udp多点通信-广播-组播

单播

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。

广播

1. 主机之间的一对多的通信
2. 所有的主机都可以接收到广播消息(不管你是否需要)
3. 广播禁止穿过路由器（只能做局域网通信）
4. 只有UDP可以广播
5. 广播地址 有效网络号+全是1的主机号
   1. 192.168.50.123 -----》 192.168.50.255
   2. 255.255.255.255    给所有的网段中的所有主机发送广播，也是只能做局域网通信
6. 需要相同端口。

一.广播  （UDP协议）

广播地址:  主机号最大的地址;

以192.168.1.0 (255.255.255.0) 网段为例，最大的主机地址192.168.1.255代表该网段的广播地址 

• 前面介绍的数据包发送方式只有一个接受方，称为单播
• 如果同时发给局域网中的所有主机，称为广播

     (同一局域网内的主机都会接收到，如果其他主机没有加入广播站，就会将消息丢弃)

• 只有用户数据报(使用UDP协议)套接字才能广播
• 一般被设计为局域网搜索协议   

广播代码流程,主要基于   setsockopt:

setsockopt 设置套接字的属性

头文件:
  #include<sys.socket.h>    
  #include<sys/types.h>      
  #include<sys/time.h>
  
原型:  int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,\
                         void *optval,socklen_t optlen)
功能： 获得/设置套接字属性
参数：
     sockfd：套接字描述符
     level：协议层
     optname：选项名
     optval:选项值
     optlen:选项值大小

返回值:  成功 0    失败-1

广播的发送者：

广播发送端创建流程

1）广播的发送端流程  ---》类似于UDP的客户端

1. socket                创建套接字
2. setsockopt         设置允许广播，默认是不允许的
3. 填充接收方的结构体，给sendto使用，指定发送给谁

a。IP    （192.168.50.255/255.255.255.255）

b。端口号

1. sendto               发送数据

1. 创建用户数据报套接字;

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

  2.setsockopt可以设置套接字属性，先设定该套接字允许发送广播

	  int optval = 1;
     //  SOL_SOCKET 传输层      SO_BROADCAST 允许发送广播
setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&optval,sizeo(optval));

1. 接收方地址指定为广播地址,指定端口号

     struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

4. 发送数据包

 sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,\
            (struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));

发送者需要借助 setsockopt 开通广播权限:  

./client: 

/*客户端创建代码 */
#include 
#include  /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc<3)
    {
        printf("plase input ");
    }
    //1.创建套接字,用于链接
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    //2.判断是否允许广播
    int broad;
    socklen_t lenth = sizeof(broad);//确定broad长度
    getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, &lenth); //获取sockfd属性
    printf("%d\n",broad);
    //设置允许广播
    broad=1;
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, lenth); 
    printf("设置网络成功\n");
    //2.填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.255");
    socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
    char buf[128] = {0};
    int ret;
    while (1)
    {
        //发送信息
        printf("client:");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);   //从终端获取内容存放到数组中
        if (strncmp(buf, "quit", 4) == 0) //输入quit退出客户端
        {
            break;
        }
        if (buf[strlen(buf)] == '\0')
        {
            buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        }
        sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

广播的接收者：（不需要设置为广播态）

广播接收端创建流程

2）广播的接收端流程  -----》类似于UDP服务器

1. socket                创建套接字
2. 填充结构体，
   1. ip：广播ip；
      1. 0.0.0.0(将本机所有可用的IP都绑定到套接字上：192.168.50.58，127.0.0.1（本地回环）)（本地回环地址给自己发送，本地自测，不走网卡）
   2. 端口号，一台主机只能打开一个服务器只用同一个端口号
3. bind
4. recv

 基本无需改动

1.  创建用户数据报套接字

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

2.  绑定IP地址(广播IP或0.0.0.0)和端口

    广播的接收者需要加入 广播站

    struct sockaddr_in saddr,caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
                              //广播地址或0.0.0.0
//0.0.0.0 是一个特殊的IP地址，用于表示服务器端将监听所有可用的网络接口
// 而不仅仅是IP地址,广播地址也会监听。

    socklen_t len = sizeof(caddr);
    bind(sockfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));

3. 等待接收数据 

 recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,\
                (struct sockaddr *)&caddr,&len);

/*服务器创建代码 */
#include 
#include  /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc < 2)
    {
        printf("plase input \n");
        return -1;
    }
    //1.创建套接字,用于链接
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    //2.绑定 ip+port 填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;            
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); 
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.50.255");    
    socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
    //bind绑定ip和端口
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, len) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");
    char buf[128] = {0};
    while (1)
    {
        //接收信息
        if (recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, &len) < 0)
        {
            perror("recvfrom err");
            return -1;
        }
        printf("client ip:%s ,port:%d buf:%s\n", inet_ntoa(saddr.sin_addr), ntohs(saddr.sin_port),buf);
        // //发送信息
        // printf("server:");
        // fgets(buf, sizeof(buf), stdin); //从终端获取内容存放到数组中
        // if (strncmp(buf, "quit", 4) == 0) //输入quit退出客户端
        // {
        //     break;
        // }
        // if (buf[strlen(buf)] == '\0')
        // {
        //     buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        // }
        // sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

广播的缺点： 

广播方式发给所有的主机，过多的广播会大量的占用网络带宽，造成广播风暴，影响正常的通信;

