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  • linux udp 单播组播广播实现

    千次阅读 2016-10-27 11:43:11
    linux udp 单播组播广播实现 http://blog.csdn.net/zuokong/article/details/7548008 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...
     
    
    http://blog.csdn.net/zuokong/article/details/7548008

    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。

    1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:# ifconfig
    UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 跃点数:1说明该网卡支持
    2、发送多播包的主机需要设置网关,否则运行sendto()会出现"network is unreachable",网卡可以随便设置,但是一定要设。还要添加路由240.0.0.0,即:
    route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev eth0
    route add default gw "192.168.40.1 " dev eth0
    3 、出现:“setsockopt:No such device”。的提示,说明多播IP设置出现问题,系统所需要的uint32_t格式的网络地址的开头不是1110,检验通不过。解决办法:在把地址字符串"*.*.*.*"转化为uint32_t时采用htonl(inet_network(“*.*.*.*”))或者inet_aton函数,inet_aton(GRUPO, &srv.sin_addr)

      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。

      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

    单 播用于两个主机之间的端对端通信,广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机进行通信,要么对整个局 域    网上的主机进行通信。实际情况下,经常需要对一组特定的主机进行通信,而不是整个局域网上的所有主机,这就是多播的用途。

    多播的概念

    多播,也称为“组播”,将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组,进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行,其他的主机没有加入此分组不能收发对应的 数据。

    在 广域网上广播的时候,其中的交换机和路由器只向需要获取数据的主机复制并转发数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选 择    地复制并传输数据,将数据仅仅传输给组内的主机。多播的这种功能,可以一次将数据发送到多个主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通 信。

    相对于传统的一对一的单播,多播具有如下的优点:

    q 具有同种业务的主机加入同一数据流,共享同一通道,节省了带宽和服务器的优点,具有广播的优点而又没有广播所需要的带宽。

    q 服务器的总带宽不受客户端带宽的限制。由于组播协议由接收者的需求来确定是否进行数据流的转发,所以服务器端的带宽是常量,与客户端的数量无关。

    q 与单播一样,多播是允许在广域网即Internet上进行传输的,而广播仅仅在同一局域网上才能进行。

    组播的缺点:

    q 多播与单播相比没有纠错机制,当发生错误的时候难以弥补,但是可以在应用层来实现此种功能。

    q 多播的网络支持存在缺陷,需要路由器及网络协议栈的支持。

    多播的应用主要有网上视频、网上会议等。

    广域网的多播

    多播的地址是特定的,D类地址用于多播。D类IP地址就是多播IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址,并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

    q 局部多播地址:在224.0.0.0~224.0.0.255之间,这是为路由协议和其他用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包。

    q 预留多播地址:在224.0.1.0~238.255.255.255之间,可用于全球范围(如Internet)或网络协议。

    q 管理权限多播地址:在239.0.0.0~239.255.255.255之间,可供组织内部使用,类似于私有IP地址,不能用于Internet,可限制多播范围。

    多播的编程

    多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的,其选项值和含义参见11.5所示。

    表11.5 多播相关的选项

    getsockopt()/setsockopt()的选项

    含 义

    IP_MULTICAST_TTL

    设置多播组数据的TTL值

    IP_ADD_MEMBERSHIP

    在指定接口上加入组播组

    IP_DROP_MEMBERSHIP

    退出组播组

    IP_MULTICAST_IF

    获取默认接口或设置接口

    IP_MULTICAST_LOOP

    禁止组播数据回送

    1.选项IP_MULTICASE_TTL

    选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL,范围为0~255之间的任何值,例如:

    unsigned char ttl=255;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));

    2.选项IP_MULTICAST_IF

    选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认默认网络接口,会从给定的网络接口发送,另一个网络接口会忽略此数据。例如:

    struct in_addr addr;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr));

    参数addr是希望多播输出接口的IP地址,使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。

    默认情况下,当本机发送组播数据到某个网络接口时,在IP层,数据会回送到本地的回环接口,选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。例如:

    unsigned char loop;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));

    参数loop设置为0禁止回送,设置为1允许回送。

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP

    加入或者退出一个组播组,通过选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBER- SHIP,对一个结构struct ip_mreq类型的变量进行控制,struct ip_mreq原型如下:

    struct ip_mreq

    {

    struct in_addr    imn_multiaddr; /*加入或者退出的广播组IP地址*/

    struct in_addr    imr_interface; /*加入或者退出的网络接口IP地址*/

    };

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某个广播组,之后就可以向这个广播组发送数据或者从广播组接收数据。此 选项的值为mreq结构,成员imn_multiaddr是需要加入的广播组IP地址,成员imr_interface是本机需要加入广播组的网络接口 IP地址。例如:

    struct ip_mreq mreq;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

    使用IP_ADD_MEMBERSHIP选项每次只能加入一个网络接口的IP地址到多播组,但并不是一个多播组仅允许一 个主机IP地址加入,可以多次调用IP_ADD_MEMBERSHIP选项来实现多个IP地址加入同一个广播组,或者同一个IP地址加入多个广播组。当 imr_ interface为INADDR_ANY时,选择的是默认组播接口。

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于从一个广播组中退出。例如:

    struct ip_mreq mreq;

    setsockopt(s,IPPROTP_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(sreq));

    其中mreq包含了在IP_ADD_MEMBERSHIP中相同的值。

    多播程序设计的框架

    要进行多播的编程,需要遵从一定的编程框架,其基本顺序如图11.6所示。

    多播程序框架主要包含套接字初始化、设置多播超时时间、加入多播组、发送数据、接收数据以及从多播组中离开几个方面。其步骤如下:

    (1)建立一个socket。

    (2)然后设置多播的参数,例如超时时间TTL、本地回环许可LOOP等。

    (3)加入多播组。

    (4)发送和接收数据。

    (5)从多播组离开。

    内核中的多播

    多播的内核结构

    struct inet_sock {

    __u8 mc_ttl; /*多播TTL*/

    __u8 ...

    mc_loop:1; /*多播回环设置*/

    int mc_index; /*多播设备序号*/

    __be32 mc_addr; /*多播地址*/

    struct ip_mc_socklist *mc_list; /*多播群数组*/

    };

    q 结构成员mc_ttl用于控制多播的TTL;

    q 结构成员mc_loop表示是否回环有效,用于控制多播数据的本地发送;

    q 结构成员mc_index用于表示网络设备的序号;

    q 结构成员mc_addr用于保存多播的地址;

    q 结构成员mc_list用于保存多播的群组。

    1.结构ip_mc_socklist

    结构成员mc_list的原型为struct ip_mc_socklist,定义如下:

    struct ip_mc_socklist

    {

    struct ip_mc_socklist *next;

    struct ip_mreqn multi;

    unsigned int sfmode;            /*MCAST_{INCLUDE,EXCLUDE}*/

    struct ip_sf_socklist *sflist;

    };

    q 成员参数next指向链表的下一个节点。

    q 成员参数multi表示组信息,即在哪一个本地接口上,加入到哪一个多播组。

    q 成员参数sfmode是过滤模式,取值为 MCAST_INCLUDE或MCAST_EXCLUDE,分别表示只接收sflist所列出的那些源的多播数据报,和不接收sflist所列出的那些源的多播数据报。

    q 成员参数sflist是源列表。

    2.结构ip_mreqn

    multi成员的原型为结构struct ip_mreqn,定义如下:

    struct ip_mreqn

    {

    struct in_addr    imr_multiaddr; /*多播组的IP地址*/

    struct in_addr    imr_address; /*本地址网络接口的IP地址*/

    int imr_ifindex; /*网络接口序号*/

    };

    该结构体的两个成员分别用于指定所加入的多播组的组IP地址,和所要加入组的那个本地接口的IP地址。该命令字没有源过滤的功能,它相当于实现IGMPv1的多播加入服务接口。

    3.结构ip_sf_socklist

    成员sflist的原型为结构struct ip_sf_socklist,定义如下:

    struct ip_sf_socklist

    {

    unsigned int sl_max; /*当前sl_addr数组的最大可容纳量*/

    unsigned int sl_count;    /*源地址列表中源地址的数量*/

    __u32 sl_addr[0]; /*源地址列表*/

    };

    q 成员参数sl_addr表示是源地址列表;

    q 成员参数sl_count表示是源地址列表中源地址的数量;

    q 成员参数sl_max表示是当前sl_addr数组的最大可容纳量(不确定)。

    4.选项IP_ADD_MEMBERSHIP

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址加入到一个多播组,在内核中其处理过程如图11.8所 示,在应用层调用函数setsockopt()函数的选项IP_ADD_MEMBE- RSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_join_group()。

     选项IP_ADD_MEMBERSHIP的内核处理过程

    (1)将用户数据复制如内核。

    (2)判断广播IP地址是否合法。

    (3)查找IP地址对应的网络接口。

    (4)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    (5)将此多播地址加入列表。

    (6)返回处理值。

    5.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址从一个多播组中取出,在内核中其处理过程如图 11.9所示,在应用层调用setsockopt()函数的选项IP_DROP_ MEMBERSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_leave_group()。

     

     选项IP_DROP_MEMBERSHIP的内核处理过程

    (1)将用户数据复制入内核。

    (2)查找IP地址对应的网络接口。

    (3)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    (4)将此多播地址从源地址中取出。

    (5)将此地址结构从多播列表中取出。

    (6)返回处理值。

    一个多播例子的服务器端

    下面是一个多播服务器的例子。多播服务器的程序设计很简单,建立一个数据包套接字,选定多播的IP地址和端口,直接向此多播地址发送数据就可以了。多播服务器的程序设计,不需要服务器加入多播组,可以直接向某个多播组发送数据。

    下面的例子持续向多播IP地址"224.0.0.88"的8888端口发送数据"BROADCAST TEST DATA",每发送一次间隔5s。

    /*

    *broadcast_server.c - 多播服务程序

    */

    #define MCAST_PORT    8888;

    #define MCAST_ADDR    "224.0.0.88"/ /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/

    #define MCAST_DATA    "BROADCAST TEST DATA" /*多播发送的数据*

    #define MCAST_INTERVAL    5 /*发送间隔时间*/

    int main(int argc, char*argv)

    {

    int s;

    struct sockaddr_in    mcast_addr;

    s = socket(AF_INET,    SOCK_DGRAM, 0); /*建立套接字*/

    if (s == -1)

    {

    perror("socket()");

    return -1;

