Linux下廣播與多播編程

1、Linux網(wǎng)絡(luò)編程第十單元廣播與多播編程2/20 單播 一臺主機(jī)向另一臺主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) 廣播 一臺主機(jī)向本子網(wǎng)內(nèi)所有主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) 多播 一臺主機(jī)向網(wǎng)絡(luò)中的部分主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)3/203第十單元 廣播與多播編程 10.1廣播的概念 10.2多播的概念4/20主機(jī)A向B發(fā)送數(shù)據(jù)過程n某機(jī)器A要向主機(jī)B發(fā)送報文，會查詢本地的ARP緩存表，找到B的IP地址對應(yīng)的MAC地址后，就會進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果未找到，則廣播A一個ARP請求報文（攜帶主機(jī)A的IP地址Ia和物理地址Pa），請求IP地址為Ib的主機(jī)B回答物理地址Pb。n網(wǎng)上所有主機(jī)包括B都收到ARP請求，但只有主機(jī)B識別自己的IP地址，于是向A主機(jī)發(fā)回一個A

2、RP響應(yīng)報文。其中就包含有B的MAC地址，A接收到B的應(yīng)答后，就會更新本地的ARP緩存。n接著使用這個MAC地址發(fā)送數(shù)據(jù)。n以太網(wǎng)就是以廣播方式工作的，所以A發(fā)送的數(shù)據(jù)被子網(wǎng)所有主機(jī)接收，每個主機(jī)判斷幀的MAC地址是否與自己的一致，不一致則丟棄，一致則向上層傳遞數(shù)據(jù)判斷處理。5/20廣播 一個IP地址由網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號組成。所有主機(jī)號部分為全1的IP地址是廣播地址。 某臺主機(jī)向子網(wǎng)內(nèi)所有主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，即向IP為主機(jī)號全1的地址發(fā)數(shù)據(jù)。 當(dāng)發(fā)送方主機(jī)發(fā)現(xiàn)目的地址為子網(wǎng)廣播地址時，會自動將數(shù)據(jù)幀中MAC地址設(shè)為全1。帶有這樣MAC地址的幀在經(jīng)過子網(wǎng)任何主機(jī)都將被數(shù)據(jù)鏈路層接收并向上層協(xié)議傳遞，如IP層

3、。 上層協(xié)議經(jīng)過判斷，如果有相應(yīng)進(jìn)程處理廣播數(shù)據(jù)報，則發(fā)送到進(jìn)程相應(yīng)的端口，否則丟棄數(shù)據(jù)。6/20發(fā)送應(yīng)用進(jìn)程發(fā)送應(yīng)用進(jìn)程UDPIPv4數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路UDPIPv4數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路IPv4UDP接收應(yīng)用進(jìn)程接收應(yīng)用進(jìn)程以太網(wǎng)頭部IPv4頭部UDP頭部UDP數(shù)據(jù)子網(wǎng)子網(wǎng)128.7.6目的以太網(wǎng)目的以太網(wǎng)=ff:ff:ff:ff:ff:ff幀類型幀類型=0800目的目的IP=128.7.6.255協(xié)議協(xié)議=UDP目的端口目的端口=520Sendto 目的目的IP=128.7.6.255 目的端口目的端口=520丟棄丟棄協(xié)議協(xié)議=UDP幀類型幀類型0800128.7.6.99=單播

4、單播128.7.6.255=廣播廣播128.7.6.5=單播單播128.7.6.255=廣播廣播協(xié)議協(xié)議=UDP端口端口=5207/20廣播的實現(xiàn) 服務(wù)器端： 創(chuàng)建UDP套接字 設(shè)置套接字要發(fā)送廣播數(shù)據(jù) 調(diào)用sendto函數(shù)向廣播地址發(fā)送數(shù)據(jù)，如192.168.50.255。 客戶端： 創(chuàng)建UDP套接字 綁定本地地址到套接字上。 接收數(shù)據(jù)。8/20設(shè)置套接字發(fā)送廣播數(shù)據(jù) 一般情況下，如果調(diào)用sendto，只能向非廣播地址發(fā)送數(shù)據(jù)報。如果要發(fā)送廣播數(shù)據(jù)報，必須告訴內(nèi)核，可以通過設(shè)置SO_BROADCAST套接口選項來做到這一點。 inton=1; setsockopt(sockfd,SOL_SO

