传输方式。
- 每次只有两个实体相互通信，发送端和接收端都是唯一确定的。
- 它是现今网络应用最为广泛，通常所使用的网络协议或服务大多采用单播传输，例如一切基于是TCP的协议
单播的优点如下:
- 服务器及时响应客户及的请求
- 服务器针对每个客户不同的请求发送不同的数据,容易实现个性化服务
1.2 多播
多播 是指把信息同时传递给一组目的地址,它使用的策略是最高效的。因为 消息在每条网络链路上只需传递一次，而且只有在链路分叉的时候，消息才会被复制。当以单播的形式把消息传递给多个接收方时，必须向每个接收者都发送一份数据副本。由此产生的多余副本将导致发送方效率低下，且缺乏可扩展性。
- 多播 是指把信息同时传递给一组目的地址,它使用的策略是最高效的
- 因为 消息在每条网络链路上只需传递一次，而且只有在链路分叉的时候，消息才会被复制
- 当以单播的形式把消息传递给多个接收方时，必须向每个接收者都发送一份数据副本。
- 由此产生的多余副本将导致发送方效率低下，且缺乏可扩展性
1.2.1 多播优点与缺点
>>多播 的优点如下：
- ① 需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务器的负载
- ② 由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受 客户接入端带宽的限制。
- ③ IP协议允许有2亿6千多万个(268435456)组播，所以其提供的服务可以非常丰富
- ④ 此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输
>>多播 的缺点如下：
- ① 与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和 QOS加以弥补
- ② 现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户认证、QOS等方面还需要完善
2.组播地址
IP 多播通信必须依赖于IP多播地址，在IPv4中它的范围从224.0.0.0到239.255.255.255，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类
2.1 多播地址
多播地址的范围从224.0.0.0到 239.255.255.255
3.设置组播
设置组播
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
// ① 服务器设置多播的信息，外出接口
- level : IPPROTO_IP
- optname : IP_MULTICAST_IF
- optval : struct in_addr
// ② 客户端设置多播的信息，加入多播组
- level : IPPROTO_IP
- optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
- optval : struct ip_mreqstruct ip_mreq {
/* IP multicast address of group */
struct in_addr imr_multiaddr;
/* Local IP address of interface */
struct in_addr imr_interface;
}4.组播代码
>>实验一
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
// 2.设置多播的属性，设置外出接口
struct in_addr imr_multiaddr;
// 初始化多播地址
inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);
setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof(imr_multiaddr));
// 3.初始化客户端的地址信息
struct sockaddr_in cliaddr;
cliaddr.sin_family = AF_INET;
cliaddr.sin_port = htons(9999);
inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);
// 3.通信
int num = 0;
while(1) {
char sendBuf[128];
sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
// 发送数据
sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
printf("组播的数据：%s\n", sendBuf);
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
} client.c
#include
#include
#include
#include
#include
int main() {
// 1.创建一个通信的socket
int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(fd == -1) {
perror("socket");
exit(-1);
}
struct in_addr in;
// 2.客户端绑定本地的IP和端口
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9999);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
if(ret == -1) {
perror("bind");
exit(-1);
}
struct ip_mreq op;
inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);
op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
// 加入到多播组
setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof(op));
// 3.通信
while(1) {
char buf[128];
// 接收数据
int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
printf("server say : %s\n", buf);
}
close(fd);
return 0;
} 实验二：
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*
udp 服务器发送数据给多播组
*/
int main(int argc,char *argv[]) {
int sockfd;
struct sockaddr_in grp_cast_addr;
char wbuffer[1024];
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int wbytes;
// 填充组播地址与端口号（224.0.0.8）
socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
memset(&grp_cast_addr,0,sizeof(grp_cast_addr));
grp_cast_addr.sin_family = AF_INET;
grp_cast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
grp_cast_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
while (1) {
memset(wbuffer,0,sizeof(wbuffer));
fprintf(stdout,"Server > ");
fflush(stdout);
fgets(wbuffer,sizeof(wbuffer),stdin);
wbuffer[strlen(wbuffer) - 1] = '\0';
// 发送给多播组（所有客户端都可以收到消息）
wbytes = sendto(sockfd,wbuffer,strlen(wbuffer) + 1,0,
(const struct sockaddr *)&grp_cast_addr,len);
if(wbytes < 0) {
perror("sendto()");
break;
}
}
close(sockfd);
return 0;
} client.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc,char* argv[]) {
int sockfd;
struct sockaddr_in local_addr; //客户端地址结构对象（自身的IP地址和端口号）
struct ip_mreq mreq; //多播的地址结构体
if(argc != 3) {
fprintf(stderr,"Usage:%s \n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 1.建立 socket 文件描述符
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd < 0) {
perror("socket()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 2.将当前主机添加到多播组
memset(&mreq,0,sizeof(mreq));
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//组播的ip地址
mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //本地ip地址,INADDR_ANY:本机上任意的IP地址
// 3.修改当前的socket属性为多播属性
if(setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(void*)&mreq,sizeof(mreq)) < 0){
perror("setsockopt()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 4.绑定 ip 地址和端口号（自身）
socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
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(atoi(argv[2]));
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&local_addr,len) < 0) {
perror("bind()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
char rbuffer[1024];
int rbytes;
struct sockaddr_in caddr;
while (1) {
memset(rbuffer,0,sizeof(rbuffer));
rbytes = recvfrom(sockfd,rbuffer,sizeof(rbuffer),
0,(struct sockaddr*)&caddr,&len);
if(rbytes < 0) {
perror("recvfrom()");
break;
}
printf("Receive from ip<%s>\n",inet_ntoa(caddr.sin_addr));
printf("Receive from port<%d>\n",ntohs(caddr.sin_port));
printf("Receive data: <%s>\n",rbuffer);
}
// 退出多播组
if(setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq)) < 0) {
perror("setsockopt()");
exit(EXIT_FAILURE);
}
close(sockfd);
return 0;
} 
知识拓展：（来自这篇文章的总结）
IP组播基础特性介绍 - NetEngine A821 E, A821, A811 M, A811, A810 V800R021C10SPC600 特性描述 - 华为 (huawei.com)
① 单播IP地址
- 一个单播IP地址只能标识一台用户主机，一台用户主机只能识别一个单播IP地址
- 一份使用单播IP地址为目的地址的IP报文，只能被一台用户主机接收
② 广播IP地址
- 一份使用单播IP地址为目的地址的IP报文，只能被一台用户主机接收
- 一份使用广播IP地址为目的地址的IP报文，能够被该网段内的所有用户主机接收
- IP广播报文不能跨网段传播
③ 组播IP地址
- 一个组播IP地址能够标识网络不同位置的多个用户主机
- 一台用户主机可以同时识别多个组播IP地址
- 一份使用组播IP地址为目的地址的IP报文，能够被网络不同位置的多个用户主机接收
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https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100270069/c9f73464
网络编程扩展广播与组播_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1Yk4y1b7Wz/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a934d7fc6f47698a29dac90a922ba5a3
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