| 單 播用於兩個主機之間的端對端通信，廣播用於一個主機對整個局域網上所有主機上的數據通信。單播和廣播是兩個極端，要么對一個主機進行通信，要么對整個局 域 網上的主機進行通信。實際情況下，經常需要對一組特定的主機進行通信，而不是整個局域網上的所有主機，這就是多播的用途。 多播的概念 多播，也稱為“組播”，將網絡中同一業務類型主機進行了邏輯上的分組，進行數據收發的時候其數據僅僅在同一分組中進行，其他的主機沒有加入此分組不能收發對應的 數據。 在 廣域網上廣播的時候，其中的交換機和路由器只向需要獲取數據的主機復制並轉發數據。主機可以向路由器請求加入或退出某個組，網絡中的路由器和交換機有選 擇 地復制並傳輸數據，將數據僅僅傳輸給組內的主機。多播的這種功能，可以一次將數據發送到多個主機，又能保證不影響其他不需要（未加入組）的主機的其他通 信。 相對於傳統的一對一的單播，多播具有如下的優點： q 具有同種業務的主機加入同一數據流，共享同一通道，節省了帶寬和服務器的優點，具有廣播的優點而又沒有廣播所需要的帶寬。 q 服務器的總帶寬不受客戶端帶寬的限制。由於組播協議由接收者的需求來確定是否進行數據流的轉發，所以服務器端的帶寬是常量，與客戶端的數量無關。 q 與單播一樣，多播是允許在廣域網即Internet上進行傳輸的，而廣播僅僅在同一局域網上才能進行。 組播的缺點： q 多播與單播相比沒有糾錯機制，當發生錯誤的時候難以彌補，但是可以在應用層來實現此種功能。 q 多播的網絡支持存在缺陷，需要路由器及網絡協議棧的支持。 多播的應用主要有網上視頻、網上會議等。 廣域網的多播 多播的地址是特定的，D類地址用於多播。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，並被划分為局部連接多播地址、預留多播地址和管理權限多播地址3類： q 局部多播地址：在224.0.0.0～224.0.0.255之間，這是為路由協議和其他用途保留的地址，路由器並不轉發屬於此范圍的IP包。 q 預留多播地址：在224.0.1.0～238.255.255.255之間，可用於全球范圍（如Internet）或網絡協議。 q 管理權限多播地址：在239.0.0.0～239.255.255.255之間，可供組織內部使用，類似於私有IP地址，不能用於Internet，可限制多播范圍。 多播的編程 多播的程序設計使用setsockopt()函數和getsockopt()函數來實現，組播的選項是IP層的，其選項值和含義參見11.5所示。 表11.5 多播相關的選項
| getsockopt()/setsockopt()的選項 |
含 義 |
| IP_MULTICAST_TTL |
設置多播組數據的TTL值 |
| IP_ADD_MEMBERSHIP |
在指定接口上加入組播組 |
| IP_DROP_MEMBERSHIP |
退出組播組 |
| IP_MULTICAST_IF |
獲取默認接口或設置接口 |
| IP_MULTICAST_LOOP |
禁止組播數據回送 |
1．選項IP_MULTICASE_TTL 選項IP_MULTICAST_TTL允許設置超時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IP_MULTICAST_IF 選項IP_MULTICAST_IF用於設置組播的默認默認網絡接口，會從給定的網絡接口發送，另一個網絡接口會忽略此數據。例如： struct in_addr addr; setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr)); 參數addr是希望多播輸出接口的IP地址，使用INADDR_ANY地址回送到默認接口。 默認情況下，當本機發送組播數據到某個網絡接口時，在IP層，數據會回送到本地的回環接口，選項IP_MULTICAST_LOOP用於控制數據是否回送到本地的回環接口。例如： unsigned char loop; setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop)); 參數loop設置為0禁止回送，設置為1允許回送。 選項IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP 加入或者退出一個組播組，通過選項IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBER- SHIP，對一個結構struct ip_mreq類型的變量進行控制，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; /*加入或者退出的網絡接口IP地址*/ }; 選項IP_ADD_MEMBERSHIP用於加入某個廣播組，之后就可以向這個廣播組發送數據或者從廣播組接收數據。此 選項的值為mreq結構，成員imn_multiaddr是需要加入的廣播組IP地址，成員imr_interface是本機需要加入廣播組的網絡接口 IP地址。例如： struct ip_mreq mreq; setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
使用IP_ADD_MEMBERSHIP選項每次只能加入一個網絡接口的IP地址到多播組，但並不是一個多播組僅允許一 個主機IP地址加入，可以多次調用IP_ADD_MEMBERSHIP選項來實現多個IP地址加入同一個廣播組，或者同一個IP地址加入多個廣播組。當 imr_ interface為INADDR_ANY時，選擇的是默認組播接口。 選項IP_DROP_MEMBERSHIP 選項IP_DROP_MEMBERSHIP用於從一個廣播組中退出。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。 多播程序設計的框架 要進行多播的編程，需要遵從一定的編程框架，其基本順序如圖11.6所示。 多播程序框架主要包含套接字初始化、設置多播超時時間、加入多播組、發送數據、接收數據以及從多播組中離開幾個方面。其步驟如下： （1）建立一個socket。 （2）然后設置多播的參數，例如超時時間TTL、本地回環許可LOOP等。 （3）加入多播組。 （4）發送和接收數據。 （5）從多播組離開。 內核中的多播 多播的內核結構 struct inet_sock { __u8 mc_ttl; /*多播TTL*/ __u8 ... mc_loop:1; /*多播回環設置*/ int mc_index; /*多播設備序號*/ __be32 mc_addr; /*多播地址*/ struct ip_mc_socklist *mc_list; /*多播群數組*/ }; q 結構成員mc_ttl用於控制多播的TTL； q 結構成員mc_loop表示是否回環有效，用於控制多播數據的本地發送； q 結構成員mc_index用於表示網絡設備的序號； q 結構成員mc_addr用於保存多播的地址； q 結構成員mc_list用於保存多播的群組。 1．