Linux多播技术的使用和编程

       多播技术（Multicast）常常用来编制分布式的聊天、流体音频，和视频等等应用程序。在Linux中使用多播技术，与使用UDP给单个用户发送消息，没有多大的区别，只是你要使用一个特殊的多播IP地址，还有一些环境需要改变一下。　　一般的网卡，都是支持多播技术的，但是操作系统不一定。Linux一般在缺省状态编译时，可能都不支持Multicast,你需要从新配置和编译你的内核，使它支持多播，然后你需要使用类似这样的命令：route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev lo　　要编译和配置内核，只是在配置的网络部分选项中选中：enable multicast ip，然后编译，编辑lilo的配置文件lilo.conf，就可以搞定。　　在使用多播技术时，除了通常使用的socket函数外，还需要使用getsockopt()和setsockopt() 来支持multicast。你可以运行“man multicast”，看看它的各种选项。编制多播的程序，也分为两方面，一个是broadcast data的服务程序，另一个是监听multicast ip 广播数据的客户端程序。　　服务程序的编制和普通UDP服务程序的编制一样，只是在你的sockaddr_in结构的初始化时，赋值给它的sin_addr。s_addr使用inet_addr("224.0.0.1")给一个特殊的Muticast IP值就可以了。　　在客户端的编制方面，相对复杂一点。一般我们需要先使用gethostbyname,得到服务器的信息。然后使用socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)建立套接字，我们接着调用 setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&share,sizeof(share)),其中，char share = 1, sockfd是socket建立的套接字，这一步就是允许了多进程共享同一个端口。接着，是通用的bzero(), 给sockaddr_in填入信息，bind(),下来，我们要通知Linux kernel来的数据是广播数据，这一步通过给optval付值来搞定，如 optval.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.0.0.1"); optval.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 先面的这一步，则用来使自己的主机加入一个广播组： setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &optval, sizeof(command)); 现在，你可以使用recvfrom()来接收多播数据了，当然，最后你还要使用： setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &optval, sizeof(optval)）； 来退出多播组。

多播广播是用于建立分步式系统：例如网络游戏、ICQ聊天构建、远程视频会议系统的重要工具。使用多播广播的程序和UDP向单个介绍方发送信息的程序相似。区别在于多播广播程序使用特殊的多播IP地址。

例如本地计算机的的IP地址是：127.0.0.1二它的多播地址是： 224.0.0.1。这是由RCF 1390定义的。为发送IP多播数据，发送者需要确定一个合适的多播地址，这个地址代表一个组。IPv4多播地址采用D类IP地址确定多播的组。在 Internet中，多播地址范围是从224.0.0.0到234.255.255.255。其中比较重要的地址有：

　　224.0.0.1 － 网段中所有支持多播的主机

　　224.0.0.2 － 网段中所有支持多播的路由器

　　224.0.0.4 － 网段中所有的DVMRP路由器

　　224.0.0.5 － 所有的OSPF路由器

　　224.0.0.6 － 所有的OSPF指派路由器

　　224.0.0.9 － 所有RIPv2路由器

　　IPv6地址空间中有1/256的地址空间分配给多播地址。一个FF（11111111）值标识该地址是多播地址。标识段高三位始终设置为0并 保留。第四位T标识设置为0时表示一个永久分配的多播地址。T标识设置为1时，表示非永久分配的多播地址，这种地址作为一个临时的多播地址。

注: 在linux下调试时可能需要用root用户登入.

一、配置Linux支持多播IP

　　在默认状态下，大多Linux发行版本关闭的对多播IP的支持。为了在Linux系统使用多播套接口，需要从新配置和编译Linux内核。下面看一下配置步骤：

　　1.cd /usr/src/linux

　　2.make menuconfig

　　3.选择网络选项

　　4.选中IP：Enable Multicasting IP一项

　　5.保存并从menuconfig 退出

　　6.运行：make dep；make clean；make bzlmage

　　7.cp／vmlinuz／vdimLz_good

　　8.cparch/i386/boot/zImage／vmlinzz

　　9.cd／etc

　　10.编辑lilo．conf，加入针对／vmlinuz_good的内核新选项

　　11.运行li1o

　　Linux内核编译后，以超级用户身份运行命令： ＃router add –net 224.0.0.0 netmask 224.0.0.0 dev lo

　　核实命令是否加入系统，运行命令：

＃route –eKernel IP routing table
Destination gatewary Genmask Flags MSS Window irtt Iface
10.0.0.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
127.0.0.0 * 255.0.0.0 U 0 0 0 lo
BASE_ADDRESS>MC * 240.0.0.0 U 0 0 0 lo
Default 10.0.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0

