Linux环境下服务器利用组播来获取客户端IP

单播是两个主机之间端对端通信（比如TCP、UDP通信），而广播用于一个主机对整个局域网中所有主机的通信。单播和广播是两个极端，要么对一个主机通信，要么对局域网内所有主机通信。然而在实际情况下，比如要获取局域网内获取执行特殊任务主机IP，单播显然不适用，因为单播必须首先要知道通信两端的IP，而使用广播显得浪费资源。在这种需要对局域网下一组特定的主机进行通信的情况下，就用到了组播。本文针对以上情况，从组播概念、组播编程和本机IP地址获取三个方面展开阐述。

什么是组播？

组播就是将网络中同一业务类型的主机进行逻辑上的分组，进行数据收发的时候，数据仅仅仅仅在同一分组内进行，没有加入分组的主机不能收发对应的数据。
说的更通俗一点，主机好比你qq中的联系人，组播组就好比你新建的讨论组，只有加入讨论组的成员才能接受发送消息。

组播地址

说起组播地址就不得不说一下IP地址的分类。IP地址共分为五类，分别是A类、B类、C类、D类和E类。五类不同的IP地址。

5类IP地址：

类别	固定最高位	网络位	第一字节范围
A	0	8	0~127
B	10	16	128~191
C	110	24	192~223
D	1110	组播地址	224~239
E	11110	预留	240~255

D类的IP地址就是组播IP地址。其中，组播IP地址又分为局部组播地址、预留组播地址和管理权限组播地址。

局部组播地址：在224.0.0.0~224.0.0.255之间，这个区间的地址视为路由协议和其他用途保留的地址，路由器并不妆发范围的IP包。
预留组播地址：在224.0.1.0~238.255.255.255之间，可用于路由协议。
管理权限组播地址：在239.0.0.0~239.255.255.255之间，类似于私有地址，不能用于网络。

获取本机IP地址

主要用到了ioctl 函数（设备控制接口）来从网卡中获取IP信息和主机信息。顾名思义，ioctl函数就是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制，例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用个数如下：

int ioctl(int fd, ind cmd, …);

其中fd是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符，cmd是用户程序对设备的控制命令，至于后面的省略号，那是一些补充参数，一般最多一个，这个参数的有无和cmd的意义相关。
ioctl函数是文件结构中的一个属性分量，就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持，用户就可以在用户程序中使用ioctl函数来控制设备的I/O通道。
获取本机IP地址和主机名的完整代码如下：

#define ETH_NAME "eth"

void getIPHost(char** iphost)
{
    int sock;
    struct sockaddr_in   sin;
    struct ifreq   ifr;

    sock  = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        char* ENAME = (char*)malloc(5*sizeof(char));
        bzero(ENAME, 5);
        sprintf(ENAME, "%s%d", ETH_NAME, i);
        strncpy(ifr.ifr_name,   ENAME,   IFNAMSIZ);
        free(ENAME);
        ifr.ifr_name[IFNAMSIZ   -   1]   =   0;

        if (ioctl(sock,   SIOCGIFADDR,   &ifr)   >=   0)
            goto HERE;
    }

    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        char* WNAME = (char*)malloc(6*sizeof(char));
        bzero(WNAME, 6);
        sprintf(WNAME, "%s%d", WTH_NAME, i);
        strncpy(ifr.ifr_name,   WNAME,   IFNAMSIZ);
        free(WNAME);
        ifr.ifr_name[IFNAMSIZ   -   1]   =   0;

        if (ioctl(sock,   SIOCGIFADDR,   &ifr)   >=   0)    
            goto HERE;
    }

HERE:
    memcpy(&sin,   &ifr.ifr_addr,   sizeof(sin));

    char* hostname = (char*)malloc(256*sizeof(char));
    bzero(hostname, 256);
    gethostname(hostname, 256*sizeof(char));
    char* ip = inet_ntoa(sin.sin_addr);
    int lenhost  = strlen(hostname);
    int lenip = strlen(ip);
    *iphost = (char*)malloc((lenhost+lenip+2)*sizeof(char));
    bzero(*iphost, (lenhost+lenip+2)*sizeof(char));
    sprintf(*iphost,   "%s:%s",  ip, hostname);
    free(hostname);
}

这里要注意一下，代码运行时会报“No Such Device”错误，这是由于系统网卡名不是以“eth”开头，只需将ETH_NAME修改成本机网卡名即可。

组播编程

要进行组播编程必须遵从一定的编程框架。基本顺序如下：
接收端：
　　1.创建socket
　　2. 初始化本机地址信息
　　3.绑定socket和本机地址信息
　　4.将本机加入组播组
　　5.接收消息
发送端：
　　１.创建socket
　　 2. 初始化多播地址
　　 3.发送数据

