嵌入式养成计划-30-网络编程----多点通信--单播--广播--组播

2023-10-09 13:21
文章标签 广播 养成 编程 网络 嵌入式 计划 30 多点通信 单播 组播

本文主要是介绍嵌入式养成计划-30-网络编程----多点通信--单播--广播--组播，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

六十六、多点通信

66.1 网络属性相关函数

  • getsockopt
  • setsockopt
功能：获取/设置网络属性;
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：指定要设置哪个套接字的网络属性;int level：指定要控制的层次等级;SOL_SOCKET：指定的是应用层 ，通用套接字选项;IPPROTO_TCP：指定要控制的是TCP;IPPROTO_UDP：UDPIPPROTO_IP:  IPint optname：指定操作名称，选项名称。在第二个参数指定要层次后，该参数用于指定控制该层次的什么;---- SOL_SOCKET	: man 7 socket ----1. SO_BROADCAST     是否允许广播（只有UDP允许广播） ---》optval: int*类型2. SO_REUSEADDR     是否允许端口快速重用            ---》optval: int*类型，且是个bool类型;---- IPPROTO_TCP	: man 7 TCP -------- IPPROTO_UDP	: man 7 UDP -------- IPPROTO_IP	: man 7 IP ----1. IP_ADD_MEMBERSHIP     加入组播（多播组）  ----》optval : struct ip_mreqn*类型struct ip_mreqn {struct in_addr imr_multiaddr; /* IP multicast group address */struct in_addr imr_address;   /* IP address of local interface */int            imr_ifindex;   /* interface index */};void *optval：除非有另外说明，否则optval都是int*类型socklen_t *optlen/socklen_t optlen：optval指针指向的真实的数据类型大小;
返回值：成功，返回0;失败，返回-1，更新errno;

在这里插入图片描述

  • 示例 ：
#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;}printf("socket create success \n");socklen_t len;int reuse = 100;//设置允许端口快速重用if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0){perror("setsockopt");return -1;}printf("设置允许端口快速重用\n");//判断默认情况下是否允许端口快速重用len = sizeof(reuse);if(getsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, &len) < 0){perror("getsockopt");return -1;}printf("%d\n", reuse);//设置允许广播int broad = 1;if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &reuse, sizeof(reuse)) < 0){perror("setsockopt");return -1;}printf("设置允许广播\n");//判断默认情况下是否允许广播len = sizeof(broad);if(getsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, &len) < 0)                {perror("getsockopt");return -1;}printf("broad = %d\n", broad);//获取接收缓冲区的大小int rcvbuf;len = sizeof(rcvbuf);if(getsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, &len) < 0){perror("getsockopt");return -1;}printf("rcvbuf = %dbytes %dkb\n", rcvbuf, rcvbuf/1024);struct timeval tm;len = sizeof(tm);if(getsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tm, &len) < 0){perror("getsockopt");return -1;}printf("%lds %ldus\n", tm.tv_sec, tm.tv_usec);close(sfd);return 0;
}

66.2 多点通信

66.2.1 单播

  • 主机之间一对一的通讯模式，
  • 每次只有两个实体相互通讯，发送方和接收方都是唯一确定。

66.2.2 广播

66.2.2.1 概念

  1. 主机之间一对多的通信模式。
  2. 在同一个局域网内的所有主机都可以接收到广播信息，
  3. 禁止广播数据穿过路由器，即限制在当前局域网内。防止影响大面积主机。
  4. 只有UDP才能广播。
  5. 广播地址：有效网络号+全是1的主机号。
    1. 192.168.114.83 ----》C类IP地址—》网络号前24bit —》192.168.114.255
    2. 192.168.125.229 ----》C类IP地址—》网络号前24bit —》192.168.125.255
    3. 144.1.2.3 ----》B类IP地址—》网络号前16bit —》144.1.255.255
    4. 255.255.255.255

