Python使用socket实现组播与发送二进制数据

什么是组播

点对点连接可以处理很多通信需求，不过随着直接连接数的增加，在多对通信方之间传递相同的消息会变得越来越困难。

单独地向各个接收方发送消息会耗费额外的处理时间和带宽，这对于诸如完成流视频或音频操作的应用来说，代码会出现显著的性能问题。

而使用组播（multicast）向多个端点同时发送消息可以得到更好的效率，因为网络基础设施可以确保数据包会被传送到所有接收方。

组播消息总是使用UDP发送，因为TCP需要提供一对通信系统。组播的地址被称为组播组，这是常规的IPv4地址范围的一个子集（224.0.0.0~230.255.255.255），专门为主播通信预留。

这些地址会由网络路由器和交换机进行特殊的处理，所以发送到组的消息可以在互联网上被分发到加入这个组的所有接收方。

需要注意的是，大多数托管的路由器与交换机默认会禁止组播通信。如果后续运行程序有问题，那么可以检查你的网络设置。

发送组播消息

由于无法知道会收到多少响应，所以需要对套接字使用一个超时值，以避免等待回答时无限阻塞。

TTL（Time-To-Live value）是一个生存时间值，会控制多少网络接收这个数据包。要使用IP_MULTICAST_TTL选项与setsockopt()函数来设置TTL。默认值1表示路由器不会把数据包转发到当前网段之外。TTL最大取值255，应包包装为1个字节。

示例代码如下：

import socket
import struct

# 1.创建一个套接字
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

multicast_group = ('224.3.29.71', 10000)
sock.settimeout(10)

ttl = struct.pack('b', 1)#本博主数据结构与算法第10篇对struct二进制结构体进行介绍
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_MULTICAST_TTL, ttl)

try:
    msg = "群发的消息，你不必回".encode('UTF-8')
    sent = sock.sendto(msg, multicast_group)
    while True:
        try:
            data, server = sock.recvfrom(1024)
        except socket.timeout:
            print('time out')
            break
        else:
            print(data, server)
finally:
    sock.close()

这里的代码与UDP类似，除了sock.setsockopt()的调用。

接收组播消息

建立组播接收者的第一步是创建UDP套接字。创建常规的套接字并绑定到一个端口后，可以使用setsockopt()改变IP_ADD_MEMBERSHIP选项，增加安东组播组。

这个选项值是组播地址的一个8字节的打包表示，后面是服务器监听通信流的网络接口，由其IP地址标识。这里，接收者使用INADDR_ANY监听所有接口。

示例代码如下：

import socket
import struct

multicast_group = '224.3.29.71'
server_address = ('', 10000)

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind(server_address)

group = socket.inet_aton(multicast_group)
mreq = struct.pack('4sL', group, socket.INADDR_ANY)

sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_ADD_MEMBERSHIP, mreq)

while True:
    data, address = sock.recvfrom(1024)
    print(data.decode('UTF-8'), address)
    sock.sendto('组播消息已经收到'.encode('UTF-8'), address)

接收者的循环与UDP服务器类似。

运行之后，效果如下：

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