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一、什么是組播

單播用于兩個(gè)主機(jī)之間的端對(duì)端通信，廣播用于一個(gè)主機(jī)對(duì)整個(gè)局域網(wǎng)上所有主機(jī)上的數(shù)據(jù)通信。單播和廣播是兩個(gè)極端，要么對(duì)一個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信，要么對(duì)整個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)際情況下，經(jīng)常需要對(duì)一組特定的主機(jī)進(jìn)行通信，而不是整個(gè)局域網(wǎng)上的所有主機(jī)，這就是多播的用途。

多播，也稱為“組播”，將局域網(wǎng)中同一業(yè)務(wù)類型主機(jī)進(jìn)行了邏輯上的分組，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)候其數(shù)據(jù)僅僅在同一分組中進(jìn)行，其他的主機(jī)沒有加入此分組不能收發(fā)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

多播的地址是特定的，D類地址用于多播。D類IP地址就是多播IP地址，即224.0.0.0至239.255.255.255之間的IP地址，并被劃分為局部連接多播地址、預(yù)留多播地址和管理權(quán)限多播地址3類：

1、局部多播地址：在224.0.0.0～224.0.0.255之間，這是為路由協(xié)議和其他用途保留的地址，路由器并不轉(zhuǎn)發(fā)屬于此范圍的IP包。

2、預(yù)留多播地址：在224.0.1.0～238.255.255.255之間，可用于全球范圍（如Internet）或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3、管理權(quán)限多播地址：在239.0.0.0～239.255.255.255之間，可供組織內(nèi)部使用，類似于私有IP地址，不能用于Internet，可限制多播范圍。

通常組播使用的是第一類地址。

二、IP到以太地址映射

 因?yàn)橐蕴�網(wǎng)支持多種協(xié)議，所以要采取措施分配多播地址，避免沖突。IEEE管理以太網(wǎng)多播地址分配。IEEE把一塊以太網(wǎng)多播地址分給IANA以支持IP多播。塊的地址都以01:00:5e開頭。第25位為0，低23位為IPv4組播地址的低23位。IPv4組播地址與MAC地址的映射關(guān)系如圖所示：

由于多播組號(hào)中的最高5bit在映射過(guò)程中被忽略，因此每個(gè)以太網(wǎng)多播地址對(duì)應(yīng)的多播組是不唯一的。32個(gè)不同的多播組號(hào)被映射為一個(gè)以太網(wǎng)地址。例如，多播地址

224.128.64.32（十六進(jìn)制e0.80.40.20）和224.0.64.32（十六進(jìn)制e0.00.40.20）都映射為同一以太網(wǎng)地址01:00:5e:00:40:20。

三、多播主機(jī)

多播主機(jī)分為三個(gè)級(jí)別：

0級(jí)：主機(jī)不能發(fā)送或接收I P多播。

這種主機(jī)應(yīng)該自動(dòng)丟棄它收到的具有D類目的地址的分組。

1級(jí)：主機(jī)能發(fā)送但不能接收I P多播。

在向某個(gè)I P多播組發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)之前，并不要求主機(jī)加入該組。多播數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送方式與單播一樣，除了多播數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址是 I P多播組之外。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器必須能夠識(shí)別出這個(gè)地址，把在本地網(wǎng)絡(luò)上多播數(shù)據(jù)報(bào)。

2級(jí)：主機(jī)能發(fā)送和接收I P多播。

為了接收I P多播，主機(jī)必須能夠加入或離開多播組，而且必須支持IGMP，能夠在至少一個(gè)接口上交換組成員信息。多接口主機(jī)必須支持在它的接口的一個(gè)子網(wǎng)上的多播Net/3符合2級(jí)主機(jī)要求，可以完成多播路由器的工作。與單播IP選路一樣，我們假定所描述的系統(tǒng)是一個(gè)多播路由器，并加上了Net/3多播選路的程序。

四、linux多播編程步驟

1>建立一個(gè)socket;

2>設(shè)置多播的參數(shù)，例如超時(shí)時(shí)間TTL，本地回環(huán)許可LOOP等

3>加入多播組

4>發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

5>從多播組離開

設(shè)置多播組的參數(shù)主要使用setsockopt()函數(shù)和getsockopt()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，組播的選項(xiàng)是IP層的。

函數(shù)參數(shù)如下：

1．選項(xiàng)IP_MULTICASE_TTL

選項(xiàng)IP_MULTICAST_TTL允許設(shè)置超時(shí)TTL，范圍為0～255之間的任何值，例如：

unsigned char ttl=255;

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

2．選項(xiàng)IP_MULTICAST_IF

選項(xiàng)IP_MULTICAST_IF用于設(shè)置組播的默認(rèn)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)接口，會(huì)從給定的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口會(huì)忽略此數(shù)據(jù)。例如：

struct in_addr addr;

