FCL应用技巧之------实现UDP组播

1 组播原理

组播的概念是在IP层定义的，一些特殊的IP地址被规定为组播IP地址，不能配置为某个主机的IP。具体说来，组播使用的IP地址是整个D类地址，即：

整个D类地址是不能配置到主机网卡上的，它们专门供组播使用。

2 FCL中实现UDP组播的两种方式

FCL为使用UDP提供了两个类，一个是基础的Socket，一个是封装了Socket的UdpClient。需要说明的是，组播的特殊性只是在接收方才存在，对于发送方，直接向组播IP地址发送即可，与单播无异。

发送程序如下：

class Program
    {
        private static UdpClient client = new UdpClient(6000);
        static void Main(string[] args)
        {
            byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("hello");
            while (true)
            {
                Thread.Sleep(1000);
                client.Send(bytes, bytes.Length, new IPEndPoint(IPAddress.Parse("224.0.0.101"), 6005));
            }
        }
    }

2.1 使用UdpClient

由于UdpClient对Socket进行了很好的封装，所以使用起来比较方便，本身就提供了加入组播组的方法。代码如下：

public class UDPMulticastListener
    {
        public static void Main(String[] args)
        {
            UdpClient udpClient = new UdpClient(6005);
            udpClient.JoinMulticastGroup(IPAddress.Parse("224.0.0.101"));
            IPEndPoint remoteEp = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            while (true)
            {
                Byte[] buffer = udpClient.Receive(ref remoteEp);
                String msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
                Console.WriteLine(msg);
            }
        }
    }

MSDN上提醒：调用JoinMulticastGroup之前，必须为udpClient绑定了端口。

2.2 使用Socket

Socket提供了最基础和灵活的控制，需要通过SetSocketOption()方法来加入组播组。代码如下：

public class UDPMulticastListener
    {
        public static void Main(String[] args)
        {
            Socket listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
            listener.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 6005));
            MulticastOption mcastOption = new MulticastOption(IPAddress.Parse("224.0.0.101"), IPAddress.Parse("172.16.35.220"));

            listener.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IP, SocketOptionName.AddMembership, mcastOption);

            while (true)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int n = listener.Receive(buffer);
                String msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, n);
                Console.WriteLine(msg);
            }
        }
    }

需要注意的是，指定MulticastOption的时候，必须为其指定要使用网卡源IP地址，否则组播不能成功。

3 抓包分析以太网中UDP组播实现

通过上面实例可以看出，在C#中使用组播非常简单。组播在以太网中是如何实现的呢？

首先，与IP地址一样，以太网中的MAC地址也有一部分专门供组播使用，他们的特征是最高字节的最低位是1，这些MAC地址不能作为网卡的MAC，只能是组播MAC。对这些MAC的处理是这样的：交换机会把目的MAC是组播MAC的包转发到同一VLAN的所有端口，主机上的网卡不仅接收目的MAC是自己Mac的，也接收目的MAC是组播MAC的包，然后把收到的包剥去以太层交给IP层、UDP层继续处理。在IP层，如果发现目的IP是组播IP，并且本机已加入了这个组播组，则交由对应的应用程序处理，否则丢弃。

关于组播IP于组播MAC的对应规则有专门的规定。关于组播有一篇英文妙文，http://www.firewall.cx/networking-topics/general-networking/107-network-multicast.html。