5、CKET,SO_BROADCAST,&on,sizeof(int);9/20廣播實例 服務(wù)端為tserv.c，運行時需指定廣播地址和端口號，運行后每3秒發(fā)送一次廣播，將本機(jī)時間通知本子網(wǎng)內(nèi)所有主機(jī)。 客戶端為tcli.c，作用是偵聽某一固定端口的數(shù)據(jù)報，接收一個數(shù)據(jù)報就返回。10/20第十單元 廣播與多播編程 10.1廣播的概念 10.2多播的概念11/20多播 多播是對單播和廣播的一種折中方案。 廣播限于局域網(wǎng)，多播可以用于局域網(wǎng)也可跨廣域網(wǎng)。12/20多播地址 多播是通過D類地址進(jìn)行的，D類地址的前4位為1110，后面28位為多播的組標(biāo)識。 地址范圍224.0.0.0到239.25

6、5.255.255 特殊的IPv4多播地址： 224.0.0.0保留 224.0.0.1本子網(wǎng)上所有主機(jī) 224.0.0.2本子網(wǎng)上所有網(wǎng)關(guān) 224.0.1.1NTP(網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)組13/20多播的原理 當(dāng)一個多播分組到達(dá)一個以太網(wǎng)時，形成幀后它的MAC地址為01:00:5e:xx:xx:xx，其后23位由多播組標(biāo)識的后23位映射而成。 例如目的地址為224.0.1.1的多播分組，在以太網(wǎng)上幀的MAC地址就為01:00:5e:00:01:01。111000000000000000000001000000010000000100000000010111100000000000000001000

7、00001IP地址地址MAC地址地址14/20多播地址中的組 由于多播IP地址中組標(biāo)識有28位，而映射到MAC地址的只有23位，還差5位，所以有32個組將映射成相同的MAC地址，例如224.0.1.1，225.0.1.1,239.128.1.1都映射到MAC地址01:00:5e:00:01:01。 因此要由IP層來檢驗到達(dá)的多播分組是否是自已所加入的多播組。如果不是，則拋棄該分組。15/20應(yīng)用程序應(yīng)用程序UDPIP層層132.0.0.100數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層52:37:4a:6d:7f:5e應(yīng)用程序應(yīng)用程序UDPIP層層132.0.0.129應(yīng)用程序應(yīng)用程序UDPIP層層132.0.0.1

8、68數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層52:23:4e:6f:2c:35數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層00:2e:2c:5f:ae:3f發(fā)送數(shù)據(jù)報發(fā)送數(shù)據(jù)報IP:224.0.1.1端口端口1234通過通過ARP解析解析224.0.1.1對應(yīng)對應(yīng)01:00:5e:00:01:01接收數(shù)據(jù)報接收數(shù)據(jù)報端口端口1234應(yīng)用程序指定應(yīng)用程序指定132.0.0.129加入多加入多播組播組224.0.1.1IP層指示接收層指示接收MAC地址為地址為01:00:5e:00:01:01的幀的幀加入加入225.0.1.1丟棄丟棄多播數(shù)據(jù)報在子網(wǎng)中的發(fā)送接收多播數(shù)據(jù)報在子網(wǎng)中的發(fā)送接收16/20多播的實現(xiàn) 服務(wù)器端： 創(chuàng)建UDP套接字 調(diào)用sendto函數(shù)向多播地址發(fā)送數(shù)據(jù)，如224.0.4.5。 客戶端： 創(chuàng)建UDP套接字 加入一個多播組。 綁定本地地址到套接字上。 接收數(shù)據(jù)。17/20如何加入多播組 加入多播組的方法是：設(shè)置套接口選項IP_ADD_MEMBERSHIP。 它要用要如下結(jié)構(gòu)：structip_mreqstructin_addrimr_multiaddr;/*IPv4的D類多播地址*/structin_addrimr_interface;/*本地接口IPv4地址*/; 例：setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mcaddr,siz