《TCP/IP网络编程》（第十四章）多播与广播

news2024/10/6 12:20:48

当需要向多个用户发送多媒体信息时，如果使用TCP套接字，则需要维护与用户数量相等的套接字；如果使用之前学习的UDP，传输次数也需要和用户数量相同。
所以为了解决这些问题，可以采用多播和广播技术，这样只需要发送一次，所有用户都能接收到信息

1.多播

多播（Multicast）方式的数据传输是基于UDP完成的，使用多播组地址来标识一组感兴趣的接收者，只有加入到这个多播组的设备才会接收到发送的数据包。
多播常用于视频会议、在线直播、IPTV等场景，其中数据需要发送给多个特定的接收者而不是所有人。

①多播的数据传输特点

多播服务器针对特定的多播组，只发送一次数据
即使只发送一次数据，该组内所有客户端都会接受到数据
多播组数可以在IP地址范围内任意增加
加入多播组就能收到数据
多播组时D类IP地址（IP地址分类参考《TCP/IP网络编程》（第三章）地址族和数据序列），即224.0.0.0~239.255.255.255

②多播技术原理
多播技术基于UDP传输，所以多播数据包和UDP数据包大致相同，但向网络传输多播数据包时，路由器会复制该数据包并传递到多个主机，如下图所示
在这里插入图片描述
PS:有的路由器不支持多播通信，也会使用隧道通信（这里不展开）

2.多播编程

①路由（Routing）和TTL（Time to Live，生存时间）
TTL是决定“数据包传输距离”的主要因素，TTL用整数表示，每经过一个路由器就减1，变为0时就销毁。故TTL设置过大会影响流量，设置过小会无法传输到目标，过程如下图所示
在这里插入图片描述
②设置TTL
通过套接字选项中，IPPROTO_IP协议层中的IP_MULTICAST_TTL完成设置

int send_sock;
send_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
int TTL = 64; // 你希望设置的TTL值
setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, (void*)&TTL, sizeof(TTL));

③设置加入多播组
通过IPPROTO_IP协议层中的IP_ADD_MEMBERSHIP完成设置

int recv_sock;
recv_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
struct ip_mreq join_adr;
join_adr.imr_multiaddr.s_addr ="多播组地址信息";
join_adr.imr_interface.s_addr="加入多播组的主机地址信息";
setsockopt(recv_sock,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(void*)&join_adr,sizeof(join_adr));

//ip_mreq 结构体信息
typedef struct ip_mreq {
    struct in_addr imr_multiaddr; // 多播组的IP地址
    struct in_addr imr_interface; // 加入多播组的主机地址信息
};

3.广播

广播是向同一网络中的所有主机传输数据，也是基于UDP完成的，而多播是发送给特定的组。广播分为两种形式：直接广播和本地广播。

①直接广播： 发送者将数据包发送到特定的远程网络的广播地址。这意味着数据包将穿越多个网络，直到到达指定的远程网络。

②本地广播： 发送者将数据包发送到本网络的广播地址。这种广播不会跨越网络边界，仅限于本地网络。

4.广播编程

①设置广播选项
通过套接字选项中，SOL_SOCKET协议层中的SO_BROADCAST完成设置
在这里插入图片描述

int send_sock;
send_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
int opt = 1; // 启用广播
setsockopt(send_sock, SOL_SOCKET, SOL_SOCKET, (void*)&opt, sizeof(opt));