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UDP的多点通信

网友: 文章列表 2024-03-21 18:50:59

UDP的多点通信

文章目录

  • 一. 网络属性
  • 二. 多点通信
    • **2.1. 单播**
    • 2.2. 广播
      • 2.2.1 广播的发送端流程 (类似UDP客户端)
      • 2.2.2 广播的接收端流程(类似UDP服务器)
    • 2.3. 组播
      • 2.3.1组播的发送端流程 (类似UDP客户端)
      • 2.3.2组播的接收端流程(类似UDP服务器)
      • 2.3.3 加入多播组
      • 示例代码

一. 网络属性

setsockopt / getsockopt(设置/获取网络属性)

功能：设置/获取网络属性;
原型：

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,
void *optval, socklen_t *optlen);int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
const void *optval, socklen_t optlen);

参数：

  • int sockfd：指定要设置/获取 哪个套接字的属性;

  • int level：指定要控制的协议层次;
    SOL_SOCKET：应用层 通用套接字选项; man 7 socket
    IPPROTO_TCP：TCP选项 man 7 TCP
    IPPROTO_UDP：UDP选项 man 7 UDP
    IPPROTO_IP：IP选项; man 7 IP

  • int optname：指定要控制的内容，指定控制方式；
    — SOL_SOCKET: man 7 socket -----
    SO_REUSEADDR：允许端口快速重用 optval: int*
    SO_BROADCAST：允许广播 optval: int*
    SO_RCVBUF/SO_SNDBUF：接收缓冲区 发送缓冲区大小
    SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO：接收超时时间，发送超时时间

  • void *optval：根据optname不同，该类型不同;

  • socklen_t optlen/socklen_t *optlen：真实的optval指针指向的内存空间的大小;

返回值：

  • 成功，返回0；
  • 失败，返回-1，更新errno;

UDP的多点通信

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sfd < 0){perror("socket");return -1;}//设置允许广播int broad = 1;if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, sizeof(broad)) < 0){perror("setsockopt");return -1;}printf("设置允许广播成功\\n");//判断默认是否允许广播broad = 100;socklen_t optlen = sizeof(broad);if(getsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, &optlen) < 0){perror("getsockopt");return -1;}printf("broad = %d\\n", broad);close(sfd);                                                              return 0;
}

二. 多点通信

2.1. 单播

  1. 主机之间一对一的通信模式，交换机以及路由器对数据只进行转发，不做复制
  2. 每次只有两个实体相互通信，发送端和接收端都是唯一确定的。

2.2. 广播

  1. 主机之间 一对多 的通信模式，网络对其中的每一台主机发出的信息都进行无条件复制并转发。

  2. 所有主机都可以接收到广播信息（不管你是否需要）

  3. 禁止广播数据穿过:路由器（只能做局域网内通信），防止广播数据影响大面积主机。

  4. 只有UDP能广播。

  5. 广播地址：有效网络号 + 全是1的主机号

    1. 192.168.8.123 —> 192.168.8.255
    2. 255.255.255.255：给所有网段中的所有主机发送广播，但是无法穿过路由器，所以只能做局域网内通信。

2.2.1 广播的发送端流程 (类似UDP客户端)

  1. socket 创建套接字

  2. setsockopt 设置允许广播，默认是不允许的

  3. bind 非必须绑定

  4. 填充接收方的地址信息结构体，给sendto函数使用，指定发给谁

    1. IP：填广播IP,（192.168.8.255 ）
    2. PORT：与接收方绑定的一致，

  6. sendto 发送数据

示例代码:

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\\fprintf(stderr, "line:%d ", __LINE__);\\perror(msg);\\
}while(0)#define SER_IP "192.168.0.255"   //广播IP ifconfig
#define SER_PORT 6666           //1024-49151int main(int argc, const char *argv[])
{//创建报式套接字int cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(cfd < 0){ERR_MSG("socket");return -1;                                                                   }//设置允许广播int broad = 1;if(setsockopt(cfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, sizeof(broad)) < 0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}printf("set broadcast success\\n");//bind  非必须绑定//如果不绑定则由操作系统自动绑定IP和端口//填充接收方的地址信息结构体，给sendto函数使用struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;              //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(SER_PORT);      //端口号的网络字节序sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);    //广播IP地址struct sockaddr_in rcvaddr;     //存储数据包是从谁哪里来的socklen_t addrlen = sizeof(rcvaddr);char buf[128] = "";ssize_t res = 0;while(1){bzero(buf, sizeof(buf));printf("请输入>>> ");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf)-1] = 0;//发送数据，发送给服务器if(sendto(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("sendto");return -1;}printf("发送成功\\n");}//关闭文件描述符close(cfd);return 0;
}

2.2.2 广播的接收端流程(类似UDP服务器)

  1. socket 创建套接字

  2. 填充接收自身的地址信息结构体，给bind函数使用

    1. IP ：广播IP(192.168.8.255 或者 0.0.0.0（INADDR_ANY）)

      1. 0.0.0.0：将本机所有可用IP都绑定到套接字上，192.168.8.123, 127.0.0.1（本地环回），广播IP，组播IP

    3. PORT ：1024-49151

  4. bind 必须绑定

  5. recvfrom 接收广播数据

接收方:

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\\fprintf(stderr, "line:%d ", __LINE__);\\perror(msg);\\
}while(0)#define IP "192.168.0.255"   //广播IP ifconfig
#define PORT 6666           //1024-49151int main(int argc, const char *argv[])
{//创建报式套接字                                                                          int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sfd < 0){ERR_MSG("socket");return -1;}//填充接收方自身的地址信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;          //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);      //端口号的网络字节序sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);    //广播IP地址//绑定 必须绑定if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("bind");return -1;}struct sockaddr_in cin;     //存储数据包是从谁哪里来的socklen_t addrlen = sizeof(cin);char buf[128] = "";ssize_t res = 0;while(1){bzero(buf, sizeof(buf));//接收数据,必须接收数据包的发送方地址信息，给sendto使用res = recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);//res = recv(sfd, buf, sizeof(buf), 0);if(res < 0){ERR_MSG("recvfrom");return -1;}printf("[%s : %d]: %s\\n", inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), buf);}//关闭文件描述符close(sfd);return 0;
}

2.3. 组播

  1. 广播方式是给同一网段下的所有主机发送信息，会占用大量网络带宽，影响正常通信。
  2. 主机之间一对一组的通信模式，也就是加入了同一个小组的主机可以收到此组内的所有数据。
  3. 组播地址：D类：224.0.0.0-239.255.255.255

2.3.1组播的发送端流程 (类似UDP客户端)

  1. socket 创建套接字
  2. bind 非必须绑定
  3. 填充接收方的地址信息结构体，给sendto函数使用，指定发给谁
    1. IP：填组播IP,（224.0.0.0-239.255.255.255 ）,与接收方绑定的组播IP一致。
    2. PORT：与接收方绑定的一致，
  1. sendto 发送数据

2.3.2组播的接收端流程(类似UDP服务器)

  1. socket 创建套接字

  2. setsockopt 加入多播组：level：IPPROTO_IP optname：IP_ADD_MEMBERSHIP optval：struct ip_mreqn*