    }

    memset(&mcast_addr,    0, sizeof(mcast_addr));/*初始化IP多播地址为0*/

    mcast_addr.sin_family =    AF_INET; /*设置协议族类行为AF*/

    mcast_addr.sin_addr.s_addr    = inet_addr(MCAST_ADDR);/*设置多播IP地址*/

    mcast_addr.sin_port =    htons(MCAST_PORT); /*设置多播端口*/

    /*向多播地址发送数据*/

    while(1) {

    int n = sendto(s, /*套接字描述符*/

    MCAST_DATA, /*数据*/

    sizeof(MCAST_DATA), /*长度*/

    0,

    (struct sockaddr*)&mcast_addr,

    sizeof(mcast_addr)) ;

    if( n < 0)

    {

    perror("sendto()");

    return -2;

    }

    sleep(MCAST_INTERVAL);    /*等待一段时间*/

    }

    return 0;

    }

    11.3.6 一个多播例子的客户端

    多播组的IP地址为224.0.0.88,端口为8888,当客户端接收到多播的数据后将打印 出来。

    客户端只有在加入多播组后才能接受多播组的数据,因此多播客户端在接收多播组的数据之前需要先加入多播组,当接收完毕后要退出多播组。

    /*

    *broadcast_client.c - 多播的客户端

    */

    #define MCAST_PORT    8888;

    #define MCAST_ADDR    "224.0.0.88" /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/

    #define MCAST_INTERVAL    5 /*发送间隔时间*/

    #define BUFF_SIZE 256 /*接收缓冲区大小*/

    int main(int argc, char*argv[])

    {

    int s; /*套接字文件描述符*/

    struct sockaddr_in    local_addr; /*本地地址*/

    int err = -1;

    s = socket(AF_INET,    SOCK_DGRAM, 0); /*建立套接字*/

    if (s == -1)

    {

    perror("socket()");

    return -1;

    }

    /*初始化地址*/

    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(MCAST_PORT);

    /*绑定socket*/

    err = bind(s,(struct    sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr))    ;

    if(err < 0)

    {

    perror("bind()");

    return -2;

    }

    /*设置回环许可*/

    int loop = 1;

    err =    setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP,&loop, sizeof(loop));

    if(err < 0)

    {

    perror("setsockopt():IP_MULTICAST_LOOP");

    return -3;

    }

    struct ip_mreq mreq; /*加入广播组*/

    mreq.imr_multiaddr.s_addr    = inet_addr(MCAST_ADDR); /*广播地址*/

    mreq.imr_interface.s_addr    = htonl(INADDR_ANY); /*网络接口为默认*/

    /*将本机加入广播组*/

    err = setsockopt(s,    IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
        (mreq));

    if (err < 0)

    {

    perror("setsockopt():IP_ADD_MEMBERSHIP");

    return -4;

    }

    int times = 0;

    int addr_len = 0;

    char buff[BUFF_SIZE];

    int n = 0;

    /*循环接收广播组的消息,5次后退出*/

    for(times =    0;times<5;times++)

    {

    addr_len =    sizeof(local_addr);

    memset(buff, 0,    BUFF_SIZE); /*清空接收缓冲区*/

    /*接收数据*/

    n = recvfrom(s, buff,    BUFF_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr,
        &addr_len);

    if( n== -1)

    {

    perror("recvfrom()");

    }

    /*打印信息*/

    printf("Recv %dst    message from server:%s\n", times, buff);

    sleep(MCAST_INTERVAL);

    }

    /*退出广播组*/

    err = setsockopt(s,    IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
        (mreq));

    close(s);

    return 0;

    }

     

    广播

    前面介绍的TCP/IP知识都是基于单播,即一对一的方式,本节介绍一对多的广播方式。广播是由一个主机发向一个网络上所有主机的操作方式。例如在一个局域网内进行广播,同一子网内的所有主机都可以收到此广播发送的数据。

    广播的IP地址

    要使用广播,需要了解IPv4特定的广播地址。IP地址分为左边的网络ID部分以及右边的主机ID部分。广播地址所用的IP地址将表示主机ID的位全部设置为1。网卡正确配置以后,可以用下面的命令来显示所选用接口的广播地址。

    # ifconfig eth0

    eth0 Link    encap:Ethernet HWaddr 00:A0:4B:06:F4:8D

    inet addr:192.168.0.1    Bcast:192.168.0.255 Mask:255.255.255.0

    UP BROADCAST RUNNING    PROMISC MULTICAST MTU:1500 Metric:1

    RX packets:1955    errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:31

    TX packets:1064    errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

    collisions:0    txqueuelen:100

    Interrupt:9    Baseaddress:0xe400

    第二行输出信息说明eth0网络接口的广播地址为192.168.0.255。这个广播IP地址的前3个字节为网络ID,即192.168.0。这个地址的主机ID部分为255,值255是表示主机ID全为1的十进制数。

    广播地址255.255.255.255是一种特殊的广播地址,这种格式的广播地址是向全世界进行广播,但是却有更多的限制。一般情况下,这种广播类型不会被路由器路由,而一个更为特殊的广播地址,例如192.168.0.255也许会被路由,这取决于路由器的配置。

    通用的广播地址在不同的环境中的含义不同。例如,IP地址255.255.255.255,一些UNIX系统将其解释为在主机的所有网络接口上进行广播,而有的UNIX内核只会选择其中的一个接口进行广播。当一个主机有多个网卡时,这就会成为一个问题。

    如果必须向每个网络接口广播,程序在广播之前应执行下面的步骤。

    (1)确定下一个或第一个接口名字。

    (2)确定接口的广播地址。

    (3)使用这个广播地址进行广播。

    (4)对于系统中其余的活动网络接口重复执行步骤(1)~步骤(3)。

    在执行完这些步骤以后,就可以认为已经对每一个接口进行广播。

    广播与单播的比较

    广播和单播的处理过程是不同的,单播的数据只是收发数据的特定主机进行处理,而广播的数据整个局域网都进行处理。

    例如在一个以太网上有3个主机,主机的配置如表11.4所示。

    表11.4 某局域网中主机的配置情况

    主 机

    A

    B

    C

    IP地址

    192.168.1.150

    192.168.1.151

    192.168.1.158

    MAC地址

    00:00:00:00:00:01

    00:00:00:00:00:02

    00:00:00:00:00:03

    单播的示意图如图11.3所示,主机A向主机B发送UDP数据报,发送的目的IP为192.168.1.151,端口为 80,目的MAC地址为00:00:00:00:00:02。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会 判断目的MAC地址。主机C的MAC地址为00:00:00:00:00:03,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02不匹配,数据链路层 不会进行处理,直接丢弃此数据。

     

    单播的以太网示意图

    主机B的MAC地址为00:00:00:00:00:02,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

    广播的示意图如图11.4所示,主机A向整个网络发送广播数据,发送的目的IP为192.168.1.255,端口为 80,目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会 判断目的MAC地址。由于目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF,主机C和主机B会忽略MAC地址的比较(当然,如果协议栈不支持广播,则 仍然比较MAC地址),处理接收到的数据。

    主机B和主机C的处理过程一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

     

    广播的示例

    本节中是一个服务器地址发现的代码,假设服务器为A,客户端为B。客户端在某个局域网启动的时候,不知道本局域网内是否 有适合的服务器存在,它会使用广播在本局域网内发送特定协议的请求,如果有服务器响应了这种请求,则使用响应请求的IP地址进行连接,这是一种服务器/客 户端自动发现的常用方法。

    1.广播例子简介

    如图11.5所示为使用广播的方法发现局域网上服务器的IP地址。服务器在局域网上侦听,当有数据到来的时候,判断数据 是否有关键字IP_FOUND,当存在此关键字的时候,发送IP_FOUND_ACK到客户端。客户端判断是否有服务器的响应IP_FOUND请求,并判 断响应字符串是否包含IP_FOUND_ACK来确定局域网上是否存在服务器,如果有服务器的响应,则根据recvfrom()函数的from变量可以获 得服务器的IP地址。

                                                                                                        

    11.5 利用广播进行服务器IP地址的发现

    2.广播的服务器端代码

    服务器的代码如下,服务器等待客户端向某个端口发送数据,如果数据的格式正确,则服务器会向客户端发送响应数据。

    01

    02 #define IP_FOUND    "IP_FOUND" /*IP发现命令*/

    03 #define IP_FOUND_ACK    "IP_FOUND_ACK" /*IP发现应答命令*/

    04 void HandleIPFound(void*arg)

    05 {

    06 #define BUFFER_LEN    32

    07 int ret = -1;

    08 SOCKET sock = -1;

    09 struct sockaddr_in    local_addr; /*本地地址*/

    10 struct sockaddr_in    from_addr; /*客户端地址*/

    11 int from_len;

    12 int count = -1;

    13 fd_set readfd;

    14 char    buff[BUFFER_LEN];

    15 struct timeval    timeout;

    16 timeout.tv_sec = 2;    /*超时时间2s*/

    17 timeout.tv_usec = 0;

    18

    19    DBGPRINT("==>HandleIPFound\n");

    20

    21 sock =    socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /*建立数据报套接字*/

    22 if( sock < 0 )

    23 {

    24    DBGPRINT("HandleIPFound: socket init error\n");

    25 return;

    26 }

    27

    28 /*数据清零*/

    29 memset((void*)&local_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
        /*清空内存内容*/

    30    local_addr.sin_family = AF_INET; /*协议族*/

    31    local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*本地地址*/

    32 local_addr.sin_port    = htons(MCAST_PORT); /*侦听端口*/

    33 /*绑定*/

    34 ret = bind(sock,    (struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_
        addr));

    35 if(ret != 0)

    36 {

    37    DBGPRINT("HandleIPFound:bind error\n");

    38 return;

    39 }

    40

    41 /*主处理过程*/

    42 while(1)

    43 {

    44 /*文件描述符集合清零*/

    45    FD_ZERO(&readfd);

    46 /*将套接字文件描述符加入读集合*/

    47 FD_SET(sock,    &readfd);

    48 /*select侦听是否有数据到来*/

    49 ret =    selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL, &timeout);

    50 switch(ret)

    51 {

    52 case -1:

    53 /*发生错误*/

    54 break;

    55 case 0:

    56 /*超时*/

    57 //超时所要执行的代码

    58

    59 break;

    60 default:

    61 /*有数据到来*/

    62 if( FD_ISSET( sock,    &readfd ) )