結構ip_mc_socklist 結構成員mc_list的原型為struct ip_mc_socklist，定義如下： 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 成員參數next指向鏈表的下一個節點。 q 成員參數multi表示組信息，即在哪一個本地接口上，加入到哪一個多播組。 q 成員參數sfmode是過濾模式，取值為 MCAST_INCLUDE或MCAST_EXCLUDE，分別表示只接收sflist所列出的那些源的多播數據報，和不接收sflist所列出的那些源的多播數據報。 q 成員參數sflist是源列表。 2．結構ip_mreqn multi成員的原型為結構struct ip_mreqn，定義如下： struct ip_mreqn { struct in_addr imr_multiaddr; /*多播組的IP地址*/ struct in_addr imr_address; /*本地址網絡接口的IP地址*/ int imr_ifindex; /*網絡接口序號*/ }; 該結構體的兩個成員分別用於指定所加入的多播組的組IP地址，和所要加入組的那個本地接口的IP地址。該命令字沒有源過濾的功能，它相當於實現IGMPv1的多播加入服務接口。 3．結構ip_sf_socklist 成員sflist的原型為結構struct ip_sf_socklist，定義如下： struct ip_sf_socklist { unsigned int sl_max; /*當前sl_addr數組的最大可容納量*/ unsigned int sl_count; /*源地址列表中源地址的數量*/ __u32 sl_addr[0]; /*源地址列表*/ }; q 成員參數sl_addr表示是源地址列表； q 成員參數sl_count表示是源地址列表中源地址的數量； q 成員參數sl_max表示是當前sl_addr數組的最大可容納量（不確定）。 4．選項IP_ADD_MEMBERSHIP 選項IP_ADD_MEMBERSHIP用於把一個本地的IP地址加入到一個多播組，在內核中其處理過程如圖11.8所 示，在應用層調用函數setsockopt()函數的選項IP_ADD_MEMBE- RSHIP后，內核的處理過程如下，主要調用了函數ip_mc_join_group()。 選項IP_ADD_MEMBERSHIP的內核處理過程 （1）將用戶數據復制如內核。 （2）判斷廣播IP地址是否合法。 （3）查找IP地址對應的網絡接口。 （4）查找多播列表中是否已經存在多播地址。 （5）將此多播地址加入列表。 （6）返回處理值。 5．選項IP_DROP_MEMBERSHIP 選項IP_DROP_MEMBERSHIP用於把一個本地的IP地址從一個多播組中取出，在內核中其處理過程如圖 11.9所示，在應用層調用setsockopt()函數的選項IP_DROP_ MEMBERSHIP后，內核的處理過程如下，主要調用了函數ip_mc_leave_group()。 選項IP_DROP_MEMBERSHIP的內核處理過程 （1）將用戶數據復制入內核。 （2）查找IP地址對應的網絡接口。 （3）查找多播列表中是否已經存在多播地址。 （4）將此多播地址從源地址中取出。 （5）將此地址結構從多播列表中取出。 （6）返回處理值。 一個多播例子的服務器端 下面是一個多播服務器的例子。多播服務器的程序設計很簡單，建立一個數據包套接字，選定多播的IP地址和端口，直接向此多播地址發送數據就可以了。多播服務器的程序設計，不需要服務器加入多播組，可以直接向某個多播組發送數據。 下面的例子持續向多播IP地址"224.0.0.88"的8888端口發送數據"BROADCAST TEST DATA"，每發送一次間隔5s。 /* *broadcast_server.c - 多播服務程序 */ #define MCAST_PORT 8888; #define MCAST_ADDR "224.0.0.88"/ /*一個局部連接多播地址，路由器不進行轉發*/ #define MCAST_DATA "BROADCAST TEST DATA" /*多播發送的數據* #define MCAST_INTERVAL 5 /*發送間隔時間*/ 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; /*設置協議族類行為AF*/ mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR);/*設置多播IP地址*/ mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT); /*設置多播端口*/ /*向多播地址發送數據*/ while(1) { int n = sendto(s, /*套接字描述符*/ MCAST_DATA, /*數據*/ sizeof(MCAST_DATA), /*長度*/ 0, (struct sockaddr*)&mcast_addr, sizeof(mcast_addr)) ; if( n < 0) { perror("sendto()"); return -2; } sleep(MCAST_INTERVAL); /*等待一段時間*/ } return 0； } 11.3.6 一個多播例子的客戶端 多播組的IP地址為224.0.0.88，端口為8888，當客戶端接收到多播的數據后將打印 出來。 客戶端只有在加入多播組后才能接受多播組的數據，因此多播客戶端在接收多播組的數據之前需要先加入多播組，當接收完畢后要退出多播組。 /* *broadcast_client.c - 多播的客戶端 */ #define MCAST_PORT 8888; #define MCAST_ADDR "224.0.0.88" /*一個局部連接多播地址，路由器不進行轉發*/ #define MCAST_INTERVAL 5 /*發送間隔時間*/ #define BUFF_SIZE 256 /*接收緩沖區大小*/ 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; } /*設置回環許可*/ 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; /*加入廣播組*/ mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); /*廣播地址*/ mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*網絡接口為默認*/ /*將本機加入廣播組*/ 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; /*循環接收廣播組的消息，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*/ /*接收數據*/ 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); } /*退出廣播組*/ err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
(mreq)); close(s); return 0; } |
