Python 实现udp组播

Posted 2023-04-13

参考技术A 有关知识
基本概念
单播：两个主机间单对单的通信
广播：一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信（网络地址全1）
单播和广播是两个极端，要么对一个主机进行通信，要么对整个局域网的主机进行通信

组播：实际情况下，经常需要对一组特定的主机进行通信，而不是所有局域网上的主机
IP组播（也称多址广播或多播），是一种允许一台或多台主机发送数据包到多台主机的TCP/IP网路技术。

多播是 IPv6 数据包的 3 种基本目的地址类型之一，多播是一点对多点的通信,　IPv6 没有采用 IPv4 中的组播术语，而是将广播看成是多播的一个特殊例子。

多播组只能用UDP 或者原始套接字实现，不能用TCP。

广播地址
在使用TCP/IP 协议的网络中，主机标识段host ID 为全1 的IP 地址为广播地址，广播的分组传送给host ID段所涉及的所有计算机。

传输层只有UDP可以广播 。

组播地址
IP 组播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它是一个 D 类 IP 地址，范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类：

局部链接多播地址范围在 224.0.0.0~224.0.0.255，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包；

预留多播地址为 224.0.1.0~238.255.255.255，可用于全球范围（如Internet）或网络协议；

管理权限多播地址为 239.0.0.0~239.255.255.255，可供组织内部使用，类似于私有 IP 地址，不能用于 Internet，可限制多播范围。

组播地址与MAC地址的映射
使用同一个 IP 多播地址接收多播数据包的所有主机构成了一个主机组，也称为多播组。一个多播组的成员是随时变动的，一台主机可以随时加入或离开多播组，多播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制，一台主机也可以属于几个多播组。

这个我们可以这样理解，多播地址就类似于 QQ 群号，多播组相当于 QQ 群，一个个的主机就相当于群里面的成员。

设备驱动程序就必须接收所有多播数据帧，然后对它们进行过滤，这个过滤过程是网络驱动或IP层自动完成。（设备驱动程序会对多播数据进行过滤，将其发到相应的位置）

组播应用
单点对多点应用
点对多点应用是指一个发送者，多个接收者的应用形式，这是最常见的多播应用形式。典型的应用包括：媒体广播、媒体推送、信息缓存、事件通知和状态监视等。

多点对单点应用
多点对点应用是指多个发送者，一个接收者的应用形式。通常是双向请求响应应用，任何一端（多点或点）都有可能发起请求。典型应用包括：资源查找、数据收集、网络竞拍、信息询问等。

多点对多点应用
多点对多点应用是指多个发送者和多个接收者的应用形式。通常，每个接收者可以接收多个发送者发送的数据，同时，每个发送者可以把数据发送给多个接收者。典型应用包括：多点会议、资源同步、并行处理、协同处理、远程学习、讨论组、分布式交互模拟（DIS）、多人游戏等。
参考的文章 https://www.cnblogs.com/schips/p/12552534.html

下面实现一个python（3.8）的演示原理的版本
功能：1.每个客户端随机生成一个id当做标识
2.每个客户端绑定本机一个Ip的端口（在同一台机器上面可以启动多个脚本）
3. 加入同一网段的一个组播地址
4. 启动后，发送一个消息
5. 收到消息后，根据id判断消息是否是自己发出的，其它客户端的时候回一个消息

启动两个脚本以后效果如下：

ps:在相同网段可以很容易实现组播。跨网段组播必须打开三层交换机的组播路由协议，一般是PIM 稀疏模式，一般三层交换机的默认配置是没有打开组播路由的。（待实践）

QT的UDP组播技术

一 UDP介绍

UDP是一种简单轻量级的传输层协议，提供无连接的，不可靠的报文传输。适合下面4种情况：

网络数据大多为短消息。

拥有大量客户端。

对数据安全性无特殊要求

网络负担非常重，但对响应速度要求高。

二 基于udp协议的c/s编程模型（广播），组播的话，明天再看。

客户端：

class Sender : public QObject
{
    Q_OBJECT //可以使用信号和槽
public:
    explicit Sender(QObject *parent = 0);
    ~Sender();//虚构函数无返回值
    void start();
public slots:
    void broadcastDatagram();

private:
    QUdpSocket *udpSocket;//包含 <QtNetwork/qudpsocket.h>
    QTimer *timer;
    int messageNo;


};

在使用udp tcp时，qt的.pro文件中要加上 QT　　　　+=network.

具体实现：

#include "sender.h"

Sender::Sender(QObject *parent) :
    QObject(parent)
{
    timer = new QTimer(this);
    udpSocket = new QUdpSocket(this);
    connect(timer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(broadcastDatagram()));
    messageNo = 1;
}
void Sender::start()
{
    timer->start(1000);
}
void Sender::broadcastDatagram()
{
    qDebug()<<(tr("Begin Broadcast: %1").arg(messageNo));
    QByteArray datagram = "BroadCast Message:" + QByteArray::number(messageNo);
    udpSocket->writeDatagram(datagram.data(),datagram.size(),QHostAddress::Broadcast,44444);
    ++messageNo;
}

Sender::~Sender()
{
    delete timer;
    delete udpSocket;//是否删除connect？
        
}

　　udpSocket->writeDatagram(datagram.data(),datagram.size(),QHostAddress::Broadcast,44444);
函数原型：writeDatagram(const char* data,qint64 size,const QHostAddress &address,quint16 port)
函数功能：将数据包发出
函数参数：数据包自身，数据包大小，发送到的地址，端口。

 

 

接收端：

class Receiver : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit Receiver(QObject *parent = 0);
    ~Receiver();
signals:

public slots:
    void processPendingDatagrams();
private:
    QUdpSocket *udpSocket;

};

具体实现：

#include "receiver.h"

Receiver::Receiver(QObject *parent) :
    QObject(parent)
{
    udpSocket = new QUdpSocket(this);
    udpSocket->bind(44444);
    connect(udpSocket,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(processPendingDatagrams()));
}
void Receiver::processPendingDatagrams()
{
    while(udpSocket->hasPendingDatagrams())
    {
        QByteArray datagram;
        datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
        udpSocket->readDatagram(datagram.data(),datagram.size());
        qDebug() << (tr("Receice Data: \"%1\"").arg(datagram.data()));
    }
}
Receiver::~Receiver()
{
    delete udpSocket;
}

当接受到数据包时，QUdpSocket会发出readyRead（）信号。我关联了processPendingDatagrams（）。

先用hasPendingDatagrams（）判断是否有可供读取的数据。若有，则用pendingDatagramSize()开辟一个缓冲区。

最后，用readDatagram（）将报文读取到缓冲区中。