    63 {

    64 /*接收数据*/

    65 count = recvfrom(    sock, buff, BUFFER_LEN, 0,
        ( struct sockaddr*) &from_addr, &from_len );

    66 DBGPRINT( "Recv    msg is %s\n", buff );

    67 if( strstr( buff,    IP_FOUND ) )
        /*判断是否吻合*/

    68 {

    69 /*将应答数据复制进去*/

    70 memcpy(buff,    IP_FOUND_ACK,strlen(IP_
        FOUND_ACK)+1);

    71 /*发送给客户端*/

    72 count = sendto(    sock, buff, strlen( buff ),
        0, ( struct sockaddr*) &from_addr, from_
        len );

    73 }

    74 }

    75 }

    76 }

    77    PRINT("<==HandleIPFound\n");

    78

    79 return;

    80 }

    服务器端分为如下步骤:

    q 第16行和第17行定义了服务器等待的超时时间,为2s。

    q 第29行将地址结构清零。

    q 第30行定义地址协议族为AF_INET。

    q 第31行设置IP地址为任意本地地址。

    q 第32行设置侦听的端口。

    q 第34行将本地的地址绑定到一个套接字文件描述符上。

    q 第42行开始为主处理过程,使用select函数,按照2s的超时时间侦听是否有数据到来。

    q 第45行文件描述符集合清零。

    q 第47行将套接字文件描述符加入读集合。

    q 第49行select侦听是否有数据到来。

    q 第50行查看select的返回值。

    q 第52行select发生错误。

    q 第55行select超时。

    q 第60行有可读的数据到来。

    q 第65行接收数据。

    q 第67行查看接收到的数据是否匹配。

    q 第70行复制响应数据。

    q 第72行发送响应数据到客户端。

    3.广播的客户端代码

    广播的客户端函数代码如下,客户端向服务器端发送命令IP_FOUND,并等待服务器端的回复,如果有服务器回复,则向服务器发送IP_FOUND_ACK,否则发送10遍后退出。

    01 #define IP_FOUND    "IP_FOUND" /*IP发现命令*/

    02 #define IP_FOUND_ACK    "IP_FOUND_ACK" /*IP发现应答命令*/

    03 #define IFNAME    "eth0"

    04 void IPFound(void*arg)

    05 {

    06 #define BUFFER_LEN    32

    07 int ret = -1;

    08 SOCKET sock = -1;

    09 int so_broadcast =    1;

    10 struct ifreq ifr;

    11 struct sockaddr_in    broadcast_addr; /*本地地址*/

    12 struct sockaddr_in    from_addr; /*服务器端地址*/

    13 int from_len;

    14 int count = -1;

    15 fd_set readfd;

    16 char    buff[BUFFER_LEN];

    17 struct timeval    timeout;

    18 timeout.tv_sec = 2;    /*超时时间2s*/

    19 timeout.tv_usec = 0;

    20

    21

    22 sock =    socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);/*建立数据报套接字*/

    23 if( sock < 0 )

    24 {

    25    DBGPRINT("HandleIPFound: socket init error\n");

    26 return;

    27 }

    28 /*将需要使用的网络接口字符串名字复制到结构中*/

    29    strcpy(ifr.ifr_name,IFNAME,strlen(IFNAME));

    30 /*发送命令,获取网络接口的广播地址*/

    31    if(ioctl(sock,SIOCGIFBRDADDR,&ifr) == -1)

    32 perror("ioctl    error"),exit(1);

    33 /*将获得的广播地址复制给变量broadcast_addr*/

    34    memcpy(&broadcast_addr, &ifr.ifr_broadaddr, sizeof(struct
        sockaddr_in ));

    35    broadcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);/*设置广播端口*/

    36

    37 /*设置套接字文件描述符sock为可以进行广播操作*/

    38 ret =    setsockopt(sock,

    39 SOL_SOCKET,

    40 SO_BROADCAST,

    41 &so_broadcast,

    42 sizeof    so_broadcast);

    43

    44 /*主处理过程*/

    45 int times = 10;

    46 int i = 0;

    47    for(i=0;i<times;i++)

    48 {

    49 /*广播发送服务器地址请求*/

    50 ret = sendto(sock,

    51 IP_FOUND,

    52 strlen(IP_FOUND),

    53 0,

    54 (struct sockaddr*)&broadcast_addr,

    55 sizeof(broadcast_addr));

    56 if(ret == -1){

    57 continue;

    58 }

    59 /*文件描述符集合清零*/

    60    FD_ZERO(&readfd);

    61 /*将套接字文件描述符加入读集合*/

    62 FD_SET(sock,    &readfd);

    63 /*select侦听是否有数据到来*/

    64 ret =    selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL, &timeout);

    65 switch(ret)

    66 {

    67 case -1:

    68 /*发生错误*/

    69 break;

    70 case 0:

    71 /*超时*/

    72 //超时所要执行的代码

    73

    74 break;

    75 default:

    76 /*有数据到来*/

    77 if( FD_ISSET( sock,    &readfd ) )

    78 {

    79 /*接收数据*/

    80 count = recvfrom(    sock, buff, BUFFER_LEN, 0,
        ( struct sockaddr*) &from_addr, &from_len );

    81 DBGPRINT( "Recv    msg is %s\n", buff );

    82 if(strstr(buff,    IP_FOUND_ACK))/*判断是否吻合*/

    83 {

    84 printf("found    server, IP is %s\n",inet_ntoa
        (from_addr.sin_addr));

    85 }

    86 break;/*成功获得服务器地址,退出*/

    07 }

    08 }

    09 }

    90 return;

    91 }

    客户端分为如下步骤:

    q 第18行和第19行定义了服务器等待的超时时间,为2s。

    q 第22行建立数据报套接字。

    q 第29行复制网络接口名称。

    q 第31行获得与网络接口名称对应的广播地址。

    q 第34行和第35行设置广播的地址和端口。

    q 第38~42行设置可广播地址,因为默认情况下是不可广播的。

    q 第47行开始为主处理过程,发送多次广播数据,查看网络上是否有服务器存在。

    q 第50~55行发送服务器请求到整个局域网上。

    q 第60行文件描述符集合清零。

    q 第62行将套接字文件描述符加入读集合。

    q 第64行select侦听是否有数据到来。

    q 第65行查看select的返回值。

    q 第67行select发生错误。

    q 第70行select超时。

    q 第75行有可读的数据到来。

    q 第65行接收数据。

    q 第80行查看接收到的数据是否匹配。

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  • Linux UDP 单播 组播 广播实现

    千次阅读 2014-03-17 14:27:03
    linux udp单播 组播 广播实现   1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:ifconfig UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 跃点数:1 说明该网卡支持 2、发送多播包的主机需要...

    linux udp单播 组播 广播实现

     

    1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:ifconfig
    UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 跃点数:1
    说明该网卡支持
    2、发送多播包的主机需要设置网关,否则运行sendto()会出现"networkis unreachable",网卡可以随便设置,但是一定要设。还要添加路由240.0.0.0,即:
    route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev eth0
    route add default gw "192.168.40.1 " dev eth0
    3 、出现:“setsockopt:No suchdevice”。的提示,说明多播IP设置出现问题,系统所需要的uint32_t格式的网络地址的开头不是1110,检验通不过。解决办法:在把地址字符串"*.*.*.*"转化为uint32_t时采用htonl(inet_network(“*.*.*.*”))或者inet_aton函数,inet_aton(GRUPO,&srv.sin_addr)

    另外有文章:http://unix-cd.com/unixcd12/article_5577.html

    11.3 多 播

     

    单播用于两个主机之间的端对端通信,广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机进行通信,要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下,经常需要对一组特定的主机进行通信,而不是整个局域网上的所有主机,这就是多播的用途。

    11.3.1 多播的概念

    多播,也称为“组播”,将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组,进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行,其他的主机没有加入此分组不能收发对应的数据。

    在广域网上广播的时候,其中的交换机和路由器只向需要获取数据的主机复制并转发数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选择地复制并传输数据,将数据仅仅传输给组内的主机。多播的这种功能,可以一次将数据发送到多个主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通信。

    相对于传统的一对一的单播,多播具有如下的优点:

    q 具有同种业务的主机加入同一数据流,共享同一通道,节省了带宽和服务器的优点,具有广播的优点而又没有广播所需要的带宽。

    q 服务器的总带宽不受客户端带宽的限制。由于组播协议由接收者的需求来确定是否进行数据流的转发,所以服务器端的带宽是常量,与客户端的数量无关。

    q 与单播一样,多播是允许在广域网即Internet上进行传输的,而广播仅仅在同一局域网上才能进行。

    组播的缺点:

    q 多播与单播相比没有纠错机制,当发生错误的时候难以弥补,但是可以在应用层来实现此种功能。

    q 多播的网络支持存在缺陷,需要路由器及网络协议栈的支持。

    多播的应用主要有网上视频、网上会议等。

    11.3.2 广域网的多播

    多播的地址是特定的,D类地址用于多播。D类IP地址就是多播IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址,并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

    q 局部多播地址:在224.0.0.0~224.0.0.255之间,这是为路由协议和其他用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包。

    q 预留多播地址:在224.0.1.0~238.255.255.255之间,可用于全球范围(如Internet)或网络协议。

    q 管理权限多播地址:在239.0.0.0~239.255.255.255之间,可供组织内部使用,类似于私有IP地址,不能用于Internet,可限制多播范围。

    11.3.3 多播的编程

    多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的,其选项值和含义参见11.5所示。

    表11.5 多播相关的选项

    getsockopt()/setsockopt()的选项

    含 义

    IP_MULTICAST_TTL

    设置多播组数据的TTL值

    IP_ADD_MEMBERSHIP

    在指定接口上加入组播组

    IP_DROP_MEMBERSHIP

    退出组播组

    IP_MULTICAST_IF

    获取默认接口或设置接口

    IP_MULTICAST_LOOP

    禁止组播数据回送

    1.选项IP_MULTICASE_TTL

    选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL,范围为0~255之间的任何值,例如:

    unsigned charttl=255;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));

    2.选项IP_MULTICAST_IF

    选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认默认网络接口,会从给定的网络接口发送,另一个网络接口会忽略此数据。例如:

    struct in_addraddr;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr));

    参数addr是希望多播输出接口的IP地址,使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。

    默认情况下,当本机发送组播数据到某个网络接口时,在IP层,数据会回送到本地的回环接口,选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。例如:

    unsigned charloop;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));

