用Visual C++在局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IP多播

在局域網(wǎng)中，管理員常常需要將某條信息發(fā)送給一組用戶。如果使用一對(duì)一的發(fā)送方法，雖然是可行的，但是過(guò)于麻煩，也常會(huì)出現(xiàn)漏發(fā)、錯(cuò)發(fā)。為了更有效的解決這種組通信問(wèn)題，出現(xiàn)了一種多播技術(shù)（也常稱為組播通信），它是基于IP層的通信技術(shù)。為了幫助讀者理解，下面將簡(jiǎn)要的介紹一下多播的概念。

眾所周知，普通IP通信是在一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接收者之間進(jìn)行的，我們常把它稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，但對(duì)于有些應(yīng)用，這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式不能有效地滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。例如：一個(gè)數(shù)字電話會(huì)議系統(tǒng)由多個(gè)會(huì)場(chǎng)組成，當(dāng)在其中一個(gè)會(huì)場(chǎng)的參會(huì)人發(fā)言時(shí)，要求其它會(huì)場(chǎng)都能即時(shí)的得到此發(fā)言的內(nèi)容，這是一個(gè)典型的一對(duì)多的通信應(yīng)用，通常把這種一對(duì)多的通信稱為多播通信。采用多播通信技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)發(fā)送者和多個(gè)接收者之間進(jìn)行通信的功能，而且可以有效減輕網(wǎng)絡(luò)通信的負(fù)擔(dān)，避免資源的無(wú)謂浪費(fèi)。

廣播也是一種實(shí)現(xiàn)一對(duì)多數(shù)據(jù)通信的模式，但廣播與多播在實(shí)現(xiàn)方式上有所不同。廣播是將數(shù)據(jù)從一個(gè)工作站發(fā)出，局域網(wǎng)內(nèi)的其他所有工作站都能收到它。這一特征適用于無(wú)連接協(xié)議，因?yàn)長(zhǎng)AN上的所有機(jī)器都可獲得并處理廣播消息。使用廣播消息的不利之處是每臺(tái)機(jī)器都必須對(duì)該消息進(jìn)行處理。多播通信則不同，數(shù)據(jù)從一個(gè)工作站發(fā)出后，如果在其它LAN上的機(jī)器上面運(yùn)行的進(jìn)程表示對(duì)這些數(shù)據(jù)"有興趣"，多播數(shù)據(jù)才會(huì)制給它們。

本實(shí)例由Sender和Receiver兩個(gè)程序組成，Sender用戶從控制臺(tái)上輸入多播發(fā)送數(shù)據(jù)，Receiver端都要求加入同一個(gè)多播組，完成接收Sender發(fā)送的多播數(shù)據(jù)。

一、實(shí)現(xiàn)方法

1、 協(xié)議支持

并不是所有的協(xié)議都支持多播通信，對(duì)Win32平臺(tái)而言，僅兩種可從WinSock內(nèi)訪問(wèn)的協(xié)議（IP/ATM）才提供了對(duì)多播通信的支持。因通常通信應(yīng)用都建立在TCP/IP協(xié)議之上的，所以本文只針對(duì)IP協(xié)議來(lái)探討多播通信技術(shù)。

支持多播通信的平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)IP多播的支持。本文實(shí)例建立在WindowsXP專業(yè)版平臺(tái)上。

2、多播地址

IP采用D類地址來(lái)支持多播。每個(gè)D類地址代表一組主機(jī)。共有28位可用來(lái)標(biāo)識(shí)小組。所以可以同時(shí)有多達(dá)25億個(gè)小組。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程向一個(gè)D類地址發(fā)送分組時(shí)，會(huì)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(gè)分組。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，假定五個(gè)節(jié)點(diǎn)都想通過(guò)I P多播，實(shí)現(xiàn)彼此間的通信，它們便可加入同一個(gè)組地址。全部加入之后，由一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的任何數(shù)據(jù)均會(huì)一模一樣地復(fù)制一份，發(fā)給組內(nèi)的每個(gè)成員，甚至包括始發(fā)數(shù)據(jù)的那個(gè)節(jié)點(diǎn)。D類I P地址范圍在244.0.0.0到239.255.255.255之間。它分為兩類：永久地址和臨時(shí)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(méi)有使用（也不能使用），244.0.0.1代表子網(wǎng)內(nèi)的所有系統(tǒng)（主機(jī)），而244.0.0.2代表子網(wǎng)內(nèi)的所有路由器。在RFC 1700文件中，提供了所有保留地址的一個(gè)詳細(xì)清單。該文件是為特殊用途保留的所有資源的一個(gè)列表，大家可以找來(lái)作為參考。"Internet分配數(shù)字專家組"（I A N A）負(fù)責(zé)著這個(gè)列表的維護(hù)。在表1中，我們總結(jié)了目前標(biāo)定為"保留"的一些地址。臨時(shí)組地址在使用前必須先創(chuàng)建，一個(gè)進(jìn)程可以要求其主機(jī)加入特定的組，它也能要求其主機(jī)脫離該組。當(dāng)主機(jī)上的最后一個(gè)進(jìn)程脫離某個(gè)組后，該組地址就不再在這臺(tái)主機(jī)中出現(xiàn)。每個(gè)主機(jī)都要記錄它的進(jìn)程當(dāng)前屬于哪個(gè)組。

