Visual C++實現區域網路IP多播

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在區域網路中，管理員常常需要將某條資訊發送給一組使用者。如果使用一對一的發送方法，雖然是可行的，但是過於麻煩，也常會出現漏發、錯發。為了更有效解決這種組通訊問題，出現了一種多播技術（也常稱為組播通訊），它是基於IP層的通訊技術。為了協助讀者理解，下面將簡要的介紹一下多播的概念。

眾所周知，普通IP通訊是在一個寄件者和一個接收者之間進行的，我們常把它稱為點對點的通訊，但對於有些應用，這種點對點的通訊模式不能有效地滿足實際應用的需求。例如：一個數字電話會議系統由多個會場組成，當在其中一個會場的參會人發言時，要求其它會場都能即時的得到此發言的內容，這是一個典型的一對多的通訊應用，通常把這種一對多的通訊稱為多播通訊。採用多播通訊技術，不僅可以實現一個寄件者和多個接收者之間進行通訊的功能，而且可以有效減輕網路通訊的負擔，避免資源的無謂浪費。

廣播也是一種實現一對多資料通訊的模式，但廣播與多播在實現方式上有所不同。廣播是將資料從一個工作站發出，區域網路內的其他所有工作站都能收到它。這一特徵適用於無連線協定，因為LAN上的所有機器都可獲得並處理廣播訊息。使用廣播訊息的不利之處是每台機器都必須對該訊息進行處理。多播通訊則不同，資料從一個工作站發出後，如果在其它LAN上的機器上面啟動並執行進程表示對這些資料“有興趣”，多播資料才會制給它們。

本執行個體由Sender和Receiver兩個程式組成，Sender使用者從控制台上輸入多播發送資料，Receiver端都要求加入同一個多播組，完成接收Sender發送的多播資料。

一、實現方法1、協議支援

並不是所有的協議都支援多播通訊，對Win32平台而言，僅兩種可從WinSock內訪問的協議（IP/ATM）才提供了對多播通訊的支援。因通常通訊應用都建立在TCP/IP協議之上的，所以本文只針對IP協議來探討多播通訊技術。

支援多播通訊的平台包括Windows CE 2.1、Windows 95、Windows 98、Windows NT 4、Windows 2000和WindowsXP。自2.1版開始，Windows CE才開始實現對IP多播的支援。本文執行個體建立在WindowsXP專業版平台上。

2、多播地址

IP採用D類地址來支援多播。每個D類地址代表一組主機。共有28位可用來標識小組。所以可以同時有多達25億個小組。當一個進程向一個D類地址發送分組時，會盡最大的努力將它送給小組的所有成員，但不能保證全部送到。有些成員可能收不到這個分組。舉個例子來說，假定五個節點都想通過I P多播，實現彼此間的通訊，它們便可加入同一個組地址。全部加入之後，由一個節點發出的任何資料均會一模一樣地複製一份，發給組內的每個成員，甚至包括始發資料的那個節點。D類I P位址範圍在244.0.0.0到239.255.255.255之間。它分為兩類：永久地址和臨時地址。永久地址是為特殊用途而保留的。比如，244.0.0.0根本沒有使用（也不能使用），244.0.0.1代表子網內的所有系統（主機），而244.0.0.2代表子網內的所有路由器。在RFC 1700檔案中，提供了所有保留地址的一個詳細清單。該檔案是為特殊用途保留的所有資源的一個列表，大家可以找來作為參考。"Internet分配數字專家組"（I A N A）負責著這個列表的維護。在表1中，我們總結了目前標定為"保留"的一些地址。臨時組地址在使用前必須先建立，一個進程可以要求其主機加入特定的組，它也能要求其主機脫離該組。當主機上的最後一個進程脫離某個組後，該組地址就不再在這台主機中出現。每個主機都要記錄它的進程當前屬於哪個組。表1部分永久地址說明：

地 址 說 明
244.0.0.1基本地址（保留）
244.0.0.1子網上的所有系統
244.0.0.2子網上的所有路由器
244.0.0.5子網上所有OSPF路由器
244.0.0.6子網上所有指定的OSPF路由器
244.0.0.9RIP第2版本組地址
244.0.1.1網路時間協議
244.0.1.24WINS伺服器組地址

3、多播路由器

多播由特殊的多播路由器來實現，多播路由器同時也可以是普通路由器。各個多播路由器每分鐘發送一個硬體多播資訊給子網上的主機(目的地址為244.0.0.1)，要求它們報告其進程當前所屬的是哪一組，各主機將它感興趣的D類地址返回。這些詢問和響應分組使用IGMP（Internet group management protocol），它大致類似於ICMP。它只有兩種分組：詢問和響應，都有一個簡單的固定格式，其中有效載荷欄位的第一個欄位是一些控制資訊，第二欄位是一個D類地址，在RFC1112中有詳細說明。