    参数loop设置为0禁止回送,设置为1允许回送。

    3.选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP

    加入或者退出一个组播组,通过选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBER-SHIP,对一个结构structip_mreq类型的变量进行控制,structip_mreq原型如下:

    struct ip_mreq

    {

    struct in_addrimn_multiaddr;

    struct in_addrimr_interface;

    };

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某个广播组,之后就可以向这个广播组发送数据或者从广播组接收数据。此选项的值为mreq结构,成员imn_multiaddr是需要加入的广播组IP地址,成员imr_interface是本机需要加入广播组的网络接口IP地址。例如:

    struct ip_mreqmreq;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1025">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.png">

     

    使用IP_ADD_MEMBERSHIP选项每次只能加入一个网络接口的IP地址到多播组,但并不是一个多播组仅允许一个主机IP地址加入,可以多次调用IP_ADD_MEMBERSHIP选项来实现多个IP地址加入同一个广播组,或者同一个IP地址加入多个广播组。当imr_interface为INADDR_ANY时,选择的是默认组播接口。

    4.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于从一个广播组中退出。例如:

    struct ip_mreqmreq;

    setsockopt(s,IPPROTP_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(sreq));

    其中mreq包含了在IP_ADD_MEMBERSHIP中相同的值。

    5.多播程序设计的框架

    要进行多播的编程,需要遵从一定的编程框架,其基本顺序如图11.6所示。

    多播程序框架主要包含套接字初始化、设置多播超时时间、加入多播组、发送数据、接收数据以及从多播组中离开几个方面。其步骤如下:

    (1)建立一个socket。

    (2)然后设置多播的参数,例如超时时间TTL、本地回环许可LOOP等。

    (3)加入多播组。

    (4)发送和接收数据。

    (5)从多播组离开。

    11.3.4 内核中的多播

    Linux内核中的多播是利用结构structip_mc_socklist来将多播的各个方面连接起来的,其示意图如图11.7所示。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1026">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image002.jpg">

    11.7 多播的内核结构

    struct inet_sock{

    ...

    __u8 mc_ttl;

    ...

    __u8 ...

    mc_loop:1;

    int mc_index;

    __be32 mc_addr;

    struct ip_mc_socklist*mc_list;

    ...

    };

    q 结构成员mc_ttl用于控制多播的TTL;

    q 结构成员mc_loop表示是否回环有效,用于控制多播数据的本地发送;

    q 结构成员mc_index用于表示网络设备的序号;

    q 结构成员mc_addr用于保存多播的地址;

    q 结构成员mc_list用于保存多播的群组。

    1.结构ip_mc_socklist

    结构成员mc_list的原型为structip_mc_socklist,定义如下:

    structip_mc_socklist

    {

    struct ip_mc_socklist*next;

    struct ip_mreqnmulti;

    unsigned intsfmode;

    struct ip_sf_socklist*sflist;

    };

    q 成员参数next指向链表的下一个节点。

    q 成员参数multi表示组信息,即在哪一个本地接口上,加入到哪一个多播组。

    q 成员参数sfmode是过滤模式,取值为MCAST_INCLUDE或MCAST_EXCLUDE,分别表示只接收sflist所列出的那些源的多播数据报,和不接收sflist所列出的那些源的多播数据报。

    q 成员参数sflist是源列表。

    2.结构ip_mreqn

    multi成员的原型为结构structip_mreqn,定义如下:

    struct ip_mreqn

    {

    struct in_addrimr_multiaddr;

    struct in_addrimr_address;

    int imr_ifindex;

    };

    该结构体的两个成员分别用于指定所加入的多播组的组IP地址,和所要加入组的那个本地接口的IP地址。该命令字没有源过滤的功能,它相当于实现IGMPv1的多播加入服务接口。

    3.结构ip_sf_socklist

    成员sflist的原型为结构structip_sf_socklist,定义如下:

    structip_sf_socklist

    {

    unsigned intsl_max;

    unsigned intsl_count;

    __u32sl_addr[0];

    };

    q 成员参数sl_addr表示是源地址列表;

    q 成员参数sl_count表示是源地址列表中源地址的数量;

    q 成员参数sl_max表示是当前sl_addr数组的最大可容纳量(不确定)。

    4.选项IP_ADD_MEMBERSHIP

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址加入到一个多播组,在内核中其处理过程如图11.8所示,在应用层调用函数setsockopt()函数的选项IP_ADD_MEMBE-RSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_join_group()。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1027">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image003.jpg">

     

    11.8 选项IP_ADD_MEMBERSHIP的内核处理过程

    (1)将用户数据复制如内核。

    (2)判断广播IP地址是否合法。

    (3)查找IP地址对应的网络接口。

    (4)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    (5)将此多播地址加入列表。

    (6)返回处理值。

    5.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址从一个多播组中取出,在内核中其处理过程如图11.9所示,在应用层调用setsockopt()函数的选项IP_DROP_MEMBERSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_leave_group()。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1028">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image004.jpg">

    11.9 选项IP_DROP_MEMBERSHIP的内核处理过程

    (1)将用户数据复制入内核。

    (2)查找IP地址对应的网络接口。

    (3)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    (4)将此多播地址从源地址中取出。

    (5)将此地址结构从多播列表中取出。

    (6)返回处理值。

    11.3.5 一个多播例子的服务器端

    下面是一个多播服务器的例子。多播服务器的程序设计很简单,建立一个数据包套接字,选定多播的IP地址和端口,直接向此多播地址发送数据就可以了。多播服务器的程序设计,不需要服务器加入多播组,可以直接向某个多播组发送数据。

    下面的例子持续向多播IP地址"224.0.0.88"的8888端口发送数据"BROADCASTTEST DATA",每发送一次间隔5s。

     

    #define MCAST_PORT8888;

    #define MCAST_ADDR"224.0.0.88"/

    #define MCAST_DATA"BROADCAST TEST DATA"

    int main(int argc,char*argv)

    {

    int s;

    struct sockaddr_inmcast_addr;

    s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);

    if (s == -1)

    {

    perror("socket()");

    return -1;

    }

    memset(&mcast_addr, 0,sizeof(mcast_addr));

    mcast_addr.sin_family =AF_INET;

    mcast_addr.sin_addr.s_addr= inet_addr(MCAST_ADDR);

    mcast_addr.sin_port =htons(MCAST_PORT);

     

    while(1) {

    int n =sendto(s,

    MCAST_DATA,

    sizeof(MCAST_DATA),

    0,

    (structsockaddr*)&mcast_addr,

    sizeof(mcast_addr));

    if( n <0)

    {

    perror("sendto()");

    return -2;

    }

    sleep(MCAST_INTERVAL);

    }

    return 0;

    }

    11.3.6 一个多播例子的客户端

    多播组的IP地址为224.0.0.88,端口为8888,当客户端接收到多播的数据后将打印出来。

    客户端只有在加入多播组后才能接受多播组的数据,因此多播客户端在接收多播组的数据之前需要先加入多播组,当接收完毕后要退出多播组。

     

    #define MCAST_PORT8888;

    #define MCAST_ADDR"224.0.0.88"

    #define MCAST_INTERVAL5

    #define BUFF_SIZE256

    int main(int argc,char*argv[])

    {

    int s;

    struct sockaddr_inlocal_addr;

    int err = -1;

    s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);

    if (s == -1)

    {

    perror("socket()");

    return -1;

    }

     

    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(MCAST_PORT);

     

    err = bind(s,(structsockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr));

    if(err <0)

    {

    perror("bind()");

    return -2;

    }

     

    int loop = 1;

    err =setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));

    if(err <0)

    {

    perror("setsockopt():IP_MULTICAST_LOOP");

    return -3;

    }

    struct ip_mreqmreq;

    mreq.imr_multiaddr.s_addr =inet_addr(MCAST_ADDR);

    mreq.imr_interface.s_addr =htonl(INADDR_ANY);

     

    err = setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
    (mreq));

    if (err <0)

    {

    perror("setsockopt():IP_ADD_MEMBERSHIP");

    return -4;

    }

    int times = 0;

    int addr_len =0;

    charbuff[BUFF_SIZE];

    int n = 0;

     

    for(times =0;times<5;times++)

    {

    addr_len =sizeof(local_addr);

    memset(buff, 0,BUFF_SIZE);

     

    n = recvfrom(s, buff,BUFF_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr,
    &addr_len);

    if( n== -1)

    {

    perror("recvfrom()");

    }

     

    printf("Recv %dst messagefrom server:%s\n", times, buff);

    sleep(MCAST_INTERVAL);

    }

     

    err = setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
    (mreq));

    close(s);

    return 0;

    }

     

     

    11.2 广 播

     

    前面介绍的TCP/IP知识都是基于单播,即一对一的方式,本节介绍一对多的广播方式。广播是由一个主机发向一个网络上所有主机的操作方式。例如在一个局域网内进行广播,同一子网内的所有主机都可以收到此广播发送的数据。

    11.2.1 广播的IP地址

    要使用广播,需要了解IPv4特定的广播地址。IP地址分为左边的网络ID部分以及右边的主机ID部分。广播地址所用的IP地址将表示主机ID的位全部设置为1。网卡正确配置以后,可以用下面的命令来显示所选用接口的广播地址。

    # ifconfig eth0

    eth0 Link encap:EthernetHWaddr 00:A0:4B:06:F4:8D

    inet addr:192.168.0.1Bcast:192.168.0.255 Mask:255.255.255.0

    UP BROADCAST RUNNINGPROMISC MULTICAST MTU:1500 Metric:1

    RX packets:1955 errors:0dropped:0 overruns:0 frame:31

    TX packets:1064 errors:0dropped:0 overruns:0 carrier:0

    collisions:0txqueuelen:100

    Interrupt:9Baseaddress:0xe400

    第二行输出信息说明eth0网络接口的广播地址为192.168.0.255。这个广播IP地址的前3个字节为网络ID,即192.168.0。这个地址的主机ID部分为255,值255是表示主机ID全为1的十进制数。

    广播地址255.255.255.255是一种特殊的广播地址,这种格式的广播地址是向全世界进行广播,但是却有更多的限制。一般情况下,这种广播类型不会被路由器路由,而一个更为特殊的广播地址,例如192.168.0.255也许会被路由,这取决于路由器的配置。

    通用的广播地址在不同的环境中的含义不同。例如,IP地址255.255.255.255,一些UNIX系统将其解释为在主机的所有网络接口上进行广播,而有的UNIX内核只会选择其中的一个接口进行广播。当一个主机有多个网卡时,这就会成为一个问题。