表1 部分永久地址說(shuō)明

地 址 說(shuō) 明
地 址 說(shuō) 明244.0.0.1 基本地址（保留）244.0.0.1 子網(wǎng)上的所有系統(tǒng)244.0.0.2 子網(wǎng)上的所有路由器244.0.0.5 子網(wǎng)上所有OSPF路由器244.0.0.6 子網(wǎng)上所有指定的OSPF路由器244.0.0.9 RIP第2版本組地址244.0.1.1 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議244.0.1.24 WINS服務(wù)器組地址

3、 多播路由器

多播由特殊的多播路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)，多播路由器同時(shí)也可以是普通路由器。各個(gè)多播路由器每分鐘發(fā)送一個(gè)硬件多播信息給子網(wǎng)上的主機(jī)(目的地址為244.0.0.1)，要求它們報(bào)告其進(jìn)程當(dāng)前所屬的是哪一組，各主機(jī)將它感興趣的D類地址返回。這些詢問(wèn)和響應(yīng)分組使用IGMP（Internet group management protocol），它大致類似于ICMP。它只有兩種分組：詢問(wèn)和響應(yīng)，都有一個(gè)簡(jiǎn)單的固定格式，其中有效載荷字段的第一個(gè)字段是一些控制信息，第二字段是一個(gè)D類地址，在RFC1112中有詳細(xì)說(shuō)明。

多播路由器的選擇是通過(guò)生成樹實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)多播路由器采用修改過(guò)的距離矢量協(xié)議和其鄰居交換信息，以便向每個(gè)路由器為每一組構(gòu)造一個(gè)覆蓋所有組員的生成樹。在修剪生成樹及刪除無(wú)關(guān)路由器和網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用到了很多優(yōu)化方法。

4．庫(kù)支持

WinSock提供了實(shí)現(xiàn)多播通信的API函數(shù)調(diào)用。針對(duì)IP多播，WinSock提供了兩種不同的實(shí)現(xiàn)方法，具體取決于使用的是哪個(gè)版本的WinSock。第一種方法是WinSock1提供的，要求通過(guò)套接字選項(xiàng)來(lái)加入一個(gè)組；另一種方法是WinSock2提供的，它是引入一個(gè)新函數(shù)，專門負(fù)責(zé)多播組的加入，這個(gè)函數(shù)便是WSAJoinLeaf，它是基層協(xié)議是無(wú)關(guān)的。本文將通過(guò)一個(gè)多播通信的實(shí)例的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，來(lái)講敘多播實(shí)現(xiàn)的主要步驟。因?yàn)閃indow98以后版本都安裝了Winsock2.0以上版本，所以本文實(shí)例在WinSock2.0平臺(tái)上開發(fā)的，但在其中對(duì)WinSock1實(shí)現(xiàn)不同的地方加以說(shuō)明。

二、編程步驟

1、啟動(dòng)Visual C++6.0，創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)項(xiàng)目工程MultiCase。在此項(xiàng)目工程中添加Sender和Receiver兩個(gè)項(xiàng)目。

Receiver項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)步驟：

(1)、創(chuàng)建一個(gè)SOCK_DGRAM類型的Socket。

(2)、將此Socket綁定到本地的一個(gè)端口上，為了接收服務(wù)器端發(fā)送的多播數(shù)據(jù)。

(3)、加入多播組。

①、 WinSock2中引入一個(gè)WSAJoinLeaf，此函數(shù)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(gè)參數(shù)s代表一個(gè)套接字句柄，是自WSASocket返回的。傳遞進(jìn)來(lái)的這個(gè)套接