    1. 注意加入的多播组IP，与下面绑定的组播IP一致

  4. 填充接收自身的地址信息结构体，给bind函数使用

    1. IP ：组播IP( 224.0.0.0-239.255.255.255 或者 0.0.0.0 )

      1. 0.0.0.0：将本机所有可用IP都绑定到套接字上，192.168.8.123, 127.0.0.1（本地环回），广播IP，组播IP

    3. PORT ：1024-49151

  6. bind 必须绑定

  7. recvfrom 接收广播数据

2.3.3 加入多播组

功能：设置/获取网络属性;
原型：#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
const void *optval, socklen_t optlen);
参数：int sockfd：指定要设置/获取哪个套接字的属性;int level：指定要控制的协议层次;IPPROTO_IP：IP选项;                man 7 IPint optname：指定要控制的内容，指定控制方式；--- IPPROTO_IP：IP选项;                man 7 IP -----IP_ADD_MEMBERSHIP：加入多播组void *optval：根据optname不同，该类型不同;struct ip_mreqn {struct in_addr imr_multiaddr; /* IP multicast groupaddress */    组播IP的网络字节序，struct in_addr imr_address;   /* IP address of localinterface */ 本机IP的网络字节序，ifconfigint            imr_ifindex;   /* interface index */     设备索引号，网卡编号1. 0，默认索引号2. ifconfig查看网卡名，例如ens33.ip ad，找到ens33对应的编号为23. if_nametoindex("ens33")                                                                                                                                             };struct ip_mreq  {struct in_addr imr_multiaddr;   /* IP multicast address of group */struct in_addr imr_interface;   /* local IP address of interface */};socklen_t optlen/socklen_t *optlen：真实的optval指针指向的内存空间的大小;
返回值：成功，返回0；失败，返回-1，更新errno;

UDP的多点通信

示例代码

  1. 发送方

    #include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\\fprintf(stderr, "line:%d ", __LINE__);\\perror(msg);\\
}while(0)#define GRP_IP "224.1.2.3"   //224.0.0.0-239.255.255.255
#define PORT 6666           //1024-49151int main(int argc, const char *argv[])
{//创建报式套接字int cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(cfd < 0){   ERR_MSG("socket");return -1; }   //bind  非必须绑定//如果不绑定则由操作系统自动绑定IP和端口//填充接收放的地址信息结构体，给sendto函数使用struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;              //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);          //端口号的网络字节序sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(GRP_IP);    //IP地址char buf[128] = ""; ssize_t res = 0;while(1){   bzero(buf, sizeof(buf));printf("请输入>>> ");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf)-1] = 0;//发送数据，发送给服务器if(sendto(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("sendto");return -1; }printf("发送成功\\n");}   //关闭文件描述符close(cfd);return 0;
}

    1. 接收方

      #include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\\fprintf(stderr, "line:%d ", __LINE__);\\perror(msg);\\
}while(0)#define IP     "192.168.0.119"   //本机IP ifconfig
#define GRP_IP "224.1.2.3"      //组播IP 224.0.0.0 - 239.255.255.255#define PORT 6666           //1024-49151int main(int argc, const char *argv[])
{//创建报式套接字int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sfd < 0){   ERR_MSG("socket");return -1; }   //加入多播组                                                                        struct ip_mreqn mq; mq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(GRP_IP);    //组播IPmq.imr_address.s_addr   = inet_addr(IP);        //本机IPmq.imr_ifindex = 2;                             //设备索引号if(setsockopt(sfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mq, sizeof(mq)) < 0){   ERR_MSG("setsockopt");return -1; }   printf("加入多播组成功\\n");//填充接收放的地址信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;              //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);          //端口号的网络字节序sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(GRP_IP);    //组播IP地址，与加入的组播IP一致//绑定 必须绑定if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){   ERR_MSG("bind");return -1; }   struct sockaddr_in cin;     //存储数据包是从谁哪里来的socklen_t addrlen = sizeof(cin);char buf[128] = ""; ssize_t res = 0;while(1){   bzero(buf, sizeof(buf));//接收数据,必须接收数据包的发送方地址信息，给sendto使用res = recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);if(res < 0){ERR_MSG("recvfrom");return -1; }printf("[%s : %d]: %s\\n", inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), buf);}   //关闭文件描述符close(sfd);return 0;
}

      bzero(buf, sizeof(buf));
      //接收数据,必须接收数据包的发送方地址信息，给sendto使用
      res = recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
      if(res < 0)
      {
      ERR_MSG(“recvfrom”);
      return -1;
      }
      printf(“[%s : %d]: %s\\n”, inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), buf);

      }   //关闭文件描述符
close(sfd);
return 0;

      }

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