    如果必须向每个网络接口广播,程序在广播之前应执行下面的步骤。

    (1)确定下一个或第一个接口名字。

    (2)确定接口的广播地址。

    (3)使用这个广播地址进行广播。

    (4)对于系统中其余的活动网络接口重复执行步骤(1)~步骤(3)。

    在执行完这些步骤以后,就可以认为已经对每一个接口进行广播。

    11.2.2 广播与单播的比较

    广播和单播的处理过程是不同的,单播的数据只是收发数据的特定主机进行处理,而广播的数据整个局域网都进行处理。

    例如在一个以太网上有3个主机,主机的配置如表11.4所示。

    表11.4 某局域网中主机的配置情况

    主 机

    A

    B

    C

    IP地址

    192.168.1.150

    192.168.1.151

    192.168.1.158

    MAC地址

    00:00:00:00:00:01

    00:00:00:00:00:02

    00:00:00:00:00:03

    单播的示意图如图11.3所示,主机A向主机B发送UDP数据报,发送的目的IP为192.168.1.151,端口为80,目的MAC地址为00:00:00:00:00:02。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。主机C的MAC地址为00:00:00:00:00:03,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02不匹配,数据链路层不会进行处理,直接丢弃此数据。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1029">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image005.jpg">

    11.3 单播的以太网示意图

    主机B的MAC地址为00:00:00:00:00:02,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

    广播的示意图如图11.4所示,主机A向整个网络发送广播数据,发送的目的IP为192.168.1.255,端口为80,目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。由于目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF,主机C和主机B会忽略MAC地址的比较(当然,如果协议栈不支持广播,则仍然比较MAC地址),处理接收到的数据。

    主机B和主机C的处理过程一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1030">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image006.jpg">

    11.4 广播的以太网示意图

    11.2.3 广播的示例

    本节中是一个服务器地址发现的代码,假设服务器为A,客户端为B。客户端在某个局域网启动的时候,不知道本局域网内是否有适合的服务器存在,它会使用广播在本局域网内发送特定协议的请求,如果有服务器响应了这种请求,则使用响应请求的IP地址进行连接,这是一种服务器/客户端自动发现的常用方法。

    1.广播例子简介

    如图11.5所示为使用广播的方法发现局域网上服务器的IP地址。服务器在局域网上侦听,当有数据到来的时候,判断数据是否有关键字IP_FOUND,当存在此关键字的时候,发送IP_FOUND_ACK到客户端。客户端判断是否有服务器的响应IP_FOUND请求,并判断响应字符串是否包含IP_FOUND_ACK来确定局域网上是否存在服务器,如果有服务器的响应,则根据recvfrom()函数的from变量可以获得服务器的IP地址。

    udp 单播 组播 广播实现"o:spid="_x0000_i1031">udp 单播 组播广播实现"src="file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image007.jpg">

    11.5 利用广播进行服务器IP地址的发现

    2.广播的服务器端代码

    服务器的代码如下,服务器等待客户端向某个端口发送数据,如果数据的格式正确,则服务器会向客户端发送响应数据。

    01

    02 #define IP_FOUND"IP_FOUND"

    03 #define IP_FOUND_ACK"IP_FOUND_ACK"

    04 voidHandleIPFound(void*arg)

    05 {

    06 #define BUFFER_LEN32

    07 int ret = -1;

    08 SOCKET sock =-1;

    09 struct sockaddr_inlocal_addr;

    10 struct sockaddr_infrom_addr;

    11 int from_len;

    12 int count =-1;

    13 fd_setreadfd;

    14 charbuff[BUFFER_LEN];

    15 struct timevaltimeout;

    16 timeout.tv_sec =2;

    17 timeout.tv_usec =0;

    18

    19DBGPRINT("==>HandleIPFound\n");

    20

    21 sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);

    22 if( sock< 0 )

    23 {

    24 DBGPRINT("HandleIPFound:socket init error\n");

    25 return;

    26 }

    27

    28

    29memset((void*)&local_addr, 0, sizeof(structsockaddr_in));

    30 local_addr.sin_family =AF_INET;

    31local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    32 local_addr.sin_port =htons(MCAST_PORT);

    33

    34 ret = bind(sock, (structsockaddr*)&local_addr, sizeof(local_
    addr));

    35 if(ret != 0)

    36 {

    37DBGPRINT("HandleIPFound:bind error\n");

    38 return;

    39 }

    40

    41

    42 while(1)

    43 {

    44

    45FD_ZERO(&readfd);

    46

    47 FD_SET(sock,&readfd);

    48

    49 ret =selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL,&timeout);

    50 switch(ret)

    51 {

    52 case -1:

    53

    54 break;

    55 case 0:

    56

    57 //超时所要执行的代码

    58

    59 break;

    60 default:

    61

    62 if( FD_ISSET( sock,&readfd ) )

    63 {

    64

    65 count = recvfrom( sock,buff, BUFFER_LEN, 0,
    ( struct sockaddr*) &from_addr,&from_len );

    66 DBGPRINT( "Recv msg is%s\n", buff );

    67 if( strstr( buff,IP_FOUND ) )

    68 {

    69

    70 memcpy(buff,IP_FOUND_ACK,strlen(IP_
    FOUND_ACK)+1);

    71

    72 count = sendto( sock,buff, strlen( buff ),
    0, ( struct sockaddr*) &from_addr, from_
    len );

    73 }

    74 }

    75 }

    76 }

    77PRINT("<==HandleIPFound\n");

    78

    79 return;

    80 }

    服务器端分为如下步骤:

    q 第16行和第17行定义了服务器等待的超时时间,为2s。

    q 第29行将地址结构清零。

    q 第30行定义地址协议族为AF_INET。

    q 第31行设置IP地址为任意本地地址。

    q 第32行设置侦听的端口。

    q 第34行将本地的地址绑定到一个套接字文件描述符上。

    q 第42行开始为主处理过程,使用select函数,按照2s的超时时间侦听是否有数据到来。

    q 第45行文件描述符集合清零。

    q 第47行将套接字文件描述符加入读集合。

    q 第49行select侦听是否有数据到来。

    q 第50行查看select的返回值。

    q 第52行select发生错误。

    q 第55行select超时。

    q 第60行有可读的数据到来。

    q 第65行接收数据。

    q 第67行查看接收到的数据是否匹配。

    q 第70行复制响应数据。

    q 第72行发送响应数据到客户端。

    3.广播的客户端代码

    广播的客户端函数代码如下,客户端向服务器端发送命令IP_FOUND,并等待服务器端的回复,如果有服务器回复,则向服务器发送IP_FOUND_ACK,否则发送10遍后退出。

    01 #define IP_FOUND"IP_FOUND"

    02 #define IP_FOUND_ACK"IP_FOUND_ACK"

    03 #define IFNAME"eth0"

    04 voidIPFound(void*arg)

    05 {

    06 #define BUFFER_LEN32

    07 int ret = -1;

    08 SOCKET sock =-1;

    09 int so_broadcast =1;

    10 struct ifreqifr;

    11 struct sockaddr_inbroadcast_addr;

    12 struct sockaddr_infrom_addr;

    13 int from_len;

    14 int count =-1;

    15 fd_setreadfd;

    16 charbuff[BUFFER_LEN];

    17 struct timevaltimeout;

    18 timeout.tv_sec =2;

    19 timeout.tv_usec =0;

    20

    21

    22 sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);

    23 if( sock< 0 )

    24 {

    25 DBGPRINT("HandleIPFound:socket init error\n");

    26 return;

    27 }

    28

    29strcpy(ifr.ifr_name,IFNAME,strlen(IFNAME));

    30

    31if(ioctl(sock,SIOCGIFBRDADDR,&ifr) ==-1)

    32 perror("ioctlerror"),exit(1);

    33

    34memcpy(&broadcast_addr,&ifr.ifr_broadaddr, sizeof(struct
    sockaddr_in ));

    35 broadcast_addr.sin_port= htons(MCAST_PORT);

    36

    37

    38 ret = setsockopt(sock,

    39 SOL_SOCKET,

    40 SO_BROADCAST,

    41&so_broadcast,

    42 sizeofso_broadcast);

    43

    44

    45 int times =10;

    46 int i = 0;

    47for(i=0;i<times;i++)

    48 {

    49

    50 ret =sendto(sock,

    51 IP_FOUND,

    52strlen(IP_FOUND),

    53 0,

    54 (structsockaddr*)&broadcast_addr,

    55sizeof(broadcast_addr));

    56 if(ret ==-1){

    57 continue;

    58 }

    59

    60FD_ZERO(&readfd);

    61

    62 FD_SET(sock,&readfd);

    63

    64 ret =selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL,&timeout);

    65 switch(ret)

    66 {

    67 case -1:

    68

    69 break;

    70 case 0:

    71

    72 //超时所要执行的代码

    73

    74 break;

    75 default:

    76

    77 if( FD_ISSET( sock,&readfd ) )

    78 {

    79

    80 count = recvfrom( sock,buff, BUFFER_LEN, 0,
    ( struct sockaddr*) &from_addr,&from_len );

    81 DBGPRINT( "Recv msg is%s\n", buff );

    82 if(strstr(buff,IP_FOUND_ACK))

    83 {

    84 printf("found server, IPis %s\n",inet_ntoa
    (from_addr.sin_addr));

    85 }

    86 break;

    07 }

    08 }

    09 }

    90 return;

    91 }

    客户端分为如下步骤:

    q 第18行和第19行定义了服务器等待的超时时间,为2s。

    q 第22行建立数据报套接字。

    q 第29行复制网络接口名称。

    q 第31行获得与网络接口名称对应的广播地址。

    q 第34行和第35行设置广播的地址和端口。

    q 第38~42行设置可广播地址,因为默认情况下是不可广播的。

    q 第47行开始为主处理过程,发送多次广播数据,查看网络上是否有服务器存在。

    q 第50~55行发送服务器请求到整个局域网上。

    q 第60行文件描述符集合清零。

    q 第62行将套接字文件描述符加入读集合。

    q 第64行select侦听是否有数据到来。

    q 第65行查看select的返回值。

    q 第67行select发生错误。

    q 第70行select超时。

    q 第75行有可读的数据到来。

    q 第65行接收数据。

    q 第80行查看接收到的数据是否匹配。


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  • linux udp组播接收问题及原理分析

    千次阅读 2016-06-29 11:38:19
    在某个网络环境下,同一个udp组播源(igmpv2),同样的收流代码,在windows上能收到,linux上收不到。排除网络拓扑结构、编程语言、硬件驱动等问题,我们就此问题来分析原理及解决方案。 环境: 交换机...

