《TCP/IP网络编程》（第十四章）多播与广播

当需要向多个用户发送多媒体信息时，如果使用TCP套接字，则需要维护与用户数量相等的套接字；如果使用之前学习的UDP，传输次数也需要和用户数量相同。
所以为了解决这些问题，可以采用多播和广播技术，这样只需要发送一次，所有用户都能接收到信息

1.多播

多播（Multicast）方式的数据传输是基于UDP完成的，使用多播组地址来标识一组感兴趣的接收者，只有加入到这个多播组的设备才会接收到发送的数据包。
多播常用于视频会议、在线直播、IPTV等场景，其中数据需要发送给多个特定的接收者而不是所有人。

1.1 多播的数据传输特点

1. 多播服务器针对特定的多播组，只发送一次数据
2. 即使只发送一次数据，该组内所有客户端都会接受到数据
3. 多播组数可以在IP地址范围内任意增加
4. 加入多播组就能收到数据
5. 多播组时D类IP地址（IP地址分类参考《TCP/IP网络编程》（第三章）地址族和数据序列），即224.0.0.0~239.255.255.255

1.2 多播技术原理

多播技术基于UDP传输，所以多播数据包和UDP数据包大致相同，但向网络传输多播数据包时，路由器会复制该数据包并传递到多个主机，如下图所示

PS:有的路由器不支持多播通信，也会使用隧道通信（这里不展开）

2.多播编程

2.1 路由（Routing）和TTL（Time to Live，生存时间）

TTL是决定“数据包传输距离”的主要因素，TTL用整数表示，每经过一个路由器就减1，变为0时就销毁。故TTL设置过大会影响流量，设置过小会无法传输到目标，过程如下图所示

2.2 设置TTL

通过套接字选项中，IPPROTO_IP协议层中的IP_MULTICAST_TTL完成设置

int send_sock;
send_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
int TTL = 64; // 你希望设置的TTL值
setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, (void*)&TTL, sizeof(TTL));

2.3 设置加入多播组

通过IPPROTO_IP协议层中的IP_ADD_MEMBERSHIP完成设置

int recv_sock;
recv_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
struct ip_mreq join_adr;
join_adr.imr_multiaddr.s_addr ="多播组地址信息";
join_adr.imr_interface.s_addr="加入多播组的主机地址信息";
setsockopt(recv_sock,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(void*)&join_adr,sizeof(join_adr));

//ip_mreq 结构体信息
typedef struct ip_mreq {
    struct in_addr imr_multiaddr; // 多播组的IP地址
    struct in_addr imr_interface; // 加入多播组的主机地址信息
};

3.广播

广播是向同一网络中的所有主机传输数据，也是基于UDP完成的，而多播是发送给特定的组。广播分为两种形式：直接广播和本地广播。

①直接广播： 发送者将数据包发送到特定的远程网络的广播地址。这意味着数据包将穿越多个网络，直到到达指定的远程网络。

②本地广播： 发送者将数据包发送到本网络的广播地址。这种广播不会跨越网络边界，仅限于本地网络。

4.广播编程

4.1 设置广播选项

通过套接字选项中，SOL_SOCKET协议层中的SO_BROADCAST完成设置

int send_sock;
send_sock= socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//使用UDP传输
......
int opt = 1; // 启用广播
setsockopt(send_sock, SOL_SOCKET, SOL_SOCKET, (void*)&opt, sizeof(opt));

PS: 在Windows平台中，该技术的套接字设置没有区别，只需要修改对应的变量和头文件即可

5.多播与广播对比

1. 接收者范围： 广播发送给所有设备，而多播只发送给特定的组。
2. 网络效率： 多播比广播更高效，因为它减少了不必要的数据传输。
3. 地址类型： 广播使用广播地址，多播使用多播地址。
4. 适用场景： 广播适用于需要通知所有设备的场景，而多播适用于需要向特定群体发送数据的场景。

5.1 多播的使用场景

1. 大规模数据分发： 股票市场信息、新闻更新或在线直播。
2. 视频会议和在线教育
3. IPTV和多媒体流
4. 网络监控和安全
5. 分布式计算
6. 实时数据服务： 天气更新、交通信息或金融市场数据，可以多播给所有订阅服务的用户。

5.2 广播的使用场景

1. 局域网内通信： 如打印作业请求或网络发现协议。
2. 设备发现： 一些设备和服务使用广播来发现网络上的其他设备。
3. 游戏和娱乐： 在局域网游戏或多媒体应用中，广播可以用于快速发现和连接游戏服务器或媒体播放设备。
4. 紧急通知系统： 在某些情况下，可能需要向局域网内的所有设备发送紧急通知或警报。