255.255.255.255：给所有网络中的所有网段发送广播数据，但是由于不能穿过路由器，所以只能发送给当前局域网内主机。

66.2.2.2 广播的发送方流程 ----》类似UDP客户端

  1. socket 创建报式套接字
  2. setsockopt 设置允许广播 level: SOL_SOCKET optname: SO_BROADCAST
  3. bind 非必须绑定
  4. 填充接收方的地址信息，给sendto函数使用
    1. IP：广播IP：有效网络号+全是1的主机号 或者 255.255.255.255（需要与接收方绑定时候指定的一致）
      (PS：不允许填0.0.0.0，若接收方发送方均填0.0.0.0，会默认使用127.0.0.1通信)
    2. .PORT：需要与接收方绑定的一致。
  5. sendto 发送数据
  6. close 关闭套接字

66.2.2.3 广播的接收方流程 ----》类似UDP服务器

  1. socket 创建报式套接字
  2. 填充接收方自身的地址信息，给bind函数使用
    1. IP：广播IP：有效网络号+全是1的主机号 或者 255.255.255.255 或者 0.0.0.0(任意IP地址)
      1. 0.0.0.0：当调用bind函数绑定后，会将本机所有可用IP地址绑定到套接字上。
      2. 所有可用IP：本机IP(192.168.125.5), 127.0.0.1本地环回IP, 广播IP, 组播IP
    2. PORT：1024~49151范围；
  3. bind 必须绑定
  4. recvfrom 接收数据
  5. close 关闭套接字

66.2.2.4 广播示例代码

  • 发送方
    #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>                                                                
#include <unistd.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ ", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)#define SER_PORT 8888           //接收方绑定的端口号
#define SER_IP "192.168.125.255"  //广播IPint 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;}printf("socket create success cfd=%d\n", cfd);//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("设置允许广播成功\n");//绑定客户端自身的地址信息---》非必须绑定//若不绑定则操作系统会给客户端绑定本机IP及随机端口//填充地址信息结构体给sendto函数使用，想发给谁就填谁的地址信息//真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_INET: man 7 IPstruct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;          //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(SER_PORT);      //接收方绑定的端口号sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);    //接收方绑定的IPchar 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, 主动发送给指定接收放，例如这里可以主动发给接收方if(sendto(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("sendto");return -1;}printf("sendto success\n");}//关闭套接字close(cfd);return 0;
}
  • 接收方
    #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>                                                            
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ ", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)#define PORT 8888               //端口号的网络字节序，1024~49151
#define IP "192.168.125.255"  //广播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;}printf("socket create success sfd=%d\n", sfd);//填充地址信息结构体给bind函数使用//真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_INET: man 7 IPstruct 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，1024~49151sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);    //广播IP//绑定接收方自身的地址信息if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("bind");return -1;}printf("bind success\n");struct sockaddr_in cin;     //存储发送放的地址信息socklen_t addrlen =sizeof(cin);char buf[128] = "";ssize_t res = 0;while(1){bzero(buf, sizeof(buf));//接收数据 --->同时存储这个数据包是从哪里来的，即发送的地址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);}//关闭套接字close(sfd);return 0;
}

66.2.3 组播

66.2.3.1 概念

  1. 广播的方式是给同一网段下的所有主机发送数据，过多的广播会占用大量带宽，影响正常通信
  2. 主机之间一对一组的通信方式，只有加入了同一个小组的主机可以接收到此组内的所有数据。
  3. 组播IP：D类IP地址：224.0.0.0~239.255.255.255

66.2.3.2 组播的发送方流程 —》类似UDP客户端

  1. socket 创建报式套接字
  2. bind 非必须绑定
  3. 填充接收方的地址信息，给sendto函数使用
    1. IP：组播IP：224.0.0.0~239.255.255.255
      PS：不允许填0.0.0.0，若接收方发送方均填0.0.0.0，会默认使用127.0.0.1通信)
    2. PORT：需要与接收方绑定的一致。
  4. sendto 发送数据
  5. close 关闭套接字