    转自 http://blog.csdn.net/rcfalcon/article/details/35221759

    现象:

    在某个网络环境下,同一个udp组播源(igmpv2),同样的收流代码,在windows上能收到,linux上收不到。排除网络拓扑结构、编程语言、硬件驱动等问题,我们就此问题来分析原理及解决方案。


    环境:

    交换机出,组播地址224.X.X.X,机器多网卡,eth0收流

    配置静态IP地址,已关闭NetworkManager服务,iptables规则配置没有问题


    实验:

    1、在不同的LINUX发行版(opensuse、centos、ubuntu)上进行测试:均收不到。

    2、直接tcpdump:收不到

    3、配置一条路由 route add -net 224.0.0.1 netmask 255.0.0.0 dev eth0,重启网卡:能收到流,约1分钟以后断掉,重启收流程序没有反应

    4、重复3测试,发现规律:每次重启网卡后,配置路由,大概能收流1分钟,就再也收不到流了

    5、将路由配置成 route add -net 0.0.0.0 netmask 0.0.0.0 dev eth0,重启网卡:能稳定收流了


    分析:

    1、与LINUX发行版无关,而是LINUX内核统一的问题。

    2、IGMP V2客户端不请求的时候,交换机不会将组播分配到网卡。

    3、4、5: 这里需要结合一下IGMP V2协议的原理:


    ①交换机将询问所有的网内机器,谁需要加入组播组

    ②若一台主机需要加入组播组,需要发送入组报文

    ③交换机收到入组报文,给主机分发IP数据报文

    ④退组机制有两种:1、主机主动退出(发出退出报文) 2、交换机轮询存活主机没有响应(超时)


    可以看到,问题大概就出在这里。

    具体的我查阅了IGMP原理手册,IGMP各种信令报文走的无外乎224.0.0.1 或224.1.1.1(不知是否可配),怀疑255.0.0.0将主机对于IGMPV2的存活查询反馈报文给过滤了,而这种反馈报文每次未必走的一样的地址,包括入组报文,后续也发不出去了。


    解决方法:

    1、暴力流:直接将路由的全局出口均走收流网卡( route add -net 0.0.0.0 netmask 0.0.0.0 dev eth0),其他网卡若需要通信,单独配路由。

    2、待研究:需要仔细研究IGMPV2的信令发送(不知是否和交换机配置相关),来配置合适的路由规则。


    这里要说一下windows为什么不用关心这些,我理解windows自身有一个编写的比较好的NetworkManager服务,能够根据应用程序的请求灵活配置路由规则,这里不详细研究了。总之,若同样的网络环境,LINUX收组播流有各种奇葩问题,基本都是路由配置的问题。

    展开全文
  • linux udp 单播 组播 广播实现

    千次阅读 2016-06-02 15:55:27
    1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:ifconfig  UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 跃点数:1  说明该网卡支持 2、发送多播包的主机需要设置网关,否则运行sendto

    转载 http://blog.sina.com.cn/s/blog_4fc7368a0100okbq.html


    1、组播和广播需要在局域网内才能实现,另外得查看linux系统是否支持多播和广播:ifconfig

             UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500   跃点数:1
             说明该网卡支持
    2、发送多播包的主机需要设置网关,否则运行sendto()会出现"network is unreachable",网卡可以随便设置,但是一定要设。还要添加路由240.0.0.0,即:
               route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev eth0
               route add default gw "192.168.40.1 " dev eth0
    3 、出现:“setsockopt:No such device”。的提示,说明多播IP设置出现问题,系统所需要的uint32_t格式的网络地址的开头不是1110,检验通不过。解决办法:在把地址字 符串"*.*.*.*"转化为uint32_t时采用htonl(inet_network(“*.*.*.*”))或者inet_aton函 数,inet_aton(GRUPO, &srv.sin_addr)

    另外有文章:http://unix-cd.com/unixcd12/article_5577.html

    11.3 多 播
     

    单 播用于两个主机之间的端对端通信,广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机进行通信,要么对整个局域 网上的主机进行通信。实际情况下,经常需要对一组特定的主机进行通信,而不是整个局域网上的所有主机,这就是多播的用途。

    11.3.1  多播的概念

    多播,也称为“组播”,将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组,进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行,其他的主机没有加入此分组不能收发对应的        数据。

    在 广域网上广播的时候,其中的交换机和路由器只向需要获取数据的主机复制并转发数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组,网络中的路由器和交换机有选择 地复制并传输数据,将数据仅仅传输给组内的主机。多播的这种功能,可以一次将数据发送到多个主机,又能保证不影响其他不需要(未加入组)的主机的其他通 信。

    相对于传统的一对一的单播,多播具有如下的优点:

    q  具有同种业务的主机加入同一数据流,共享同一通道,节省了带宽和服务器的优点,具有广播的优点而又没有广播所需要的带宽。

    q  服务器的总带宽不受客户端带宽的限制。由于组播协议由接收者的需求来确定是否进行数据流的转发,所以服务器端的带宽是常量,与客户端的数量无关。

    q  与单播一样,多播是允许在广域网即Internet上进行传输的,而广播仅仅在同一局域网上才能进行。

    组播的缺点:

    q  多播与单播相比没有纠错机制,当发生错误的时候难以弥补,但是可以在应用层来实现此种功能。

    q  多播的网络支持存在缺陷,需要路由器及网络协议栈的支持。

    多播的应用主要有网上视频、网上会议等。

    11.3.2  广域网的多播

    多播的地址是特定的,D类地址用于多播。DIP地址就是多播IP地址,即224.0.0.0239.255.255.255之间的IP地址,并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

    q  局部多播地址:在224.0.0.0224.0.0.255之间,这是为路由协议和其他用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包。

    q  预留多播地址:在224.0.1.0238.255.255.255之间,可用于全球范围(如Internet)或网络协议。

    q  管理权限多播地址:在239.0.0.0239.255.255.255之间,可供组织内部使用,类似于私有IP地址,不能用于Internet,可限制多播范围。

    11.3.3  多播的编程

    多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的,其选项值和含义参见11.5所示。

    11.5  多播相关的选项

    getsockopt()/setsockopt()的选项

        

    IP_MULTICAST_TTL

    设置多播组数据的TTL

    IP_ADD_MEMBERSHIP

    在指定接口上加入组播组

    IP_DROP_MEMBERSHIP

    退出组播组

    IP_MULTICAST_IF

    获取默认接口或设置接口

    IP_MULTICAST_LOOP

    禁止组播数据回送

    1.选项IP_MULTICASE_TTL

    选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL,范围为0255之间的任何值,例如:

     

    unsigned char ttl=255;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));

    2.选项IP_MULTICAST_IF

    选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认默认网络接口,会从给定的网络接口发送,另一个网络接口会忽略此数据。例如:

     

    struct in_addr addr;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr));

     

    参数addr是希望多播输出接口的IP地址,使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。

    默认情况下,当本机发送组播数据到某个网络接口时,在IP层,数据会回送到本地的回环接口,选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。例如:

     

    unsigned char loop;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));

     

    参数loop设置为0禁止回送,设置为1允许回送。

    3.选项IP_ADD_MEMBERSHIPIP_DROP_MEMBERSHIP

    加入或者退出一个组播组,通过选项IP_ADD_MEMBERSHIPIP_DROP_MEMBER- SHIP,对一个结构struct ip_mreq类型的变量进行控制,struct ip_mreq原型如下:

     

    struct ip_mreq          

    {

          struct in_addr imn_multiaddr;      /*加入或者退出的广播组IP地址*/

          struct in_addr imr_interface;      /*加入或者退出的网络接口IP地址*/

    };

     

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某个广播组,之后就可以向这个广播组发送数据或者从广播组接收数据。此选项的值为mreq结构,成员imn_multiaddr是需要加入的广播组IP地址,成员imr_interface是本机需要加入广播组的网络接口IP地址。例如:

     

    struct ip_mreq mreq;

    setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

     

     

     

     

    使用IP_ADD_MEMBERSHIP选项每次只能加入一个网络接口的IP地址到多播组,但并不是一个多播组仅允许一个主机IP地址加入,可以多次调用IP_ADD_MEMBERSHIP选项来实现多个IP地址加入同一个广播组,或者同一个IP地址加入多个广播组。当imr_ interfaceINADDR_ANY时,选择的是默认组播接口。

     

    4.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于从一个广播组中退出。例如:

     

    struct ip_mreq mreq;

    setsockopt(s,IPPROTP_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(sreq));

     

    其中mreq包含了在IP_ADD_MEMBERSHIP中相同的值。

    5.多播程序设计的框架

    要进行多播的编程,需要遵从一定的编程框架,其基本顺序如图11.6所示。

    多播程序框架主要包含套接字初始化、设置多播超时时间、加入多播组、发送数据、接收数据以及从多播组中离开几个方面。其步骤如下:

    1)建立一个socket

    2)然后设置多播的参数,例如超时时间TTL、本地回环许可LOOP等。

    3)加入多播组。

    4)发送和接收数据。

    5)从多播组离开。

    11.3.4  内核中的多播

    Linux内核中的多播是利用结构struct ip_mc_socklist来将多播的各个方面连接起来的,其示意图如图11.7所示。

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.7  多播的内核结构

    struct inet_sock {

        ...

        __u8                mc_ttl;     /*多播TTL*/

        ...

        __u8                ...

                            mc_loop:1;      /*多播回环设置*/

        int                 mc_index;       /*多播设备序号*/

        __be32              mc_addr;        /*多播地址*/

        struct ip_mc_socklist   *mc_list;   /*多播群数组*/

        ...