组播

1. 广播是给网段内的所有机器发消息     占用网络带宽，影响正常通信
2. 单播是一对一的 
3. 主机之间一对一组的通信模式，也就是说只要加入了同一个小组，那就可以收到发送端的消息
4. 组播地址：D类的224.0.0.1~~239.255.255.255

224.10.10.10（相当于组名）

。单播方式只能发给一个接收方

。 组播是一个人发送，加入到多播组的主机接收数据

。 多播方式既可以发给多个主机，又能避免像广播一样造成过多的负载：

组播的地址: 

IP的二级划分中  D类IP:  

  第一字节的前四位固定为 1110  

         D类IP  ：    224.0.0.1  -  239.255.255.255

                        224.10.10.10

组播的发送端: 

1）组播的发送端流程  ---》类似于UDP的客户端

1. socket    创建套接字
2. 填充结构体，给sendto函数使用，指定接收方
   1. IP：组播ip（224.0.0.0~~239.255.255.255）
   2. PORT:与接收方绑定的一致
3. sendto 发送数据

1. 创建用户数据报套接字;

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

2. 指定接收方地址指定为组播地址 224.0.0.10   （224.0.0.1  -  239.255.255.255都可以） 并指定接收端端口信息

 //2. 填充结构体： 组播ip  和  端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); //组播的IP

3. 发送数据包

 sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr));

/*客户端创建代码 */
#include 
#include  /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc<3)
    {
        printf("plase input ");
    }
    //1.创建套接字,用于链接
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    // //2.判断是否允许广播
    // int broad;
    // socklen_t lenth = sizeof(broad);//确定broad长度
    // getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, &lenth); //获取sockfd属性
    // printf("%d\n",broad);
    // //设置允许广播
    // broad=1;
    // setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, lenth); 
    // printf("设置网络成功\n");
    //2.填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//组播ip
    socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
    char buf[128] = {0};
    int ret;
    while (1)
    {
        //发送信息
        printf("client:");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);   //从终端获取内容存放到数组中
        if (strncmp(buf, "quit", 4) == 0) //输入quit退出客户端
        {
            break;
        }
        if (buf[strlen(buf)] == '\0')
        {
            buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
        }
        sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, len);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

组播的接收端

1）组播的接收端流程  ---》类似于UDP的服务器

1. socket   创建套接字
2. setsockopt  加入多播组
   1. 注意加入的多播组ip，必须要跟下面绑定的一致
3. 填充结构体
   1. IP：多播组IP
   2. port
4. bind 绑定
5. recv 接收组播数据

1）组播的接收端流程  ---》类似于UDP的服务器

struct ip_mreq
{
	struct  in_addr  imr_multiaddr;   /* 指定多播组IP */
	struct  in_addr  imr_interface;   /* 本地网卡地址，通常指定为 INADDR_ANY--0.0.0.0*/};
}
struct ip_mreq mreq;
//bzero(&mreq, sizeof(mreq));
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.10.10.1");
mreq.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));

1、创建用户数据报套接字;

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

 2. 加入多播组 ：  只有接收者加入多播组  (广播是发送者需要设置广播属性，组播是接收者加入多播组)

 //2.将主机假如多播组
struct ip_mreq mreq;   //组播的结构体变量
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);   //组IP
mreq.imr_interface.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); //本地IP加入到上面的多播组
 // 将本地IP 加入到多播组     setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

3. 绑定组播IP地址(绑定组播IP或0.0.0.0)和端口

    //3. 填充结构体： 绑定组播ip和端口
    struct sockaddr_in saddr,caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); //组IP

4. 接收数据包

 recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr,&len);

/*服务器创建代码 */
#include 
#include  /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc < 3)
    {
        printf("plase input \n");
        return -1;
    }
    //1.创建套接字,用于链接
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);

    //设置接收组播
    struct ip_mreq group;
    group.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);   //组IP
    group.imr_interface.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); //本地IP加入到上面的多播组(自己的ip)
    setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&group,sizeof(group));
    printf("加组成功\n");

    //2.绑定 ip+port 填充结构体
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    socklen_t len = sizeof(saddr); //结构体大小
    //bind绑定ip和端口
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, len) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind success\n");
    char buf[128] = {0};
    while (1)
    {
        //接收信息
        if (recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, &len) < 0)
        {
            perror("recvfrom err");
            return -1;
        }
        printf("client ip:%s ,port:%d buf:%s\n", inet_ntoa(saddr.sin_addr), ntohs(saddr.sin_port), buf);
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

本地套接字通信

特性: 

·  unix网络编程最开始有的编程都是一台主机内进程和进程之间的编程。(本地通信)

·  socket同样可以用于本地间进程通信, 创建套接字时使用本地协议AF_LOCAL或AF_UNIX

·  分为流式套接字和数据报套接字   

·  和其他进程间通信相比使用方便、效率更高，常用于前后台进程通信。

unix域套接字编程，实现本间进程的通信，依赖的是s类型的文件；(套接字文件)

TCP，UDP 都是依赖IP 端口号进行通信,实现两个主机通信

本地通信不需要ip和端口，所以无法进行两个主机通信

核心代码: 

#include 
#include 

struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family;               /* 本地协议 AF_UNIX */
char       sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* 本地路径 s类型的套接字文件 */
};

unix socket = socket(AF_UNIX, type, 0); //type为流式或数据包套接字
                                
struct sockaddr_un myaddr;
myaddr.sun_family = AF_UNIX; //填充UNIX域套接字
strcpy(saddr.sun_path,"./myunix"); // 创建套接字的路径(将套接字创建到哪? 服务器与客户端一致)