网络通信：单播、广播、组播

本文目录：

一、网络通信的分类、他们的定义和特点。

二、单播、广播、组播的传输信息的网络拓扑模型。

三、单播、广播、组播的编程实例。

一、网络通信的分类、他们的定义和特点。

二、单播、广播、组播的传输信息的网络拓扑模型。

（一）单播

如图8-1 所示，网络中存在信息发送者Source，UserA 和UserC 提出信息需求，网络采用单播方式传输信息。

单播传输特点归纳如下：
* Source 向每个Receiver 地址发送一份独立的拷贝信息：packets for UserA；packets for UserC。
* 网络为每个Receiver 分别建立一条独立的数据传送通路：Source→ RouterB → RouterE → RouterD → UserA；Source → RouterB → RouterE → RouterF → UserC。
单播方式下，网络中传输的信息量和需求该信息的用户量成正比，当需求该信息的用户量较大时，网络中将出现多份相同信息流。此时，带宽成为保证网络传输质量的重要瓶颈。
单播方式较适合用户稀少的网络，不利于信息规模化发送。

（二）广播

如图8-2 所示，网络中存在信息发送者Source，UserA 和UserC 提出信息需求，网络采用广播方式传输信息。
                            

广播传输特点归纳如下：
* Source 向本网络广播地址发送且仅发送一份报文：packets for all the network。
* 网络将报文拷贝传送到所有网段，不管是否需要，保证信息到达网络中所有的路由器和用户：UserB 也同样接收到一份拷贝。
广播方式下，网络中所有用户都能接收到该信息，当网络中需求该信息的用户量很小时，网络资源利用率将非常低，带宽浪费严重。不需要这些信息的用户也会受到影响。
广播方式较适合用户稠密的网络，信息安全性和有偿服务得不到保障。 

（三）多播

如图8-3 所示，网络中存在信息发送者Source、UserA 和UserC 提出信息需求，网络采用组播方式传输信息。

组播传输特点归纳如下：
* Multicast group 称为组播组，使用一个IP 组播地址标识。UserA 和UserC 两个信息接收者，加入该组播组，从而可以接收发往该组播组的数据。
* Source 称为组播源，向该组播组地址发送且仅发送一份报文：packets for the multicast group。网络传输过程中，相同的组播数据流在每一条链路上最多仅有一份。相比单播来说，使用组播方式传递信息，用户的增加不会显著增加网络的负载。
* 根据组播组成员的分布情况，组播路由协议为多目的端的数据包转送建立树型路由。报文在尽可能远的分叉路口（如RouterE）才开始复制和分发，最终传送到组播组成员。相比广播来说，组播数据仅被传输到有接收者的地方，不会造成网络资源的浪费。
* 网络中支持组播功能的路由器称为“组播路由器”，不仅提供组播路由功能，还能够在与网络用户连接的末梢网段上提供组成员管理功能（如RouterD 和RouterF）。同时，自己本身也可能是组播组成员。
* 组播组中的成员是动态的，网络中的用户主机可以在任何时刻加入和离开组播组。组成员可能广泛分布在网络中的任何地方。组播源通常不会同时是其发送数据的接收者，即不属于其对应的目的组播组。
* 一个源可以同时向多个组播组发送数据；多个源可以同时向一个组播组发送报文。
* 为了帮助理解，可以类比收看某电视频道的节目。
* 组播组是发送者和接收者之间的一个约定，如同电视频道。
* 电视台是组播源，它向某频道内发送数据。
* 电视机是接收者主机，观众打开电视机选择收看某频道的节目，表示主机加入某组播组；然后电视机播放该频道电视节目，表示主机接收到发送给这个组的数据。
* 观众可以随时控制电视机的开关和频道间的切换，表示主机动态的加入或退出某组播组。

三、单播、广播、组播的编程实例。

（1）单播实例：(一个echo服务器，可以同时和多个用户通信)

head.h

<span style="font-size:12px;">#ifndef _HEAD_H_
#define _HEAD_H_

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<strings.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h> 
#include<netinet/in.h>
#include<error.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>      //fork
#include<sys/wait.h>