多播路由器的選擇是通過產生樹實現的，每個多播路由器採用修改過的距離向量協議和其鄰居交換資訊，以便向每個路由器為每一組構造一個覆蓋所有組員的產生樹。在修剪產生樹及刪除無關路由器和網路時，用到了很多最佳化方法。

4、庫支援

WinSock提供了實現多播通訊的API函數調用。針對IP多播，WinSock提供了兩種不同的實現方法，具體取決於使用的是哪個版本的WinSock。第一種方法是WinSock1提供的，要求通過通訊端選項來加入一個組；另一種方法是WinSock2提供的，它是引入一個新函數，專門負責多播組的加入，這個函數便是WSAJoinLeaf，它是基層協議是無關的。本文將通過一個多播通訊的執行個體的實現過程，來講敘多播實現的主要步驟。因為Window98以後版本都安裝了Winsock2.0以上版本，所以本文執行個體在WinSock2.0平台上開發的，但在其中對WinSock1實現不同的地方加以說明。

二、編程步驟

1、啟動Visual C++6.0，建立一個控制台項目工程MultiCase。在此項目工程中添加Sender和Receiver兩個項目。Receiver項目實現步驟：

(1)、建立一個SOCK_DGRAM類型的Socket。
(2)、將此Socket綁定到本地的一個連接埠上，為了接收伺服器端發送的多播資料。
(3)、加入多播組。

①、WinSock2中引入一個WSAJoinLeaf，此函數原型如下：

SOCKET WSAJoinLeaf( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen, LPWSABUF lpCallerData, LPWSABUF lpCalleeData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS, DWORD dwFlags );

其中，第一個參數s代表一個通訊端控制代碼，是自WSASocket返回的。傳遞進來的這個通訊端必須使用恰當的多播標誌進行建立；否則的話WSAJoinLeaf就會失敗，並返回錯誤WSAEINVAL。第二個參數是SOCKADDR（通訊端地址）結構，具體內容由當前採用的協議決定，對於IP協議來說，這個地址指定的是主機打算加入的那個多播組。第三個參數namelen（名字長度）是用於指定name參數的長度，以位元組為單位。第四個參數lpCallerData（呼叫者資料）的作用是在會話建立之後，將一個資料緩衝區傳輸給自己通訊的對方。第五個參數lpCalleeData（被叫者資料）用於初始化一個緩衝區，在會話建好之後，接收來自對方的資料。注意在當前的Windows平台上，lpCallerData和lpCalleeData這兩個參數並未真正實現，所以均應設為NULL。LpSQOS和lpGQOS這兩個參數是有關Qos（服務品質）的設定，通常也設為NULL，有關Qos內容請參閱MSDN或有關書籍。最後一個參數dwFlags指出該主機是發送資料、接收資料或收發兼并。該參數可選值分別是：JL_SENDER_ONLY、JL_RECEIVER_ONLY或者JL_BOTH。

②、在WinSock1平台上加入多播組需要調用setsockopt函數，同時設定IP_ADD_MEMBERSHIP選項，指定想加入的那個組的地址結構。具體實現代碼將在下面代碼注釋列出。

#p#

(4)、接收多播資料。

Sender實現步驟：

(1)、建立一個SOCK_DGRAM類型的Socket。
(2)、加入多播組。
(3)、發送多播資料。

3、編譯兩個項目，在區域網路中按如下步驟測試：

(1)、將Sender.exe拷貝到發送多播資料的ＰＣ上。
(2)、將Receiver.exe拷貝到多個要求接收多播資料的ＰＣ上。
(3)、各自運行相應的程式。
(4)、在Sender PC上輸入多播資料後，你就可以在Receiver PC上看到輸入的多播資料。