    };

     

    q  结构成员mc_ttl用于控制多播的TTL

    q  结构成员mc_loop表示是否回环有效,用于控制多播数据的本地发送;

    q  结构成员mc_index用于表示网络设备的序号;

    q  结构成员mc_addr用于保存多播的地址;

    q  结构成员mc_list用于保存多播的群组。

    1.结构ip_mc_socklist

    结构成员mc_list的原型为struct ip_mc_socklist,定义如下:

     

    struct ip_mc_socklist

    {

        struct ip_mc_socklist   *next;

        struct ip_mreqn     multi;

        unsigned int        sfmode;     /*MCAST_{INCLUDE,EXCLUDE}*/

        struct ip_sf_socklist   *sflist;

    };

     

    q  成员参数next指向链表的下一个节点。

    q  成员参数multi表示组信息,即在哪一个本地接口上,加入到哪一个多播组。

    q  成员参数sfmode是过滤模式,取值为 MCAST_INCLUDEMCAST_EXCLUDE,分别表示只接收sflist所列出的那些源的多播数据报,和不接收sflist所列出的那些源的多播数据报。

    q  成员参数sflist是源列表。

    2.结构ip_mreqn

    multi成员的原型为结构struct ip_mreqn,定义如下:

     

    struct ip_mreqn

    {

        struct in_addr  imr_multiaddr;      /*多播组的IP地址*/

        struct in_addr  imr_address;        /*本地址网络接口的IP地址*/

        int         imr_ifindex;            /*网络接口序号*/

    };

     

    该结构体的两个成员分别用于指定所加入的多播组的组IP地址,和所要加入组的那个本地接口的IP地址。该命令字没有源过滤的功能,它相当于实现IGMPv1的多播加入服务接口。

    3.结构ip_sf_socklist

    成员sflist的原型为结构struct ip_sf_socklist,定义如下:

     

    struct ip_sf_socklist

    {

        unsigned int    sl_max;      /*当前sl_addr数组的最大可容纳量*/

        unsigned int    sl_count;    /*源地址列表中源地址的数量*/

        __u32         sl_addr[0];     /*源地址列表*/

    };

     

    q  成员参数sl_addr表示是源地址列表;

    q  成员参数sl_count表示是源地址列表中源地址的数量;

    q  成员参数sl_max表示是当前sl_addr数组的最大可容纳量(不确定)。

    4.选项IP_ADD_MEMBERSHIP

    选项IP_ADD_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址加入到一个多播组,在内核中其处理过程如图11.8所示,在应用层调用函数setsockopt()函数的选项IP_ADD_MEMBE- RSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_join_group()

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.8  选项IP_ADD_MEMBERSHIP的内核处理过程

    1)将用户数据复制如内核。

    2)判断广播IP地址是否合法。

    3)查找IP地址对应的网络接口。

    4)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    5)将此多播地址加入列表。

    6)返回处理值。

    5.选项IP_DROP_MEMBERSHIP

    选项IP_DROP_MEMBERSHIP用于把一个本地的IP地址从一个多播组中取出,在内核中其处理过程如图11.9所示,在应用层调用setsockopt()函数的选项IP_DROP_ MEMBERSHIP后,内核的处理过程如下,主要调用了函数ip_mc_leave_group()

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.9  选项IP_DROP_MEMBERSHIP的内核处理过程

    1)将用户数据复制入内核。

    2)查找IP地址对应的网络接口。

    3)查找多播列表中是否已经存在多播地址。

    4)将此多播地址从源地址中取出。

    5)将此地址结构从多播列表中取出。

    6)返回处理值。

    11.3.5  一个多播例子的服务器端

    下面是一个多播服务器的例子。多播服务器的程序设计很简单,建立一个数据包套接字,选定多播的IP地址和端口,直接向此多播地址发送数据就可以了。多播服务器的程序设计,不需要服务器加入多播组,可以直接向某个多播组发送数据。

    下面的例子持续向多播IP地址"224.0.0.88"8888端口发送数据"BROADCAST TEST DATA",每发送一次间隔5s

     

    /*

    *broadcast_server.c - 多播服务程序

    */

    #define MCAST_PORT 8888;

    #define MCAST_ADDR "224.0.0.88"/    /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/

    #define MCAST_DATA "BROADCAST TEST DATA"            /*多播发送的数据*

    #define MCAST_INTERVAL 5                            /*发送间隔时间*/

    int main(int argc, char*argv)

    {

        int s;

        struct sockaddr_in mcast_addr;     

        s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);         /*建立套接字*/

        if (s == -1)

        {

            perror("socket()");

            return -1;

        }

       

        memset(&mcast_addr, 0, sizeof(mcast_addr));/*初始化IP多播地址为0*/

        mcast_addr.sin_family = AF_INET;                /*设置协议族类行为AF*/

        mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR);/*设置多播IP地址*/

        mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);        /*设置多播端口*/

       

                                                        /*向多播地址发送数据*/

        while(1) {

            int n = sendto(s,                           /*套接字描述符*/

                                        MCAST_DATA,     /*数据*/

                                        sizeof(MCAST_DATA),    /*长度*/

                                        0,

                                        (struct sockaddr*)&mcast_addr,

                                        sizeof(mcast_addr)) ;

            if( n < 0)

            {

                perror("sendto()");

                return -2;

            }      

           

            sleep(MCAST_INTERVAL);                          /*等待一段时间*/

        }

       

        return 0

    }

    11.3.6  一个多播例子的客户端

    多播组的IP地址为224.0.0.88,端口为8888,当客户端接收到多播的数据后将打印         出来。

    客户端只有在加入多播组后才能接受多播组的数据,因此多播客户端在接收多播组的数据之前需要先加入多播组,当接收完毕后要退出多播组。

     

    /*

    *broadcast_client.c - 多播的客户端

    */

    #define MCAST_PORT 8888;

    #define MCAST_ADDR "224.0.0.88"     /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/

    #define MCAST_INTERVAL 5                        /*发送间隔时间*/

    #define BUFF_SIZE 256                           /*接收缓冲区大小*/

    int main(int argc, char*argv[])

    {  

        int s;                                      /*套接字文件描述符*/

        struct sockaddr_in local_addr;              /*本地地址*/

        int err = -1;

       

        s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);     /*建立套接字*/

        if (s == -1)

        {

            perror("socket()");

            return -1;

        }  

       

                                                    /*初始化地址*/

        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(MCAST_PORT);

       

                                                    /*绑定socket*/

        err = bind(s,(struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr)) ;

        if(err < 0)

        {

            perror("bind()");

            return -2;

        }

       

                                                    /*设置回环许可*/

        int loop = 1;

        err = setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP,&loop, sizeof(loop));

        if(err < 0)

        {

            perror("setsockopt():IP_MULTICAST_LOOP");

            return -3;

        }

       

        struct ip_mreq mreq;                                    /*加入广播组*/

        mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); /*广播地址*/

        mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*网络接口为默认*/

                                                            /*将本机加入广播组*/

        err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
        (mreq));

        if (err < 0)

        {

            perror("setsockopt():IP_ADD_MEMBERSHIP");

            return -4;

        }

       

        int times = 0;

        int addr_len = 0;

        char buff[BUFF_SIZE];

        int n = 0;

                                            /*循环接收广播组的消息,5次后退出*/

        for(times = 0;times<5;times++)

        {

            addr_len = sizeof(local_addr);

            memset(buff, 0, BUFF_SIZE);                 /*清空接收缓冲区*/

                                                        /*接收数据*/

            n = recvfrom(s, buff, BUFF_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr,
            &addr_len);

            if( n== -1)

            {

                perror("recvfrom()");

            }

                                                        /*打印信息*/

            printf("Recv %dst message from server:%s\n", times, buff);

            sleep(MCAST_INTERVAL);

        }

       

                                                        /*退出广播组*/

        err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
        (mreq));

           

        close(s);

        return 0;

    }


    11.2 广 播
     

    前面介绍的TCP/IP知识都是基于单播,即一对一的方式,本节介绍一对多的广播方式。广播是由一个主机发向一个网络上所有主机的操作方式。例如在一个局域网内进行广播,同一子网内的所有主机都可以收到此广播发送的数据。

    11.2.1  广播的IP地址

    要使用广播,需要了解IPv4特定的广播地址。IP地址分为左边的网络ID部分以及右边的主机ID部分。广播地址所用的IP地址将表示主机ID的位全部设置为1。网卡正确配置以后,可以用下面的命令来显示所选用接口的广播地址。

     

    # ifconfig eth0

    eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:A0:4B:06:F4:8D

          inet addr:192.168.0.1 Bcast:192.168.0.255 Mask:255.255.255.0

          UP BROADCAST RUNNING PROMISC MULTICAST MTU:1500 Metric:1

          RX packets:1955 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:31

          TX packets:1064 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

          collisions:0 txqueuelen:100

          Interrupt:9 Baseaddress:0xe400

     

    第二行输出信息说明eth0网络接口的广播地址为192.168.0.255。这个广播IP地址的前3个字节为网络ID,即192.168.0。这个地址的主机ID部分为255,值255是表示主机ID全为1的十进制数。

    广播地址255.255.255.255是一种特殊的广播地址,这种格式的广播地址是向全世界进行广播,但是却有更多的限制。一般情况下,这种广播类型不会被路由器路由,而一个更为特殊的广播地址,例如192.168.0.255也许会被路由,这取决于路由器的配置。

    通用的广播地址在不同的环境中的含义不同。例如,IP地址255.255.255.255,一些UNIX系统将其解释为在主机的所有网络接口上进行广播,而有的UNIX内核只会选择其中的一个接口进行广播。当一个主机有多个网卡时,这就会成为一个问题。

    如果必须向每个网络接口广播,程序在广播之前应执行下面的步骤。

    1)确定下一个或第一个接口名字。

    2)确定接口的广播地址。

    3)使用这个广播地址进行广播。

    4)对于系统中其余的活动网络接口重复执行步骤(1)~步骤(3)。

    在执行完这些步骤以后,就可以认为已经对每一个接口进行广播。

    11.2.2  广播与单播的比较

    广播和单播的处理过程是不同的,单播的数据只是收发数据的特定主机进行处理,而广播的数据整个局域网都进行处理。

    例如在一个以太网上有3个主机,主机的配置如表11.4所示。

    11.4  某局域网中主机的配置情况

        

    A

    B

    C

    IP地址

    192.168.1.150

    192.168.1.151

    192.168.1.158

    MAC地址

    00:00:00:00:00:01

    00:00:00:00:00:02

    00:00:00:00:00:03

    单播的示意图如图11.3所示,主机A向主机B发送UDP数据报,发送的目的IP192.168.1.151,端口为80,目的MAC地址为00:00:00:00:00:02。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。主机CMAC地址为00:00:00:00:00:03,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02不匹配,数据链路层不会进行处理,直接丢弃此数据。

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.3  单播的以太网示意图

    主机BMAC地址为00:00:00:00:00:02,与目的MAC地址00:00:00:00:00:02一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