　　其中出现多播地址： 224.0.0.1。就表示配置成功了。

　　二、使用Linux多播IP广播数据
　　1、首先在服务器端建立多播程序：

　　服务器端程序代码和解释：broadcast.c

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>

int port = 6789;

int main(int argc, char **argv)
{
    int socketfd;
    struct sockaddr_in address;

    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == socketfd)
    {
        perror("Opening socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(&address, 0, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = inet_addr("224.0.0.1");
    address.sin_port = htons(port);

    //starting Mcast transmit...
    while(1)
    {
        if (sendto(socketfd, "test from broadcast", sizeof("test from broadcast"), 0,(struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0)
        {
            perror("sendto");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        sleep(2);
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

　　2、创建Linux客户端的程序多播IP广播

　　建立好广播服务器后，就需要一个客户端的收听程序，收听多播IP广播要求在程序中作以下几项工作：

　　（1）、多播方收听，客户端编写通知Linux内核每个指定的套接口加入多播IP广播组。

　　（2）、收听方必须运行在同一个Linux计算机的不同进程的同一个套接口。

　　（3）、编写配置端口设定广播信息可以发送给同一个Linux主机，这样作的用处是在同一个Linux主机上测试广播程序和收听程序，易于调试。

　　客户端程序代码和解释:

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>

char *host_name = "224.0.0.1";
int port = 6789;
int main(int argc, char **argv)
{
    int socketfd;
    struct sockaddr_in sin;
    struct ip_mreq command;
    int loop = 1, iter = 0, sin_len;
    struct hostent *server_host_name;
    char message[256];

    if ((server_host_name = gethostbyname(host_name)) == 0)
    {
        perror("gethostbyname");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == socketfd)
    {
        perror("Opening socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(&sin, 0, sizeof(sin));
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    sin.sin_port = htons(port);

    loop = 1;
    if (setsockopt(socketfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &loop, sizeof(loop)) < 0)
    {
        perror("setsockopt: SO_REUSEADDR");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (bind(socketfd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {
        perror("bind");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    loop = 1;
    if (setsockopt(socketfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &loop, sizeof(loop)) < 0)
    {
        perror("setsockopt: IP_MULTICAST_LOOP");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    command.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.0.0.1");
    command.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if (command.imr_multiaddr.s_addr == -1)
    {
        perror("224.0.0.1 not a legal multicast address.");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (setsockopt(socketfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &command, sizeof(command)) < 0)
    {
        perror("setsockopt: IP ADD_MEMBERSHIP");
    }

    while(iter < 8)
    {
        sin_len = sizeof(sin);
        if (recvfrom(socketfd, message, 256, 0, (struct sockaddr *)&sin, &sin_len) == -1)
        {
            perror("recvfrom");
        }

        printf("Response #%-2d from server: %s\n", iter++, message);
        sleep(2);
    }

    if (setsockopt(socketfd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &command, sizeof(command)) < 0)
    {
        perror("setsockopt: IP_DROP_MEMBERSHIP");
    }

    close(socketfd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

　　3、运行Linux多播IP程序
　　运行程序，打开两个终端窗口并在每个窗口中输入以上的源代码。在一个窗口中键入make，编译 broadcast和1isten这两个的可执行文件,由GUN make建立一个Makfiles文件。GUN make是Linux系统中一个自动生成和维护目标程序的工具。

　　在一个窗口中通过执行./broadcast,在另一个的窗口执行./listen，启动收听程序，你应该看到如下输出：

＃./listenResponse #1 form sever :test from broadcast
Response #2 form sever :test from broadcast
Response #3 form sever :test from broadcast
Response #4 form sever :test from broadcast
Response #5 form sever :test from broadcast
Response #6 form sever :test from broadcast
Response #7 form sever :test from broadcast
Response #8 form sever :test from broadcast
#

　4、总结

　　Linux多播IP是一种同时向价格进程高效的发送信息的介绍。多播传输中，数据被发送到接收者的多播地址，而不是每个接收者的单播地址，发送者只发送一个数据拷贝，源端到目标端路径上的中间节点复制该数据。现在多播IP已经广泛应用于网络游戏、视频广播的领域