计算机网络 | 广播与组播-Toy模板网

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计算机网络 | 广播与组播

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首先需要明确的是，广播和组播都是UDP的属性，在TCP中是没有的。

1. 广播

广播的例子随处可见，比如说把屏幕共享给很多人，其实也是广播，首先把屏幕截图，然后广播给所有的客户端，比如说屏幕共享软件，一般都有一个广播地址，只要在同一个网段的客户端都能收到广播，如果设置广播地址为255.255.255.255，那么不管哪个网段都能收到广播。屏幕共享软件会把当前屏幕截图并分为很多小块，然后压缩，广播给所有客户端，客户端再进行解压。

广播的工作过程：

服务器
- 创建套接字 —— socket
- fd绑定服务器IP和端口
- 初始化客户端IP和端口信息
- - struct sockaddr_in cli;
  - cli.sin_family = af_inet;
  - cli.port = htons(9898);
  - inet_pton(af_inet, “xxx.xxx.123.255”, &cli.adr);
- 发送数据：sendto()
- 设置广播权限（给服务器，server虽然设置了广播地址，但是默认是没有广播权限的）
  - setsockopt();
客户端
- 创建套接字
- 显式绑定IP和端口
- - bind();
- 接收数据 —— server数据
- - recvform();
适用范围
- 只适用于局域网

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server只发数据（主动），client只收数据（被动）。不管client想不想接收，server都会发，只要client在server的发送范围内（局域网），就必须收。UDP发送数据需要client的IP和port，而每个client都有自己的不同的IP，所以server需要一个广播地址，只要把数据发送到这个广播地址，所有在同一网段的client都可以收到，同时需要绑定一个固定端口。如果是同一台主机测试广播的话，server和client应该用不同的端口（一个端口只能给一个进程用），如果server和client是不同的主机，那就无所谓了。

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2. 组播

组播也叫做多播，组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址，可以被临时组播组利用。

组播的适用范围
- 局域网
- Internet —— 广域网
组播地址
- 224.0.0.0～224.0.0.255 —— 预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用。
- 224.0.1.0～224.0.1.255 —— 公用组播地址，可以用于Internet，想要使用需申请。
- 224.0.2.0～238.255.255.255 —— 用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效。
- 239.0.0.0～239.255.255.255 —— 本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。

两个结构体

struct ip_mreqn
{
	// 组播组的IP地址，即组播地址。
    struct 	in_addr imr_multiaddr; 
    // 本地某一网络设备接口的IP地址。
    struct 	in_addr imr_interface; //设置 0.0.0.0 自动适配本机IP   
	int   	imr_ifindex; // 网卡编号
};
struct in_addr 
{
	in_addr_t s_addr;
};

使用函数可以通过网卡名字获取网卡编号

unsigned if_nametoindex(const char *ifname); //根据网卡名字获取网卡编号

计算机网络 | 广播与组播

组播示意图如下：

计算机网络 | 广播与组播

server指定一个组播地址，并向组播地址发送数据，client要想接收数据就要加入这个组播地址。

server

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>

#define SERVER_PORT 6666
#define CLIENT_PORT 9000
#define MAXLINE 1500
#define GROUP "239.0.0.2"

int main(void)
{
	int sockfd, i ;
	struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
	char buf[MAXLINE] = "itcast\n";
	char ipstr[INET_ADDRSTRLEN]; /* 16 Bytes */
	socklen_t clientlen;
	ssize_t len;
	struct ip_mreqn group;

	/* 构造用于UDP通信的套接字 */
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
	serveraddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
	serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 本地任意IP INADDR_ANY = 0 */
	serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

	bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));

	/*设置组地址*/
	inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr);
	/*本地任意IP*/
	inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address);
	/* eth0 --> 编号 命令：ip ad */
	group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0");
	setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &group, sizeof(group));

	/*构造 client 地址 IP+端口 */
	bzero(&clientaddr, sizeof(clientaddr));
	clientaddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
	inet_pton(AF_INET, GROUP, &clientaddr.sin_addr.s_addr);
	clientaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);

	while (1) {
		//fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
		sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, sizeof(clientaddr));
		sleep(1);
	}
	close(sockfd);
	return 0;
}

client

#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <net/if.h>

#define SERVER_PORT 6666
#define MAXLINE 4096
#define CLIENT_PORT 9000
#define GROUP "239.0.0.2"

int main(int argc, char *argv[])
{
	struct sockaddr_in serveraddr, localaddr;
	int confd;
	ssize_t len;
	char buf[MAXLINE];

	/* 定义组播结构体 */
	struct ip_mreqn group;
	confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	//初始化本地端地址
	bzero(&localaddr, sizeof(localaddr));
	localaddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0" , &localaddr.sin_addr.s_addr);
	localaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);

	bind(confd, (struct sockaddr *)&localaddr, sizeof(localaddr));

	/*设置组地址*/
	inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr);
	/*本地任意IP*/
	inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address);
	/* eth0 --> 编号 命令：ip ad */
	group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0");
	/*设置client 加入多播组 */
	setsockopt(confd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &group, sizeof(group));

	while (1) {
		len = recvfrom(confd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, 0);
		write(STDOUT_FILENO, buf, len);
	}
	close(confd);
	return 0;
}