    广播的示意图如图11.4所示,主机A向整个网络发送广播数据,发送的目的IP192.168.1.255,端口为80,目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF。此数据经过UDP层、IP层,到达数据链路层,数据在整个以太网上传播,在此层中其他主机会判断目的MAC地址。由于目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF,主机C和主机B会忽略MAC地址的比较(当然,如果协议栈不支持广播,则仍然比较MAC地址),处理接收到的数据。

    主机B和主机C的处理过程一致,此数据会经过IP层、UDP层,到达接收数据的应用程序。

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.4  广播的以太网示意图

    11.2.3  广播的示例

    本节中是一个服务器地址发现的代码,假设服务器为A,客户端为B。客户端在某个局域网启动的时候,不知道本局域网内是否有适合的服务器存在,它会使用广播在本局域网内发送特定协议的请求,如果有服务器响应了这种请求,则使用响应请求的IP地址进行连接,这是一种服务器/客户端自动发现的常用方法。

    1.广播例子简介

    如图11.5所示为使用广播的方法发现局域网上服务器的IP地址。服务器在局域网上侦听,当有数据到来的时候,判断数据是否有关键字IP_FOUND,当存在此关键字的时候,发送IP_FOUND_ACK到客户端。客户端判断是否有服务器的响应IP_FOUND请求,并判断响应字符串是否包含IP_FOUND_ACK来确定局域网上是否存在服务器,如果有服务器的响应,则根据recvfrom()函数的from变量可以获得服务器的IP地址。

     

    linux <wbr>udp <wbr>单播 <wbr>组播 <wbr>广播实现

    11.5  利用广播进行服务器IP地址的发现

    2.广播的服务器端代码

    服务器的代码如下,服务器等待客户端向某个端口发送数据,如果数据的格式正确,则服务器会向客户端发送响应数据。

     

    01 

    02      #define IP_FOUND "IP_FOUND"                  /*IP发现命令*/

    03      #define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"     /*IP发现应答命令*/

    04      void    HandleIPFound(void*arg)

    05      {

    06      #define BUFFER_LEN 32

    07          int ret = -1;

    08          SOCKET sock = -1;

    09          struct sockaddr_in local_addr;          /*本地地址*/

    10          struct sockaddr_in from_addr;           /*客户端地址*/

    11      int from_len;

    12          int count = -1;

    13          fd_set readfd;

    14          char buff[BUFFER_LEN];

    15          struct timeval timeout;

    16          timeout.tv_sec = 2;                     /*超时时间2s*/

    17          timeout.tv_usec = 0;

    18     

    19          DBGPRINT("==>HandleIPFound\n");

    20         

    21           sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  /*建立数据报套接字*/

    22          if( sock < 0 )

    23          {

    24              DBGPRINT("HandleIPFound: socket init error\n");

    25              return;

    26          }

    27         

    28          /*数据清零*/

    29          memset((void*)&local_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
                                                            /
    *清空内存内容*/

    30          local_addr.sin_family = AF_INET;            /*协议族*/

    31           local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/*本地地址*/

    32          local_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);        /*侦听端口*/

    33          /*绑定*/

    34          ret = bind(sock, (struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_
                addr));

    35          if(ret != 0)

    36          {

    37              DBGPRINT("HandleIPFound:bind error\n");

    38              return;

    39          }

    40     

    41           /*主处理过程*/

    42          while(1)

    43          {

    44              /*文件描述符集合清零*/

    45              FD_ZERO(&readfd);

    46              /*将套接字文件描述符加入读集合*/

    47              FD_SET(sock, &readfd);

    48              /*select侦听是否有数据到来*/

    49              ret = selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL, &timeout);

    50              switch(ret)

    51               {

    52                  case -1:

    53                  /*发生错误*/

    54                      break;

    55                  case 0:

    56                      /*超时*/

    57                      //超时所要执行的代码

    58                     

    59                      break;

    60                  default:

    61                   /*有数据到来*/

    62                      if( FD_ISSET( sock, &readfd ) )

    63                      {

    64                              /*接收数据*/

    65                          count = recvfrom( sock, buff, BUFFER_LEN, 0,
                                ( struct sockaddr
    *) &from_addr, &from_len );

    66                          DBGPRINT( "Recv msg is %s\n", buff );

    67                          if( strstr( buff, IP_FOUND ) )
                                    /
    *判断是否吻合*/

    68                          {

    69                              /*将应答数据复制进去*/

    70                              memcpy(buff, IP_FOUND_ACK,strlen(IP_
                                    FOUND_ACK)+1);

    71                               /*发送给客户端*/

    72                              count = sendto( sock, buff, strlen( buff ),
                                    0, ( struct sockaddr
    *) &from_addr, from_
                                    len );

    73                          }

    74                      }

    75              }

    76          }

    77          PRINT("<==HandleIPFound\n");

    78

    79          return;

    80      }

     

    服务器端分为如下步骤:

    q  16行和第17行定义了服务器等待的超时时间,为2s

    q  29行将地址结构清零。

    q  30行定义地址协议族为AF_INET

    q  31行设置IP地址为任意本地地址。

    q  32行设置侦听的端口。

    q  34行将本地的地址绑定到一个套接字文件描述符上。

    q  42行开始为主处理过程,使用select函数,按照2s的超时时间侦听是否有数据到来。

    q  45行文件描述符集合清零。

    q  47行将套接字文件描述符加入读集合。

    q  49select侦听是否有数据到来。

    q  50行查看select的返回值。

    q  52select发生错误。

    q  55select超时。

    q  60行有可读的数据到来。

    q  65行接收数据。

    q  67行查看接收到的数据是否匹配。

    q  70行复制响应数据。

    q  72行发送响应数据到客户端。

    3.广播的客户端代码

    广播的客户端函数代码如下,客户端向服务器端发送命令IP_FOUND,并等待服务器端的回复,如果有服务器回复,则向服务器发送IP_FOUND_ACK,否则发送10遍后退出。

     

    01      #define IP_FOUND "IP_FOUND"                  /*IP发现命令*/

    02      #define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"     /*IP发现应答命令*/

    03      #define IFNAME "eth0"

    04      void    IPFound(void*arg)

    05      {

    06      #define BUFFER_LEN 32

    07          int ret = -1;

    08          SOCKET sock = -1;

    09          int so_broadcast = 1;

    10          struct ifreq ifr;          

    11          struct sockaddr_in broadcast_addr;      /*本地地址*/

    12          struct sockaddr_in from_addr;           /*服务器端地址*/

    13          int from_len;

    14          int count = -1;

    15          fd_set readfd;

    16          char buff[BUFFER_LEN];

    17          struct timeval timeout;

    18          timeout.tv_sec = 2;                 /*超时时间2s*/

    19          timeout.tv_usec = 0;

    20     

    21         

    22           sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);/*建立数据报套接字*/

    23          if( sock < 0 )

    24          {

    25              DBGPRINT("HandleIPFound: socket init error\n");

    26              return;

    27          }

    28          /*将需要使用的网络接口字符串名字复制到结构中*/

    29          strcpy(ifr.ifr_name,IFNAME,strlen(IFNAME));

    30          /*发送命令,获取网络接口的广播地址*/

    31          if(ioctl(sock,SIOCGIFBRDADDR,&ifr) == -1)

    32              perror("ioctl error"),exit(1);

    33          /*将获得的广播地址复制给变量broadcast_addr*/

    34          memcpy(&broadcast_addr, &ifr.ifr_broadaddr, sizeof(struct
                sockaddr_in ));

    35          broadcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);/*设置广播端口*/

    36         

    37          /*设置套接字文件描述符sock为可以进行广播操作*/

    38          ret = setsockopt(sock,

    39                  SOL_SOCKET,

    40                  SO_BROADCAST,

    41              &so_broadcast,

    42              sizeof so_broadcast);

    43             

    44           /*主处理过程*/

    45          int times = 10;

    46          int i = 0;

    47          for(i=0;i<times;i++)

    48          {

    49              /*广播发送服务器地址请求*/

    50              ret = sendto(sock,

    51                          IP_FOUND,

    52                          strlen(IP_FOUND),

    53                          0,

    54                          (struct sockaddr*)&broadcast_addr,

    55                          sizeof(broadcast_addr));

    56              if(ret == -1){

    57                  continue;  

    58              }

    59              /*文件描述符集合清零*/

    60              FD_ZERO(&readfd);

    61              /*将套接字文件描述符加入读集合*/

    62              FD_SET(sock, &readfd);

    63              /*select侦听是否有数据到来*/

    64              ret = selectsocket(sock+1, &readfd, NULL, NULL, &timeout);

    65              switch(ret)

    66               {

    67                  case -1:

    68                      /*发生错误*/

    69                      break;

    70                  case 0:

    71                      /*超时*/

    72                      //超时所要执行的代码

    73                     

    74                      break;

    75                  default:

    76                   /*有数据到来*/

    77                      if( FD_ISSET( sock, &readfd ) )

    78                      {

    79                          /*接收数据*/

    80                          count = recvfrom( sock, buff, BUFFER_LEN, 0,
                                ( struct sockaddr
    *) &from_addr, &from_len );

    81                          DBGPRINT( "Recv msg is %s\n", buff );

    82                          if(strstr(buff, IP_FOUND_ACK))/*判断是否吻合*/

    83                          {

    84                              printf("found server, IP is %s\n",inet_ntoa
                                    (from_addr.sin_addr));

    85                          }

    86                      break;/*成功获得服务器地址,退出*/

    07                      }

    08              }

    09          }  

    90          return;

    91      }

     

    客户端分为如下步骤:

    q  18行和第19行定义了服务器等待的超时时间,为2s

    q  22行建立数据报套接字。

    q  29行复制网络接口名称。

    q  31行获得与网络接口名称对应的广播地址。

    q  34行和第35行设置广播的地址和端口。

    q  3842行设置可广播地址,因为默认情况下是不可广播的。

    q  47行开始为主处理过程,发送多次广播数据,查看网络上是否有服务器存在。

    q  5055行发送服务器请求到整个局域网上。

    q  60行文件描述符集合清零。

    q  62行将套接字文件描述符加入读集合。

    q  64select侦听是否有数据到来。

    q  65行查看select的返回值。

    q  67select发生错误。

    q  70select超时。

    q  75行有可读的数据到来。

    q  65行接收数据。

    q  80行查看接收到的数据是否匹配。

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