网络编程之UDP多点通讯

【1】网络属性

man getsockopt
man 3 getsockopt
更新man手册
sudo apt-get install manpages-de  manpages-de-dev  manpages-dev glibc-doc manpages-posix-dev manpages-posix

功能：获取和设置网络属性;
头文件：#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>
原型：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);int a = 1;setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &a, sizeof(a));参数：int sockfd：指定要设置/获取属性的套接字;int level：指定要控制套接字的层次;SOL_SOCKET  应用层，通用套接字选项;            man 7 socketIPPROTO_TCP： TCP选项                       man 7 tcpIPPROTO_UDP： UDP选项;                      man 7 udpIPPROTO_IP：  IP选项;                       man 7 ipint optname：指定控制方式;以下以 SOL_SOCEKT为例：man 7 socketSO_REUSEADDR：允许端口快速重用SO_RCVBUF：接收缓冲区大小;SO_SNDBUF：发送缓冲区大小;SO_BROADCAST：广播;void *optval：根据optname的不同，数据类型不同;socklen_t* optlen：optval指向的变量的大小;
返回值：成功，返回0;失败，返回-1，更新errno;

【2】多点通讯

1. 单播

注意之间一对一的通信，交换机和路由器对数据只做转发不做复制；
每次只有两个实体相互通讯，发送端和接收端都是唯一确定的。

2. 广播

1）概念

主机之间一对多的通信方式，网络对其中每一台主机发出的信息都进行无条件复制并转发;
所有主机都可以接收到所有信息，无论你是否需要，由于其不用路径选择，所以其网络成本比较低；
禁止广播数据穿过路由器，防止广播数据造成大面积影响
只有UDP才能广播
广播的地址：主机号全是1

192.168.1.41那么他的广播地址192.168.1.255；

255.255.255.255 给所有网段中的所有主机发送广播，但是由于广播数据不能穿过路由器，所以实际上是给当前局域网下的主机发送；

2）广播的发送端流程（类似客户端）

创建报式套接字（socket）
可选择绑定也可以不绑定地址信息结构体（bind）
设置网络属性：允许广播，如果不设置，默认是不允许的（setsockopt）
填充广播的地址信息结构体：端口号 IP地址（广播IP 例如192.168.1.255 255.255.255.255）
发送数据（sendto）

3）广播的接收端流程（类似服务器）

创建报式套接字（socket）
必须绑定地址信息结构体：绑定广播IP地址（192.168.1.255 或者 0.0.0.0）和端口号（bind）

注意：绑定的端口号必须和发送端填充的端口号一致；
等待接收数据（recvfrom）

4）发送方代码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ :", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)

#define PORT 2222
#define IP  "192.168.1.255"     //255.255.255.255

#define N 128

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;}
//允许广播int broad = 1;if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broad, sizeof(broad))<0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}
//填充地址服务器信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
char buf[N] = "";while(1){bzero(buf, sizeof(buf));
printf("请输入>>>");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf)-1] = 0;
//将数据发送到服务器if(sendto(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))<0){ERR_MSG("sendto");return -1;}printf("发送成功\n");}
close(sfd);return 0;
}

5）接收方代码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ :", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)

#define PORT 2222
#define IP  "192.168.1.255"     //0.0.0.0

#define N 128

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;}
//允许端口快速重用int reuse = 1;if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse))<0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}
//填充地址信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
//绑定地址信息if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))<0){ERR_MSG("bind");return -1;}printf("bind success\n");
char buf[N] = "";struct sockaddr_in cin;socklen_t addrlen = sizeof(cin);while(1){//接收bzero(buf, sizeof(buf));if(recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen ) < 0){ERR_MSG("recvfrom");return -1;}
printf("[%s:%d] %s\n", inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), buf);}
close(sfd);return 0;
}

3. 组播

1）概念

广播方式是发送给同一网段下的所有主机，过多的广播会占用大量网络带宽，会造成广播风暴，影响正常通讯；
主机之间一对一组的通讯模式，也就是只有加入了同一个组的主机可以接收到此组内的所有数据;
网络中的交换机和路由器只向需求者复制并转发数据;
组播IP地址： D类IP地址： 224.0.0.0~239.255.255.255

