深入UDP数据收发(下)

问题

UDP 是否其他一对多的数据收发方式？

UDP 通信中的多播

多播是向特定组的所有主机传输数据的方法，多播也称之为组播

多播数据传输的特点：

• 多播发送者针对特定的多播组，只发送一次数据，组内主机均可收到数据
• 主机加入特定组，即可接收该组中的多播数据
• 多播组可在IP地址范围内任意增加

关键问题: 如何收发多播数据？

多播组是个 D 类地址 (224.0.0.0 - 239.255.255.255)

"加入多播组" 可理解为 UDP 网络程序进行的申请

• 如: 申请接收发往 239.234.111.222 的多播数据
• 即: 设置属性 (IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP)

发送多播数据的方式，与发送普通 UDP 数据的方式相同

• 预备操作：属性设置，如：(IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL)

注意事项

加入同一个多播组的主机不一定在同一个网络

因此，必须设置多播数据的最多转发次数 (TTL)

• TTL (即：Time To Live) 是决定数据传输距离的主要因素
• TTL 用整数表示，并且每经过1个路由器就减少1
• 当 TTL 变为0时，数据无法继续被传递，只能销毁

多播程序设计：发送端

IP_MULTICAST_TTL

• 用于设置多播的最远传输距离，默认：1

IP_MULTICAST_IF

• 用于设置多播数据从哪一个网络接口 (网卡) 发送出去，默认：0.0.0.0

IP_MULTICAST_LOOP

• 用于设置多播数据是否发送回本机，默认：1

 

多播程序设计：接收端

IP_ADD_MEMBERSHIP

• 用于申请加入多播组，参数为：多播组地址和本机地址

 

退出多播组

UDP 多播程序设计 

mul_tx.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    int server = 0;
    struct sockaddr_in addr = {0};
    struct sockaddr_in remote = {0};
    char buf[128] = "D.T.SoftWare\n";
    int ttl = 0;
    int loop = 0;
    struct in_addr maddr = {0};
    int len = 0;

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(8888);

    remote.sin_family = AF_INET;
    remote.sin_addr.s_addr = indet_adr("234.1.1.168");
    remote.sin_port = htons(6666);

    server = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    if(server < 0)
    {
        printf("server socket error\n");

        return -1;
    }

    if(bind(server, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1)
    {
        printf("udp server bind error\n");

        return -1;
    }

    len = sizeof(ttl);
    getsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, &ttl, &len);  // 组播的 TTL 默认为1，只能在本网段下进行组播消息的转发，如果需要将组播消息发送到别的网段上，则需要设置 TTL
    printf("default ttl = %d\n", ttl);

    ttl = 32;
    len = sizeof(ttl);
    setsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, &ttl, len);
    printf("current ttl = %d\n", ttl);

    len = sizeof(ttl);
    getsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &loop, &len);
    printf("default loop = %d\n", loop);

    /*
    loop = 0;
    len = sizeof(loop);
    setsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &loop, len);  // loop 设置为0，则不会将组播消息发送给发送端所在的 IP 地址
    printf("current loop = %d\n", loop);
    */

   maddr.s_addr = inet_addr("192.168.197.128");
   len = sizeof(maddr);
   setsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &maddr, len);  // 如果本台主机上有多个网口则需要设置是从哪个 IP 地址发送组播消息

   len = sizeof(maddr);
   getsockopt(server, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &maddr, &len);
   printf("current IP = %s\n", inet_ntoa(maddr));

    printf("udp server start success!\n");

    while(1)
    {
        len = sizeof(remote);

        sendto(server, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&remote, len); 

        sleep(1);     
    }

    close(server);

    return 0;
}

mul_rx.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in remote = {0};
    struct sockaddr_in addr = {0};
    struct ip_mreq group = {0};
    char buf[128] = {0};
    int r = 0;
    socklen_t len = 0;

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(6666);

    if((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
    {
        printf("client socket error\n");

        return -1;
    }

    if(bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
    {
        printf("udp client bind errpr\n");

        return -1;
    }

    group.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("234.1.1.168");  // 多播地址
    group.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 加入多播组的主机地址，由操作系统来选定是哪一个 ip 地址

    setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &group, sizeof(group));

    while(1)
    {
       len = sizeof(remote);

        r = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf) - 1, 0, (struct sockaddr*)&remote, &len);

        if(r > 0)
        {
            buf[r] = 0;

            printf("Receive: %s\n", buf);
        }
        else
        {
            break;
        }
    }

    close(sock);
}

在实际项目中，因为多播数据的接收方和发送方可能不在同一个网络下，所以需要设置TTL，并且如果一个主机有多个网卡，最好直接指定好接收多播数据的IP地址，否则操作系统就会随机选择一个IP地址作为接收多播数据的地址，导致多播数据可能就接收不到了。

实验结果如下图所示：

小结 

单播：一对一数据发送，即：指定目标主机发送数据

广播

• 本地广播：本地局域网广播数据，所有主机均可接收数据
• 直接广播：指定网络广播数据，目标网络中的主机均可接收数据

多播(组播)

• 向指定的多播地址发送数据，"订阅"该地址的主机均可接收数据

历史遗留问题