三、程式碼

Receiver.c程式碼

#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MCASTADDR "233.0.0.1" //本例使用的多播組地址。#define MCASTPORT 5150 //綁定的本地連接埠號碼。#define BUFSIZE 1024 //接收資料緩衝大小。int main( int argc,char ** argv){　WSADATA wsd;　struct sockaddr_in local,remote,from;　SOCKET sock,sockM;　TCHAR recvbuf[BUFSIZE];　/*struct ip_mreq mcast; // Winsock1.0 */　int len = sizeof( struct sockaddr_in);　int ret;　//初始化WinSock2.2　if( WSAStartup( MAKEWORD(2,2),&wsd) != 0 )　{　　printf("WSAStartup() failed\n");　　return -1;　}　/*　建立一個SOCK_DGRAM類型的SOCKET　其中,WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF表示IP多播在控制面層上屬於"無根"類型;　WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF表示IP多播在資料面層上屬於"無根",有關控制面層和　資料面層有關概念請參閱MSDN說明。　*/　if((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,　　WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF|　　WSA_FLAG_OVERLAPPED)) == INVALID_SOCKET)　{　　printf("socket failed with:%d\n",WSAGetLastError());　　WSACleanup();　　return -1;　}　//將sock綁定到本機某連接埠上。　local.sin_family = AF_INET;　local.sin_port = htons(MCASTPORT);　local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;　if( bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )　{　　printf( "bind failed with:%d \n",WSAGetLastError());　　closesocket(sock);　　WSACleanup();　　return -1;　}　//加入多播組　remote.sin_family = AF_INET;　remote.sin_port = htons(MCASTPORT);　remote.sin_addr.s_addr = inet_addr( MCASTADDR );　/* Winsock1.0 */　/*　mcast.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCASTADDR);　mcast.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;　if( setsockopt(sockM,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(char*)&mcast,sizeof(mcast)) == SOCKET_ERROR)　{　　printf("setsockopt(IP_ADD_MEMBERSHIP) failed:%d\n",WSAGetLastError());　　closesocket(sockM);　　WSACleanup();　　return -1;　}　*/　/* Winsock2.0*/　if(( sockM = WSAJoinLeaf(sock,(SOCKADDR*)&remote,sizeof(remote),NULL,NULL,NULL,NULL,JL_BOTH)) == INVALID_SOCKET)　{　　printf("WSAJoinLeaf() failed:%d\n",WSAGetLastError());　　closesocket(sock);　　WSACleanup();　　return -1;　}　//接收多播資料，當接收到的資料為"QUIT"時退出。　while(1)　{　　if(( ret = recvfrom(sock,recvbuf,BUFSIZE,0,(struct sockaddr*)&from,&len)) == SOCKET_ERROR)　　{　　　printf("recvfrom failed with:%d\n",WSAGetLastError());　　　closesocket(sockM);　　　closesocket(sock);　　　WSACleanup();　　　return -1;　　}　　if( strcmp(recvbuf,"QUIT") == 0 ) break;　　else {　　　recvbuf[ret] = ‘\0‘;　　　printf("RECV:‘ %s ‘ FROM <%s> \n",recvbuf,inet_ntoa(from.sin_addr));　　}　}　closesocket(sockM);　closesocket(sock);　WSACleanup();　return 0;}

Sender.c程式碼

#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MCASTADDR "233.0.0.1" //本例使用的多播組地址。#define MCASTPORT 5150 //本地連接埠號碼。#define BUFSIZE 1024 //發送資料緩衝大小。int main( int argc,char ** argv){　WSADATA wsd;　struct sockaddr_in remote;　SOCKET sock,sockM;　TCHAR sendbuf[BUFSIZE];　int len = sizeof( struct sockaddr_in);　//初始化WinSock2.2　if( WSAStartup( MAKEWORD(2,2),&wsd) != 0 )　{　　printf("WSAStartup() failed\n");　　return -1;　}　if((sock=WSASocket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0,NULL,0,　　WSA_FLAG_MULTIPOINT_C_LEAF|WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF|　　WSA_FLAG_OVERLAPPED)) == INVALID_SOCKET)　{　　printf("socket failed with:%d\n",WSAGetLastError());　　WSACleanup();　　return -1;　}　//加入多播組　remote.sin_family = AF_INET;　remote.sin_port = htons(MCASTPORT);　remote.sin_addr.s_addr = inet_addr( MCASTADDR );　if(( sockM = WSAJoinLeaf(sock,(SOCKADDR*)&remote,　　sizeof(remote),NULL,NULL,NULL,NULL,　　JL_BOTH)) == INVALID_SOCKET)　{　　printf("WSAJoinLeaf() failed:%d\n",WSAGetLastError());　　closesocket(sock);　　WSACleanup();　　return -1;　}　//發送多播資料，當使用者在控制台輸入"QUIT"時退出。　while(1)　{　　printf("SEND : ");　　scanf("%s",sendbuf);　　if( sendto(sockM,(char*)sendbuf,strlen(sendbuf),0,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote))==SOCKET_ERROR)　　{　　　printf("sendto failed with: %d\n",WSAGetLastError());　　　closesocket(sockM);　　　closesocket(sock);　　　WSACleanup();　　　return -1;　　}　　if(strcmp(sendbuf,"QUIT")==0) break;　　Sleep(500);　}　closesocket(sockM);　closesocket(sock);　WSACleanup();　return 0;}

四、小結

本執行個體對IP多播通訊進行了探討，執行個體程式由Sender和Receiver兩部分組成，Sender使用者從控制台上輸入多播發送資料，Receiver端都要求加入同一個多播組，完成接收Sender發送的多播資料。

Visual C++實現區域網路IP多播