字必須使用恰當(dāng)?shù)亩嗖?biāo)志進(jìn)行創(chuàng)建；否則的話WSAJoinLeaf就會(huì)失敗，并返回錯(cuò)誤WSAEINVAL。第二個(gè)參數(shù)是SOCKADDR（套接字地址）結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容由當(dāng)前采用的協(xié)議決定，對(duì)于IP協(xié)議來(lái)說(shuō)，這個(gè)地址指定的是主機(jī)打算加入的那個(gè)多播組。第三個(gè)參數(shù)namelen（名字長(zhǎng)度）是用于指定name參數(shù)的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。第四個(gè)參數(shù)lpCallerData（呼叫者數(shù)據(jù)）的作用是在會(huì)話建立之后，將一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)傳輸給自己通信的對(duì)方。第五個(gè)參數(shù)lpCalleeData（被叫者數(shù)據(jù)）用于初始化一個(gè)緩沖區(qū)，在會(huì)話建好之后，接收來(lái)自對(duì)方的數(shù)據(jù)。注意在當(dāng)前的Windows平臺(tái)上，lpCallerData和lpCalleeData這兩個(gè)參數(shù)并未真正實(shí)現(xiàn)，所以均應(yīng)設(shè)為NULL。LpSQOS和lpGQOS這兩個(gè)參數(shù)是有關(guān)Qos（服務(wù)質(zhì)量）的設(shè)置，通常也設(shè)為NULL，有關(guān)Qos內(nèi)容請(qǐng)參閱MSDN或有關(guān)書籍。最后一個(gè)參數(shù)dwFlags指出該主機(jī)是發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)或收發(fā)兼并。該參數(shù)可選值分別是：JL_SENDER_ONLY、JL_RECEIVER_ONLY或者JL_BOTH。

②、在WinSock1平臺(tái)上加入多播組需要調(diào)用setsockopt函數(shù)，同時(shí)設(shè)置IP_ADD_MEMBERSHIP選項(xiàng)，指定想加入的那個(gè)組的地址結(jié)構(gòu)。具體實(shí)現(xiàn)代碼將在下面代碼注釋列出。

(4)、接收多播數(shù)據(jù)。

Sender實(shí)現(xiàn)步驟：

(1)、創(chuàng)建一個(gè)SOCK_DGRAM類型的Socket。

(2)、加入多播組。

(3)、發(fā)送多播數(shù)據(jù)。

3、編譯兩個(gè)項(xiàng)目，在局域網(wǎng)中按如下步驟測(cè)試：

（1）、將Sender.exe拷貝到發(fā)送多播數(shù)據(jù)的PC上。

（2）、將Receiver.exe拷貝到多個(gè)要求接收多播數(shù)據(jù)的PC上。

（3）、各自運(yùn)行相應(yīng)的程序。

（4）、在Sender PC上輸入多播數(shù)據(jù)后，你就可以在Receiver PC上看到輸入的多播數(shù)據(jù)。

//////////////////////////////Receiver.c程序代碼：
#include
#include
#include
#include
#define MCASTADDR "233.0.0.1" //本例使用的多播組地址。
#define MCASTPORT 5150 //綁定的本地端口號(hào)。
#define BUFSIZE 1024 //接收數(shù)據(jù)緩沖大小。
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() failedn");
return -1;
　}
　/*
　創(chuàng)建一個(gè)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于"無(wú)根"類型;
　WSA_FLAG_MULTIPOINT_D_LEAF表示IP多播在數(shù)據(jù)面層上屬于"無(wú)根",有關(guān)控制面層和
　數(shù)據(jù)面層有關(guān)概念請(qǐng)參閱MSDN說(shuō)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:%dn",WSAGetLastError());
WSACleanup();
return -1;
　}
　//將sock綁定到本機(jī)某端口上。
　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:%dn",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:%dn",WSAGetLastError());
closesocket(sock);
WSACleanup();
return -1;
　}
　//接收多播數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)為"QUIT"時(shí)退出。
　while(1)
　{
if(( ret = recvfrom(sock,recvbuf,BUFSIZE,0,(struct sockaddr*)&from,&len)) == SOCKET_ERROR)
{
printf("recvfrom failed with:%dn",WSAGetLastError());
closesocket(sockM);
closesocket(sock);
WSACleanup();
return -1;
}
if( strcmp(recvbuf,"QUIT") == 0 ) break;
else {
recvbuf[ret] = '