网络编程 ----------- 4、组播与广播

1、广播 broadcast 

    广播是指向同一个网络中所有的主机传输数据只有传输层协议为 UDP协议时，才支持广播 
    TCP是端对端，广播是一对多 ，所以无法符合其要求。

    1）广播地址 

        广播地址的计算： 
                子网掩码取反 再和 ip地址 进行按位或运算 

                例子： ip : 192.168.31.104netmask : 255.255.255.0 ===> 广播地址： 192.168.31.255 ip : 172.4.0.1 netmask ：255.255.254.0 ===> 广播地址： 172.4.1.255 ip : 192.168.31.104netmask : 255.255.128.0 ===> 广播地址： 192.168.127.255 

                全网广播地址： 255.255.255.255  
                    这个没有意义 --> 会造成网络风暴 

    2）广播的编程流程 （与UDP编程流程类似）

        广播的发送者
        广播接接收者 

    3）注意：设置套接字选项 

        谁需要用到广播， 谁就调用 setsockopt() 函数，设置套接字选项 （详细见表）

            使能广播： 
                级别：  SOL_SOCKET 
                选项：  SO_BROADCAST 
                类型：  int  
                             0  禁用 
                            非0 使能       

写一个程序，实现 广播的发送和接收 broadcast_sender.c   /  broadcast_receiver.c broadcast_sender.c  发送者int main( int argc, char *argv[] ){//创建套接字 UDP int sock_fd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );if( sock_fd == -1 ){perror( "socket error " );return -1;}printf("sock_fd = %d\n", sock_fd );//设置套接字的选项 --> 使能广播 int n = 1;setsockopt( sock_fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &n, sizeof(n) );//设置广播的ip地址和端口号 struct sockaddr_in  addr;addr.sin_family = AF_INET;                    //协议族 ipv4 addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );      //端口号 inet_aton( argv[1], &addr.sin_addr );       //广播地址 //发送广播数据 while( 1 ){//输入要发送的数据 char buf[128] = {0};printf("input data : ");fgets( buf, sizeof(buf), stdin );int re = sendto( sock_fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );if( re == -1 ){perror( "sendto error " );break;}//人为定义退出条件if( buf[0] == '#' ){break;}}//关闭套接字 close( sock_fd );}broadcast_receiver.c  接收者（服务器）int main( int argc, char *argv[] ){//创建套接字 UDP int sock_fd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );if( sock_fd == -1 ){perror( "socket error " );return -1;}printf("sock_fd = %d\n", sock_fd );//设置套接字的选项 --> 使能广播 int n = 1;setsockopt( sock_fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &n, sizeof(n) );//设置接收广播的ip地址和端口号 struct sockaddr_in  addr;addr.sin_family = AF_INET;              //协议族 ipv4 addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );  //端口号 inet_aton( argv[1], &addr.sin_addr );    //广播地址 //绑定套接字 int re = bind( sock_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );if( re == -1 ){perror( "bind error " );close( sock_fd );return -1;}printf("bind success\n");//接收广播数据 while( 1 ){//接收数据 char buf[128] = {0};struct sockaddr_in  from_addr;socklen_t len = sizeof(from_addr);re = recvfrom( sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&from_addr, &len );if( re > 0 ){printf("%s : %s\n", inet_ntoa(from_addr.sin_addr), buf );}else{perror( "recvfrom error " );break;}//人为定义退出条件if( buf[0] == '#' ){break;}}//关闭套接字 close( sock_fd );}

  2、组播  (多播) multicast  

    组播是指 将数据发送给 加入到某个组中的主机上 

    特点：

    1）只有传输层协议为 UDP协议时，才支持组播功能 

    2）组播地址 ipv4  D类地址 

        D类地址： 1110 + 多播组号(28bits)
                224.0.0.0 ~ 239.255.255.255  

    3）广播方式 占用带宽，会造成网络风暴 
        组播是一种折中的方式，只有加入到特定的 某个多播组的主机 才能收到数据 

    1）多播的代码实现 

            多播的发送者 
            多播的接收者 

    2）加入多播组 

        设置套接字的选项： 
            级别： IPPROTO_IP 
            选项： IP_ADD_MEMBERSHIP 
            类型： struct ip_mreqn {} 

