单播是两个主机之间端对端通信(比如TCP、UDP通信),而广播用于一个主机对整个局域网中所有主机的通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机通信,要么对局域网内所有主机通信。然而在实际情况下,比如要获取局域网内获取执行特殊任务主机IP,单播显然不适用,因为单播必须首先要知道通信两端的IP,而使用广播显得浪费资源。在这种需要对局域网下一组特定的主机进行通信的情况下,就用到了组播。 本文针对以上情况,从组播概念、组播编程和本机IP地址获取三个方面展开阐述。
什么是组播?
组播就是将网络中同一业务类型的主机进行逻辑上的分组,进行数据收发的时候,数据仅仅仅仅在同一分组内进行,没有加入分组的主机不能收发对应的数据。
说的更通俗一点,主机好比你qq中的联系人,组播组就好比你新建的讨论组,只有加入讨论组的成员才能接受发送消息。
组播地址
说起组播地址就不得不说一下IP地址的分类。IP地址共分为五类,分别是A类、B类、C类、D类和E类。五类不同的IP地址。
5类IP地址:
类别 | 固定最高位 | 网络位 | 第一字节范围 |
---|---|---|---|
A | 0 | 8 | 0~127 |
B | 10 | 16 | 128~191 |
C | 110 | 24 | 192~223 |
D | 1110 | 组播地址 | 224~239 |
E | 11110 | 预留 | 240~255 |
D类的IP地址就是组播IP地址。其中,组播IP地址又分为局部组播地址、预留组播地址和管理权限组播地址。
- 局部组播地址:在224.0.0.0~224.0.0.255之间,这个区间的地址视为路由协议和其他用途保留的地址,路由器并不妆发范围的IP包。
- 预留组播地址:在224.0.1.0~238.255.255.255之间,可用于路由协议。
- 管理权限组播地址:在239.0.0.0~239.255.255.255之间,类似于私有地址,不能用于网络。
获取本机IP地址
主要用到了ioctl 函数(设备控制接口)来从网卡中获取IP信息和主机信息。顾名思义,ioctl函数就是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理,就是对设备的一些特性进行控制,例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用个数如下:
int ioctl(int fd, ind cmd, …);
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其中fd是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符,cmd是用户程序对设备的控制命令,至于后面的省略号,那是一些补充参数,一般最多一个,这个参数的有无和cmd的意义相关。
ioctl函数是文件结构中的一个属性分量,就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持,用户就可以在用户程序中使用ioctl函数来控制设备的I/O通道。
获取本机IP地址和主机名的完整代码如下:
#define ETH_NAME "eth"
void getIPHost(char** iphost)
{
int sock;
struct sockaddr_in sin;
struct ifreq ifr;
sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
char* ENAME = (char*)malloc(5*sizeof(char));
bzero(ENAME, 5);
sprintf(ENAME, "%s%d", ETH_NAME, i);
strncpy(ifr.ifr_name, ENAME, IFNAMSIZ);
free(ENAME);
ifr.ifr_name[IFNAMSIZ - 1] = 0;
if (ioctl(sock, SIOCGIFADDR, &ifr) >= 0)
goto HERE;
}
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
char* WNAME = (char*)malloc(6*sizeof(char));
bzero(WNAME, 6);
sprintf(WNAME, "%s%d", WTH_NAME, i);
strncpy(ifr.ifr_name, WNAME, IFNAMSIZ);
free(WNAME);
ifr.ifr_name[IFNAMSIZ - 1] = 0;
if (ioctl(sock, SIOCGIFADDR, &ifr) >= 0)
goto HERE;
}
HERE:
memcpy(&sin, &ifr.ifr_addr, sizeof(sin));
char* hostname = (char*)malloc(256*sizeof(char));
bzero(hostname, 256);
gethostname(hostname, 256*sizeof(char));
char* ip = inet_ntoa(sin.sin_addr);
int lenhost = strlen(hostname);
int lenip = strlen(ip);
*iphost = (char*)malloc((lenhost+lenip+2)*sizeof(char));
bzero(*iphost, (lenhost+lenip+2)*sizeof(char));
sprintf(*iphost, "%s:%s", ip, hostname);
free(hostname);
}
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这里要注意一下,代码运行时会报“No Such Device”错误,这是由于系统网卡名不是以“eth”开头,只需将ETH_NAME修改成本机网卡名即可。
组播编程
要进行组播编程必须遵从一定的编程框架。基本顺序如下:
接收端:
1.创建socket
2. 初始化本机地址信息
3.绑定socket和本机地址信息
4.将本机加入组播组
5.接收消息
发送端:
1.创建socket
2. 初始化多播地址
3.发送数据
组播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的。
1.选项IP_MULTICASE_TTL
选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL,范围为0~255之间的任何值,例如:
unsigned char ttl=255;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));
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2.选项IP_MULTICAST_IF
选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认默认网络接口,会从给定的网络接口发送,另一个网络接口会忽略此数据。例如:
struct in_addr addr;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr));
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参数addr是希望多播输出接口的IP地址,使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。
默认情况下,当本机发送组播数据到某个网络接口时,在IP层,数据会回送到本地的回环接口,选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。例如:
unsigned char loop;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));//参数loop设置为0禁止回送,设置为1允许回送。
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3.选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP
加入或者退出一个多播组。例如:
struct ip_mreq mreq;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));
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以下为详细代码:
发送端代码:
#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.100" /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/
#define MCAST_INTERVAL 5 /*发送间隔时间*/
int main(int argc, char*argv)
{
int s;
char *iphost;
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多播地址为0*/
mcast_addr.sin_family = AF_INET; /*设置协议族类行为AF*/
mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR);/*设置多播IP地址*/
mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT); /*设置多播端口*/
/*获取本机地址*/
getIPHost(&iphost);
/*向多播地址发送数据*/
while(1) {
int n = sendto(s, /*套接字描述符*/
iphost, /*数据*/
sizeof(iphost), /*长度*/
0,(struct sockaddr*)&mcast_addr,
sizeof(mcast_addr)) ;
if( n < 0)
{
perror("sendto()");
return -2;
}
sleep(MCAST_INTERVAL); /*等待5s*/
}
return 0;
}
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接收端代码:
#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.100" /*一个局部连接多播地址,路由器不进行转发*/
#define MCAST_INTERVAL 5 /*发送间隔时间*/
#define BUFF_SIZE 256 /*接收缓冲区大小*/
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);
/*绑定socket*/
err = bind(s,(struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr)) ;
if(err < 0)
{
perror("bind()");
return -2;
}
/*设置回环许可*/
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; /*加入多播组*/
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); /*多播地址*/
mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*网络接口为默认*/
/*将本机加入多播组*/
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;
/*循环接收多播组的消息,5次后退出*/
for(times = 0;times<5;times++)
{
addr_len = sizeof(local_addr);
memset(buff, 0, BUFF_SIZE); /*清空接收缓冲区*/
/*接收数据*/
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);
}
/*退出多播组*/
err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
(mreq));
close(s);
return 0;
}
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