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

參數(shù)addr是希望多播輸出接口的IP地址，使用INADDR_ANY地址回送到默認(rèn)接口。

默認(rèn)情況下，當(dāng)本機(jī)發(fā)送組播數(shù)據(jù)到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口時(shí)，在IP層，數(shù)據(jù)會(huì)回送到本地的回環(huán)接口，選項(xiàng)IP_MULTICAST_LOOP用于控制數(shù)據(jù)是否回送到本地的回環(huán)接口。例如：

unsigned char loop;

setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));參數(shù)loop設(shè)置為0禁止回送，設(shè)置為1允許回送。

3．選項(xiàng)IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP

加入或者退出一個(gè)多播組，通過(guò)選項(xiàng)IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBER- SHIP，對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)struct ip_mreq類型的變量進(jìn)行控制，struct ip_mreq原型如下：

struct ip_mreq          

{ 

    struct in_addr imn_multiaddr;      /*加入或者退出的廣播組IP地址*/ 

 

  struct in_addr imr_interface;      /*加入或者退出的網(wǎng)絡(luò)接口IP地址*/

 

};

選項(xiàng)IP_ADD_MEMBERSHIP用于加入某個(gè)多播組，之后就可以向這個(gè)多播組發(fā)送數(shù)據(jù)或者從多播組接收數(shù)據(jù)。此選項(xiàng)的值為mreq結(jié)構(gòu)，成員imn_multiaddr是需要加入的多播組IP地址，成員imr_interface是本機(jī)需要加入廣播組的網(wǎng)絡(luò)接口IP地址。例如：

struct ip_mreq mreq;

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

五、多播編程實(shí)例

服務(wù)器端

下面是一個(gè)多播服務(wù)器的例子。多播服務(wù)器的程序設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，建立一個(gè)數(shù)據(jù)包套接字，選定多播的IP地址和端口，直接向此多播地址發(fā)送數(shù)據(jù)就可以了。多播服務(wù)器的程序設(shè)計(jì)，不需要服務(wù)器加入多播組，可以直接向某個(gè)多播組發(fā)送數(shù)據(jù)。

下面的例子持續(xù)向多播IP地址"224.0.0.100"的8888端口發(fā)送數(shù)據(jù)"BROADCAST TEST DATA"，每發(fā)送一次間隔5s。

/*

*broadcast_server.c - 多播服務(wù)程序

*/

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>  

#include<string.h>     

#include<unistd.h>      

#include<sys/types.h>    

#include<sys/socket.h>     

#include<arpa/inet.h>    

#include<netinet/in.h> 

 

#define MCAST_PORT 8888

#define MCAST_ADDR "224.0.0.100"    /*一個(gè)局部連接多播地址，路由器不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)*/

#define MCAST_DATA "BROADCAST TEST DATA"            /*多播發(fā)送的數(shù)據(jù)*/

#define MCAST_INTERVAL 5                            /*發(fā)送間隔時(shí)間*/

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多播地址為0*/

    mcast_addr.sin_family = AF_INET;                /*設(shè)置協(xié)議族類行為AF*/

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

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

   

                                                    /*向多播地址發(fā)送數(shù)據(jù)*/

    while(1) {

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

                                    MCAST_DATA,     /*數(shù)據(jù)*/

                                    sizeof(MCAST_DATA),    /*長(zhǎng)度*/

                                    0,

                                    (struct sockaddr*)&mcast_addr,

                                    sizeof(mcast_addr)) ;

        if( n < 0)

        {

            perror("sendto()");

            return -2;

        }      

       

        sleep(MCAST_INTERVAL);                          /*等待一段時(shí)間*/

    }

   

    return 0;

}

客戶端

多播組的IP地址為224.0.0.100，端口為8888，當(dāng)客戶端接收到多播的數(shù)據(jù)后將打印出來(lái)。

客戶端只有在加入多播組后才能接受多播組的數(shù)據(jù)，因此多播客戶端在接收多播組的數(shù)據(jù)之前需要先加入多播組，當(dāng)接收完畢后要退出多播組。

/*

*broadcast_client.c - 多播的客戶端

*/

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>  

#include<string.h>     

#include<unistd.h>      

#include<sys/types.h>    

#include<sys/socket.h>     

#include<arpa/inet.h>    

#include<netinet/in.h>    

 

#define MCAST_PORT 8888

#define MCAST_ADDR "224.0.0.100"     /*一個(gè)局部連接多播地址，路由器不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)*/

#define MCAST_INTERVAL 5                        /*發(fā)送間隔時(shí)間*/

#define BUFF_SIZE 256                           /*接收緩沖區(qū)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);

   

                                                /*綁定socket*/

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

    if(err < 0)

    {

        perror("bind()");

        return -2;

    }

   

                                                /*設(shè)置回環(huán)許可*/

    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;                                /*加入多播組*/

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

    mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      /*網(wǎng)絡(luò)接口為默認(rèn)*/

                                                        /*將本機(jī)加入多播組*/

    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;

                                        /*循環(huán)接收多播組的消息，5次后退出*/

    for(times = 0;times<5;times++)

    {

        addr_len = sizeof(local_addr);

        memset(buff, 0, BUFF_SIZE);                 /*清空接收緩沖區(qū)*/

                                                    /*接收數(shù)據(jù)*/

        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);

    }

                                                    /*退出多播組*/

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

    (mreq));

       

    close(s);

    return 0;

}