            ======================================== 
            man 7 ip 进行查看 

                struct ip_mreqn 
                {
                    struct in_addr  imr_multiaddr;  /* 多播组地址(D类地址)  （类似于qq群号）IP multicast group address */
                    struct in_addr  imr_address;    /* 接口(网卡)的地址，多播的数据实际走哪个网卡(类似于qq号) IP address of local interface */
                    ...
                };

                struct in_addr
                {
                    uint32_t  s_addr;  /* 32位IP地址 */
                };            

            例子： 把 本机ip 加入多播组 224.0.0.1 struct ip_mreqn  mreq;mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr( "224.0.0.1" );  //多播组地址 mreq.imr_address.s_addr = htonl( INADDR_ANY );           //接口地址 //mreq.imr_address.s_addr = inet_addr( argv[1] );  setsockopt( sock_fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq) ); 

   注意： 
        要支持多播，需要设置路由表，让数据包从正确的网卡出去，而不是从默认网卡出去 

            首先 ifconfig 查看本机ip和网卡名字  （如： eth0,  eth1, ens33, ... ）

                sudo route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0  ens33          //加入路由表 
                sudo route add default gw 172.4.1.1  dev ens33                  //设置默认网关 

            查看内核的IP路由标 
                route -n  
       

练习： 写一个程序，实现多播的功能 multicast_sender.c   /  multicast_receiver.c multicast_sender.c  发送者multicast_receiver.c  接收者multicast_sender.c  发送者 int main( int argc, char *argv[] ){//创建套接字 UDP int sock_fd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );if( sock_fd == -1 ){perror( "socket error " );return -1;}printf("sock_fd = %d\n", sock_fd );//设置 多播的ip和端口号 struct sockaddr_in  addr;addr.sin_family = AF_INET;                    //协议族 ipv4 addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );      //端口号 inet_aton( argv[1], &addr.sin_addr );       //多播地址 224.0.0.1 //发送数据while(1){//发送数据 char buf[128] = {0};fgets( buf, sizeof(buf), stdin );int re = sendto( sock_fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );if( re == -1 ){perror( "sendto error " );break;}if( buf[0] == '#' ){break;}}//关闭套接字close( sock_fd );}multicast_receiver.c  接收者 int main( int argc, char *argv[] ){//创建套接字 UDP int sock_fd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );if( sock_fd == -1 ){perror( "socket error " );return -1;}printf("sock_fd = %d\n", sock_fd );//设置套接字的选项 --> 把本机ip加入到多播组 224.0.0.1  struct ip_mreqn  mreq;mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr( argv[1] );   //多播组地址 224.0.0.1 mreq.imr_address.s_addr = htonl( INADDR_ANY );      //接口地址 （本机地址）int re = setsockopt( sock_fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq) ); if( re == -1 ){perror("add membership error ");close( sock_fd );return -1;}printf("add membership success\n");//设置 多播的ip和端口号 struct sockaddr_in  addr;addr.sin_family = AF_INET;                    //协议族 ipv4 addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );      //端口号 inet_aton( argv[1], &addr.sin_addr );       //多播地址 224.0.0.1 //设置端口号重用 int n = 1;setsockopt( server_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &n, sizeof(n) );//绑定套接字 re = bind( sock_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );if( re == -1 ){perror( "bind error " );close( sock_fd );return -1;}printf("bind success\n");//接收数据while(1){//接收数据 char buf[128] = {0};struct sockaddr_in  from_addr;socklen_t len = sizeof(from_addr);re = recvfrom( sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&from_addr, &len );if( re > 0 ){printf("%s : %s\n", inet_ntoa(from_addr.sin_addr), buf );}else {perror( "recvfrom error " );break;}//人为定义退出条件if( buf[0] == '#' ){break;}}//关闭套接字 close( sock_fd );}