66.2.3.3 组播的接收方流程 —》类似UDP服务器

  1. socket 创建报式套接字
  2. setsockopt 加入小组（加入多播组）加入的小组与绑定的小组必须一致
    level：IPPROTO_IP
    optname: IP_ADD_MEMBERSHIP
  3. 填充接收方自身的地址信息，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(任意IP地址)
      1. 0.0.0.0：当调用bind函数绑定后，会将本机所有可用IP地址绑定到套接字上。
      2. 所有可用IP：本机IP(192.168.125.5), 127.0.0.1本地环回IP, 广播IP, 组播IP
    2. .PORT：1024~49151范围；
  4. bind 必须绑定
  5. recvfrom 接收数据
  6. close 关闭套接字

66.2.3.4 加入多播组

功能：设置网络属性;
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：指定要设置哪个套接字的网络属性;int level：指定要控制的层次等级;IPPROTO_IP:  IPint optname：指定操作名称，选项名称。在第二个参数指定要层次后，该参数用于指定控制该层次的什么;---- IPPROTO_IP : man 7 IP ----1. IP_ADD_MEMBERSHIP     加入组播（多播组）  ----》optval : struct ip_mreqn*类型struct ip_mreqn {struct	in_addr imr_multiaddr; /* IP multicast group address */     指定要加入的组播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int		imr_ifindex;   /* interface index */      网络设备索引号（网卡编号）1. ifconfig查看本机的网卡名: ens33。终端输入ip ad找到ens33对应的编号：22. if_nametoindex("网卡名")，返回值就是编号。if_nametoindex("ens33")3. 填0，自动（默认网卡）};void *optval：除非有另外说明，否则optval都是int*类型socklen_t *optlen/socklen_t optlen：optval指针指向的真实的数据类型大小;
返回值：成功，返回0;失败，返回-1，更新errno;

在这里插入图片描述

66.2.3.5 组播示例代码

  • 发送方
    #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ ", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)                                                                                #define SER_PORT 8888           //接收方绑定的端口号
#define SER_IP "224.1.2.3"  //组播IP : 224.0.0.0-239.255.255.255int 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;}printf("socket create success cfd=%d\n", cfd);//绑定客户端自身的地址信息---》非必须绑定//若不绑定则操作系统会给客户端绑定本机IP及随机端口//填充地址信息结构体给sendto函数使用，想发给谁就填谁的地址信息//真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_INET: man 7 IPstruct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;              //必须填AF_INET;sin.sin_port        = htons(SER_PORT);      //组播端口sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);    //组播IPchar 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, 主动发送给指定接收放，例如这里可以主动发给接收方if(sendto(cfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("sendto");return -1;}printf("sendto success\n");}//关闭套接字close(cfd);return 0;
}
  • 接收方
    #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>                                                                   
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ ", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)#define PORT 8888               //端口号的网络字节序，1024~49151
#define GRP_IP "224.1.2.3"          //组播IP 224.0.0.0-239.255.255.255
#define LOL_IP "192.168.125.5"      //ifconfig 的本机IPint 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;}printf("socket create success sfd=%d\n", sfd);//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(LOL_IP);    //本机IP,ifconfigmq.imr_ifindex = 2;         //网络设备索引号if(setsockopt(sfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mq, sizeof(mq)) < 0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}printf("加入多播组 [%s] 成功\n", GRP_IP);//填充地址信息结构体给bind函数使用//真实的地址信息结构体根据地址族指定 AF_INET: man 7 IPstruct 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，1024~49151sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(GRP_IP);    //组播IP //绑定接收方自身的地址信息if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0){ERR_MSG("bind");return -1;}printf("bind success\n");struct sockaddr_in cin;     //存储发送放的地址信息socklen_t addrlen =sizeof(cin);char buf[128] = "";ssize_t res = 0;while(1){bzero(buf, sizeof(buf));//接收数据 --->同时存储这个数据包是从哪里来的，即发送的地址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);}//关闭套接字close(sfd);return 0;
}

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