#define SER_PORT 50004
#define SER_IP "192.168.192.128"
#define CLIENT_PORT 50000
#define CLIENT_IP "192.168.192.128"

#define BUFF_SIZE 100
#define SIZE 20

typedef struct _USER
{
	char name[SIZE];
	char passwd[SIZE];
}usr;
#define sys_err(_msg)  error(EXIT_FAILURE,errno,_msg)
/*errno是个全局变量，调用之后，可以在发生错误的情况下，也能输出——msg信息
*作为调试用
* */
#endif
</span>

server.c

<span style="font-size:12px;">#include "head.h"
int socket_init()
{
   int sockfd;
	 struct sockaddr_in sockaddr;
   if((( sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1))
		   sys_err("socket");
 
   bzero(&sockaddr,sizeof(sockaddr));
   sockaddr.sin_family=AF_INET;
   sockaddr.sin_port=htons(SER_PORT);
   sockaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
	printf("%d=====\n",sockfd);

   if((bind(sockfd,(struct sockaddr*)&sockaddr,sizeof(sockaddr)))==-1)
        sys_err("bind");

    listen(sockfd,5); //要懂得监听的作用，其实就是建立一个缓冲队列，让创建的队列最多可以允许五个套接字进入
    return sockfd;
}

int do_echo(int connectfd)
{
	  char sbuf[BUFF_SIZE];
	  char rbuf[BUFF_SIZE];
    int n;
	printf("int the server ==========\n");
	while(1)
	{
		printf("===============in the do_echo\n");
		bzero(rbuf,BUFF_SIZE);
		if((n=recv(connectfd,rbuf,BUFF_SIZE,0))==-1)
		  	sys_err("recv");

		if(n==0)     //如果接受为0，代表客户端已经断线，返回-1
			return -1;

		printf("server:rbuf==%s\n",rbuf);
		sprintf(sbuf,"%s %s",rbuf,"---------echo");

		send(connectfd,sbuf,strlen(sbuf),0);
	}
      
	return ;
}
int main(int argc,const char * argv[])
{
    //步骤：
	/*
	 *1 创建套接字socket();
	 *2 与IP地址绑定bind();
	 *3监听  listen();
	 *4如果有链接，接受链接，进行三次握手accept();
	 *5与客户端进行数据的传输read(),send();
	 *6关闭套接字close(sockfd);
	 * 
	 *注意：要掌握熟练掌握各个接口的调用
	 * 为了实现多客户端和服务器的交互，该怎么做
	 * */

	int sockfd;//具有基本属性的套接字描述符
	int connectfd;//进行三次握手之后的套接字描述符

     sockfd=socket_init();
    //listen(sockfd,5); //要懂得监听的作用，其实就是建立一个缓冲队列，让创建的将要
		            //连接的套接字描述符进队和出队
/*
 *
 *
 *     The   accept()	system	 call  is  used  with  connection-based  socket  types
 *      (SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET).  It extracts the first connection request on the
 *      queue  of  pending  connections for the listening socket, sockfd, creates a new
 *
 *
 * */
	 pid_t pid;

    signal(SIGCHLD,SIG_IGN);

	while(1)
	{

        connectfd=accept(sockfd,NULL,NULL);   //一个服务器可以和多个客户端进程多次握手连接。 切记，connect（）函数在UDP协议中也可以用，不是TCP的专用
		  if(connectfd == -1)
	         sys_err("accept");

		if(-1==(pid=fork()))
		{
			perror("fork");
		}
		else if(pid==0)
		{

		printf("do_echo===%d\n", do_echo(connectfd));
		close(connectfd);    //将子进程从父进程复制到的套接字资源，关闭了
			close(sockfd);
		}
	}
close(connectfd);//父进程关闭自己的套接字
 	close(sockfd);
     return 0;

}</span><span style="font-size:14px;">
</span>

sender.c  :