2）组播的发送端流程（类似客户端）

创建报式套接字（socket）
可选择绑定也可以不绑定地址信息结构体（bind）
填充接收方的IP地址及端口：IP地址：组播IP地址（224.0.0.0~239.255.255.255）
发送数据（sendto）

3）组播的接收端流程（类似服务器）

创建报式套接字（socket）
加入多播组（setsockopt）
必须绑定地址信息结构体：IP地址：绑定组播IP地址（例如：224.1.2.3 或者 0.0.0.0）和端口（bind）

注意：绑定的组播IP和端口号必须与发送方填充的一致;
等待接收数据（recvfrom）

4）如何加入多播组

功能：获取和设置网络属性;
头文件：#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>
原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,  const void *optval, socklen_t optlen);参数：int sockfd：指定要设置属性的套接字;int level：指定要控制套接字的层次;IPPROTO_IP：  IP选项;                       man 7 ipint optname：指定控制方式;IP_ADD_MEMBERSHIPvoid *optval：根据optname的不同，数据类型不同;struct ip_mreqn {struct in_addr imr_multiaddr; //组播Ip地址的网络字节序struct in_addr imr_address;   //本机IP地址的网络字节序int            imr_ifindex;   //当前使用的网络设备索引号/*1.ifconfig 找到网卡名 例如："ens33".ip ad 找到"ens33"对应的索引号，例如：22.通过函数的方式查找if_nametoindex(网卡的名字);  例如：if_nametoindex("ens33");3.填0，默认索引号*/};
socklen_t optlen：optval指向的变量的大小;
返回值：成功，返回0;失败，返回-1，更新errno;

5）发送端代码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ :", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)

#define PORT 2222
#define IP  "224.1.2.3"     //224.0.0.0~239.255.255.255

#define N 128

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;}

//填充地址接收方地址信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
char buf[N] = "";int i = 0;while(1){/*sprintf(buf, "hello %d", i);i++;*/bzero(buf, sizeof(buf));
printf("请输入>>>");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf)-1] = 0;
//将数据发送到服务器if(sendto(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))<0){ERR_MSG("sendto");return -1;}printf("发送成功\n");}
close(sfd);return 0;
}

6）接收端代码

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>


#define ERR_MSG(msg) do{\fprintf(stderr, "__%d__ :", __LINE__);\perror(msg);\
}while(0)

#define PORT 2222
#define GROUP_IP    "224.1.2.3" //224.0.0.0~239.255.255.255 与发送放一致

#define N 128

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;}
//允许端口快速重用int reuse = 1;if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse))<0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}
//加入多播组struct ip_mreqn mq;mq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(GROUP_IP);  //组播Ip地址mq.imr_address.s_addr = inet_addr("192.168.1.12");  //本机IP地址mq.imr_ifindex = if_nametoindex("ens33");   //网络设备索引号
if(setsockopt(sfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mq, sizeof(mq)) < 0){ERR_MSG("setsockopt");return -1;}
//填充地址信息结构体struct sockaddr_in sin;sin.sin_family      = AF_INET;sin.sin_port        = htons(PORT);sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(GROUP_IP);  //组播地址
//绑定地址信息if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))<0){ERR_MSG("bind");return -1;}printf("bind success\n");
char buf[N] = "";struct sockaddr_in cin;socklen_t addrlen = sizeof(cin);while(1){//接收bzero(buf, sizeof(buf));if(recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen ) < 0){ERR_MSG("recvfrom");return -1;}
printf("[%s:%d] %s\n", inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), buf);}
close(sfd);return 0;
}

【3】项目：基于UDP的网络聊天室

1. 需求

项目需求：

如果有用户登录，其他用户可以收到这个人的登录信息
如果有人发送信息，其他用户可以收到这个人的群聊信息
如果有人下线，其他用户可以收到这个人的下线信息
服务器可以发送系统信息

写项目的方法：

画流程图
根据流程图写框架
将每个功能实现（一个一个实现，不要一起写）

2. 流程图

3.项目代码

GitHub - xuyongxiang/ChatRoom: 基于UDP的网络聊天室

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网络编程之UDP多点通讯

【1】网络属性

【2】多点通讯

1. 单播

2. 广播

3. 组播

【3】项目：基于UDP的网络聊天室

1. 需求

2. 流程图

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