组播程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现，组播的选项是IP层的。
1．选项IP_MULTICASE_TTL
选项IP_MULTICAST_TTL允许设置超时TTL，范围为0～255之间的任何值，例如：

unsigned char ttl=255;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_TTL,&ttl,sizeof(ttl));

2．选项IP_MULTICAST_IF
选项IP_MULTICAST_IF用于设置组播的默认默认网络接口，会从给定的网络接口发送，另一个网络接口会忽略此数据。例如：

struct in_addr addr;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_IF,&addr,sizeof(addr));

参数addr是希望多播输出接口的IP地址，使用INADDR_ANY地址回送到默认接口。
默认情况下，当本机发送组播数据到某个网络接口时，在IP层，数据会回送到本地的回环接口，选项IP_MULTICAST_LOOP用于控制数据是否回送到本地的回环接口。例如：

unsigned char loop;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_MULTICAST_LOOP,&loop,sizeof(loop));//参数loop设置为0禁止回送，设置为1允许回送。

3．选项IP_ADD_MEMBERSHIP和IP_DROP_MEMBERSHIP
加入或者退出一个多播组。例如：

struct ip_mreq mreq;
setsockopt(s,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq));

以下为详细代码：

发送端代码:

#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.100"    /*一个局部连接多播地址，路由器不进行转发*/
#define MCAST_INTERVAL 5                            /*发送间隔时间*/
int main(int argc, char*argv)
{
    int s;
    char *iphost;
    struct sockaddr_in mcast_addr;     
    s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);         /*建立套接字*/
    if (s == -1)
    {
        perror("socket()");
        return -1;
    }

    memset(&mcast_addr, 0, sizeof(mcast_addr));/*初始化IP多播地址为0*/
    mcast_addr.sin_family = AF_INET;                /*设置协议族类行为AF*/
    mcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR);/*设置多播IP地址*/
    mcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);        /*设置多播端口*/
   /*获取本机地址*/
   getIPHost(&iphost);
    /*向多播地址发送数据*/
    while(1) {
        int n = sendto(s,        /*套接字描述符*/
                iphost,     /*数据*/
                sizeof(iphost),    /*长度*/
                0,(struct sockaddr*)&mcast_addr,
                sizeof(mcast_addr)) ;
        if( n < 0)
        {
            perror("sendto()");
            return -2;
        }      

        sleep(MCAST_INTERVAL);                          /*等待5s*/
    }

    return 0；
}

接收端代码：

#define MCAST_PORT 8888;
#define MCAST_ADDR "224.0.0.100"     /*一个局部连接多播地址，路由器不进行转发*/
#define MCAST_INTERVAL 5                        /*发送间隔时间*/
#define BUFF_SIZE 256                           /*接收缓冲区大小*/
int main(int argc, char*argv[])
{  
    int s;                                      /*套接字文件描述符*/
    struct sockaddr_in local_addr;              /*本地地址*/
    int err = -1;

    s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);     /*建立套接字*/
    if (s == -1)
    {
        perror("socket()");
        return -1;
    }  

                                                /*初始化地址*/
    memset(&local_addr, 0, sizeof(local_addr));
    local_addr.sin_family = AF_INET;
    local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    local_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);

                                                /*绑定socket*/
    err = bind(s,(struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr)) ;
    if(err < 0)
    {
        perror("bind()");
        return -2;
    }

                                                /*设置回环许可*/
    int loop = 1;
    err = setsockopt(s,IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP,&loop, sizeof(loop));
    if(err < 0)
    {
        perror("setsockopt():IP_MULTICAST_LOOP");
        return -3;
    }

    struct ip_mreq mreq;                                    /*加入多播组*/
    mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MCAST_ADDR); /*多播地址*/
    mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*网络接口为默认*/
                                                        /*将本机加入多播组*/
    err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
    (mreq));
    if (err < 0)
    {
        perror("setsockopt():IP_ADD_MEMBERSHIP");
        return -4;
    }

    int times = 0;
    int addr_len = 0;
    char buff[BUFF_SIZE];
    int n = 0;
                                        /*循环接收多播组的消息，5次后退出*/
    for(times = 0;times<5;times++)
    {
        addr_len = sizeof(local_addr);
        memset(buff, 0, BUFF_SIZE);                 /*清空接收缓冲区*/
                                                    /*接收数据*/
        n = recvfrom(s, buff, BUFF_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr,
        &addr_len);
        if( n== -1)
        {
            perror("recvfrom()");
        }
                                                    /*打印信息*/
        printf("Recv %dst message from server:%s\n", times, buff);
        sleep(MCAST_INTERVAL);
    }

                                                    /*退出多播组*/
    err = setsockopt(s, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq, sizeof
    (mreq));

    close(s);
    return 0;
}

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