<span style="font-size:14px;">#include"head.h"
int main(int argc,const char * argv[])
{

	int sockfd;
	struct sockaddr_in sockaddr;
	char rbuf[BUFF_SIZE];
	if(-1==(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)))    //由于TCP只支持一对一通信，UDP可以一对一，一对多，多对一，多对多。由于这个广播。是多对多。所以只能是SOCK_DGRAM
		perror("socket");

	bzero(&sockaddr,sizeof(sockaddr));
	sockaddr.sin_family=AF_INET;
	sockaddr.sin_port=htons(BRAOD_PORT);   //#define BRAOD_PORT 50001
	sockaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(BRAOD_IP);//#define BRAOD_IP "192.168.1.255"

	if(-1==bind(sockfd,(struct sockaddr *)&sockaddr,sizeof(sockaddr)))
		perror("bind");


     while(1)
	 {
		 bzero(&rbuf,sizeof(rbuf));
		 recvfrom(sockfd,rbuf,BUFF_SIZE,0,(struct sockaddr*)&sockaddr,sizeof(sockaddr));
		 printf("--------%s-------\n",rbuf);
	 }

	 close(sockfd);
	 return 0;
}</span>

（3）组播实例：

sender.c :

<span style="font-size:14px;">#include"head.h"
int main(int argc ,const char * argv[])
{
	/*
	 *创建组播发送方的步骤：
	 *创建套接字
	 *设置组播地址（可选）
	 *发送数据
	 *关闭套接字
	 * */

	int sockfd;
	struct sockaddr_in multiaddr;
	char sbuf[BUFF_SIZE]="hello,xiaowang....\n";
    int n;
	if(-1==(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)))
	   perror("socket");

	bzero(&multiaddr,sizeof(multiaddr));
    multiaddr.sin_family=AF_INET;
	multiaddr.sin_port=htons(MULTI_PORT);   //#define MULTI_PORT 50002   只要是用户自定义端口即可
	multiaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(MULTI_IP);</span>

<span style="font-size:14px;">            //#define MULTI_IP "224.4.4.4"  D类地址是组播地址224.0.0.1---239.255.255.254

	while(1)
	{
		sleep(1);
		if(-1==(n=sendto(sockfd,sbuf,strlen(sbuf),0,(struct sockaddr*)&multiaddr,sizeof(multiaddr))))
			perror("sendto");

		printf("in the sending..........\n");
	}	
    return 0;
}</span>

recevier.c :

<span style="font-size:14px;">#include"head.h"
int main(int argc,const char * argv[])
{
      int sockfd;
	  int n;
	  char rbuf[BUFF_SIZE];
      struct  sockaddr_in groupaddr;

	  //创建套接字
	  if(-1==(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)))
		  perror("socket");

	  //加入组播
    struct ip_mreqn multiaddr;     //这些在Man 2 setsockopt  时在signal的有关描述中可以查到的
	  multiaddr.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr(MULTI_IP);
	  multiaddr.imr_address.s_addr=inet_addr(LOCAL_IP);
	  multiaddr.imr_ifindex=0;

    //设置套接字允许发送组播信息的属性
      if(-1==setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&multiaddr,sizeof(multiaddr)))
		      perror("setsockopt");


    //绑定组播地址
	  bzero(&groupaddr,sizeof(groupaddr));
	  groupaddr.sin_family=AF_INET;
	  groupaddr.sin_port=htons(MULTI_PORT);
	  groupaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(MULTI_IP);

	  bind(sockfd,(struct sockaddr*)&groupaddr,sizeof(groupaddr));

      int t;
	  while(1)
	  {
	//	  bzero(&rbuf,sizeof(rbuf));
           t=sizeof(groupaddr);
		  if(-1==(n=recvfrom(sockfd,rbuf,BUFF_SIZE,0,(struct sockaddr*)&groupaddr,&t)))
			  perror("recvfrom");
            sleep(1);  
		  printf("%s-----------\n",rbuf);
	  }
	  return 0;
}
</span>

参考文献：http://www.xici.net/d79537500.htm