udp多播/组播那些事

多播与组播

多播（multicast）和组播（groupcast）是相同的概念，用于描述在网络中一对多的通信方式。在网络通信中，单播（unicast）是一对一的通信方式，广播（broadcast）是一对所有的通信方式，而多播（或组播）是一对多的通信方式。

多播/组播通信允许一个发送者将数据包同时传输给多个接收者，这些接收者形成一个接收组（receiving group）或多播组（multicast group）。发送者只需发送一次数据包，而不需要为每个接收者单独发送。

只存在于udp

UDP协议支持多播和广播，而TCP协议不直接支持广播和多播。

UDP协议是一种无连接的协议，它允许应用程序通过多播地址或广播地址发送数据包。多播地址是一个预定义的IP地址范围，用于标识多播组，而广播地址则是一个特殊的IP地址，用于向网络中的所有主机发送数据包。

在UDP中，你可以使用特定的套接字选项设置多播地址，并使用sendto()函数发送数据包到多播组。接收端可以通过加入相同的多播组地址，使用recvfrom()函数接收多播数据包。

相比之下，TCP协议是一种面向连接的协议，它提供可靠的、有序的数据传输。TCP协议不直接支持多播和广播功能，因为它是基于点对点通信模型的，只能通过建立一对一的连接进行数据传输。

多播接收端程序

以下是一个使用C语言编写的简单示例，用于接收和发送多播数据包：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1" // 多播组地址
#define PORT 12345                 // 多播组的端口号
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024       // 接收缓冲区大小

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in multicastAddr;
    struct sockaddr_in clientAddr;
    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];

    // 创建UDP套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置套接字选项，允许接收多播数据
    int enable = 1;
    if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &enable, sizeof(enable)) < 0) {
        perror("setsockopt SO_REUSEADDR failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定到本地地址和端口
    memset(&clientAddr, 0, sizeof(clientAddr));
    clientAddr.sin_family = AF_INET;
    clientAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    clientAddr.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&clientAddr, sizeof(clientAddr)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 加入多播组
    struct ip_mreq multicastReq;
    multicastReq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP);
    multicastReq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if (setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (char *)&multicastReq, sizeof(multicastReq)) < 0) {
        perror("setsockopt IP_ADD_MEMBERSHIP failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Waiting for multicast messages...\n");

    while (1) {
        // 接收多播数据包
        socklen_t addrLen = sizeof(multicastAddr);
        ssize_t recvLen = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&multicastAddr, &addrLen);
        if (recvLen < 0) {
            perror("recvfrom failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        buffer[recvLen] = '\0';
        printf("Received multicast message: %s\n", buffer);
    }

    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

在该示例中，我们使用socket()函数创建了一个UDP套接字，并使用setsockopt()函数设置了SO_REUSEADDR选项，以便允许套接字重新使用本地地址。然后，我们使用bind()函数将套接字绑定到本地地址和端口。

接下来，我们使用IP_ADD_MEMBERSHIP选项加入多播组，指定了多播组地址和本地网络接口。这样，套接字就可以接收到发送到指定多播组的数据包。

最后，我们使用一个循环来持续接收多播数据包。使用recvfrom()函数从套接字接收数据包，并打印接收到的消息。

请注意，接收端和发送端应该使用相同的多播组地址和端口号以进行通信。

多播发送断程序

以下是一个使用C语言编写的简单多播发送示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1" // 多播组地址
#define PORT 12345                 // 多播组的端口号

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in multicastAddr;
    char *message = "Hello, Multicast!";

    // 创建UDP套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置多播组地址和端口号
    memset(&multicastAddr, 0, sizeof(multicastAddr));
    multicastAddr.sin_family = AF_INET;
    multicastAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP);
    multicastAddr.sin_port = htons(PORT);

    // 发送多播数据包
    if (sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&multicastAddr, sizeof(multicastAddr)) < 0) {
        perror("sendto failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Multicast message sent.\n");

    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

在这个示例中，我们创建了一个UDP套接字，并设置了多播组的地址和端口号。然后，使用sendto()函数将消息发送到多播组的地址。最后，关闭套接字。

注意事项

对于发送多播数据包的示例，不需要显式地绑定本地端口。

在发送端，我们只需创建一个UDP套接字并将数据包发送到多播组的地址。操作系统会自动选择一个本地端口进行发送。

接收端需要绑定本地端口是因为它需要告诉操作系统将接收到的多播数据包发送到哪个端口。

当接收端加入一个多播组时，它需要指定一个本地端口来接收多播数据包。通过将套接字绑定到一个特定的本地端口，操作系统会将接收到的多播数据包传递给该端口上运行的应用程序。

绑定本地端口的步骤通常在接收端的代码中进行，以便接收来自多播组的数据包。在之前提供的多播接收示例中，我们在接收端的代码中使用bind()函数将套接字绑定到本地地址和端口。

简而言之，接收端绑定本地端口是为了告诉操作系统将接收到的多播数据包传递给相应的应用程序，而发送端无需显式地绑定本地端口，操作系统会自动选择一个可用的本地端口进行发送。