UDP的多点通信

news2024/11/29 3:56:26

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;

image-20230412130510811

#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,
  5. 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           //1024-49151

int 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
    2. PORT :1024-49151

  3. bind 必须绑定

  4. 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           //1024-49151

int 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
  3. 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
    2. PORT :1024-49151

  4. bind 必须绑定

  5. 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 IP
        
    int 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 group
 address */    组播IP的网络字节序,
               struct in_addr imr_address;   /* IP address of local
 interface */ 本机IP的网络字节序,ifconfig
               int            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2
                                                                   3. 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;

image-20230412214223006

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           //1024-49151
    
    int 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           //1024-49151
      
      int 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IP
          mq.imr_address.s_addr   = inet_addr(IP);        //本机IP
          mq.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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