Linux網絡編程四、UDP，廣播和組播

 一、UDP

　　UDP：是一個支持無連接的傳輸協議，全稱是用戶數據包協議（User Datagram Protocol）。UDP協議無需像TCP一樣要建立連接后才能發送封裝的IP數據報，也是因此UDP相較於TCP效率更高一些，但是由於沒有建立連接，UDP只管發送數據，不管數據是否被接收，所以UDP傳輸數據是不安全的，容易丟包。

　　通信流程：

　　服務端

　　　　1、創建通信用套接字：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   和TCP不同之處在於第二個參數改為SOCK_DGRAM。

　　　　2、綁定套接字：bind(...);

　　　　3、通信：接收數據，recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);。發送數據，sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, const socklen_t *addrlen);  第五個參數都是另一端的信息，src_addr是傳出參數。

　　客戶端同服務端。

二、廣播

　　廣播：在IP子網內廣播數據包，所有在子網內部的主機都將收到這些數據包。廣播的使用范圍僅在本地子網中，通過路由器控制廣播的傳輸。廣播地址：xxx.xxx.xxx.255。

　　通信流程：

　　　　1、創建並綁定套接字，同UDP。

　　　　2、初始化客戶端信息，主要是設置客戶端ip為廣播地址。

　　　　3、開放服務器的廣播權限：int flag = 1;   setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &flag, sizeof(flag));

　　　　4、給客戶端(子網內的主機)發送數據。

　　客戶端同UDP，不能向服務器發送數據。

//server//
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    // 創建套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 綁定server的iP和端口
    struct sockaddr_in serv;
    memset(&serv, 0, sizeof(serv));
    serv.sin_family  = AF_INET;
    serv.sin_port = htons(8787);    // server端口
    serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 初始化客戶端地址信息
    struct sockaddr_in client;
    memset(&client, 0, sizeof(client));
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_port = htons(6767);  // 客戶端要綁定的端口
    // 使用廣播地址給客戶端發數據
    inet_pton(AF_INET, "192.168.123.255", &client.sin_addr.s_addr);

    // 給服務器開放廣播權限
    int flag = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &flag, sizeof(flag));

    // 通信
    while(1)
    {
        // 一直給客戶端發數據
        static int num = 0;
        char buf[1024] = {0};
        sprintf(buf, "hello, udp == %d\n", num++);
        int ret = sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
        if(ret == -1)
        {
            perror("sendto error");
            break;
        }
        
        printf("server == send buf: %s\n", buf);

        sleep(1);
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}

//client//
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 綁定iP和端口
    struct sockaddr_in client;
    memset(&client, 0, sizeof(client));
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_port = htons(6767);  
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &client.sin_addr.s_addr);
    int ret  = bind(fd, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 接收數據
    while(1)
    {
        char buf[1024] = {0};
        int len = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        if(len == -1)
        {
            perror("recvfrom error");
            break;
        }
        
        printf("client == recv buf: %s\n", buf);
    }

    close(fd);
    
    return 0;
}

三、組播

　　組播：在發送者和每一接收者之間實現點對多點網絡連接。如果一台發送者同時給多個接收者傳輸相同的數據，也只需復制一份相同的數據包。它提高了數據傳送效率，減少了骨干網絡出現擁塞的可能性。組播不同於廣播的地方在於其不局限於局域網，而且其效率比廣播更高。

　　組播地址：224.0.0.0~224.0.0.255，預留組播地址（永久組地址），224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由器協議使用。224.0.1.0~224.0.1.255，公用組播地址，可以用於Internet，需要申請。224.0.2.0~238.255.255.255，用戶可用組播地址（臨時組地址），全網有效。239.0.0.0~239.255.255.255，本地管理組播地址， 僅在特定的本地范圍內有效。

　　通信流程：

　　　　1、創建並綁定套接字，同UDP。

　　　　2、初始化客戶端地址信息，設置組播地址和客戶端要綁定的端口。

　　　　3、開放組播權限

// 給服務器開放組播權限
    struct ip_mreqn flag;
    // init flag
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &flag.imr_multiaddr.s_addr);   // 組播地址
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &flag.imr_address.s_addr);    // 本地IP
    flag.imr_ifindex = if_nametoindex("ens33");
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &flag, sizeof(flag));

　　　　客戶端，綁定端口要與服務端設置的相一致

　　　　客戶端加入到組播地址

// 加入到組播地址
    struct ip_mreqn fl;
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &fl.imr_multiaddr.s_addr);
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &fl.imr_address.s_addr);
    fl.imr_ifindex = if_nametoindex("ens33");
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &fl, sizeof(fl));

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

int main(int argc, const char* argv[])
{
    // 創建套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 綁定server的iP和端口
    struct sockaddr_in serv;
    memset(&serv, 0, sizeof(serv));
    serv.sin_family  = AF_INET;
    serv.sin_port = htons(8787);    // server端口
    serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 初始化客戶端地址信息
    struct sockaddr_in client;
    memset(&client, 0, sizeof(client));
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_port = htons(6767);  // 客戶端要綁定的端口
    // 使用組播地址給客戶端發數據
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &client.sin_addr.s_addr);

    // 給服務器開放組播權限
    struct ip_mreqn flag;
    // init flag
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &flag.imr_multiaddr.s_addr);   // 組播地址
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &flag.imr_address.s_addr);    // 本地IP
    flag.imr_ifindex = if_nametoindex("ens33");
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &flag, sizeof(flag));

    // 通信
    while(1)
    {
        // 一直給客戶端發數據
        static int num = 0;
        char buf[1024] = {0};
        sprintf(buf, "hello, udp == %d\n", num++);
        int ret = sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
        if(ret == -1)
        {
            perror("sendto error");
            break;
        }
        
        printf("server == send buf: %s\n", buf);

        sleep(1);
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}

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

int main(int argc, const char* argv[])
{
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 綁定iP和端口
    struct sockaddr_in client;
    memset(&client, 0, sizeof(client));
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_port = htons(6767); // ........ 
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &client.sin_addr.s_addr);
    int ret  = bind(fd, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    // 加入到組播地址
    struct ip_mreqn fl;
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &fl.imr_multiaddr.s_addr);
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &fl.imr_address.s_addr);
    fl.imr_ifindex = if_nametoindex("ens33");
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &fl, sizeof(fl));

    // 接收數據
    while(1)
    {
        char buf[1024] = {0};
        int len = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        if(len == -1)
        {
            perror("recvfrom error");
            break;
        }
        
        printf("client == recv buf: %s\n", buf);
    }

    close(fd);
    
    return 0;
}