ももの知恵の樹

C言語-ソケットプログラミング_マルチキャスト送信

マルチキャストについて

マルチキャスト(multicast)とは

マルチキャストとは、特定のアドレスを指定して、1対複数でデータ送信する通信方法です。

受信ホストでマルチキャストグループに参加し、送信元ホストでマルチキャストグループ宛にデータを送信します。


マルチキャストアドレスとは

マルチキャストアドレスは「224.0.0.0〜239.255.255.255」の範囲と決まっています。

「224.0.1.0〜238.255.255.255」まではグローバルアドレスのようにインターネットで使えるアドレスです。

「239.0.0.0〜239.255.255.255」まではプライベートアドレスのように組織内で使われるマルチキャストアドレスです。


マルチキャストの実装例

プログラム説明

マルチキャスト機能を有効にするにはsetsockopt()関数を用います。

  • IP_MULTICAST_IFの設定
    • ネットワークインターフェースが複数ある機器では出力IFを指定しないと意図しないIFからマルチキャストパケットが送信されます。IP_MULTICAST_IFで明示化しておきます。
  • IP_MULTICAST_TTLの設定
    • TTL(Time To Live)は、IPパケットの生存時間のことであり、パケットが何ホップまで到達できるかを設定します。TTL値はルータを経由するごとに「マイナス 1」されていき、TTL値が0になると、そのパケットは破棄されてルーティングループなどを防ぐことができます。
    • 下記プログラムでは、ルータを超えない想定で「1」を設定しています。
  • マルチキャストパケットの送信
    • マルチキャストはUDP通信を用いるので、送信にはsendto()関数を利用します。
    • 下記プログラムでは、５秒に一度ずつ送信を繰り返しています。

プログラム


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>

/*
 *  マルチキャスト情報
 */
struct multicast_info {
    unsigned short port;     /* ポート番号 */
    char *ipaddr;            /* マルチキャストのIPアドレス */
    char *msg;               /* 送信メッセージ */
    unsigned int msg_len;    /* メッセージ長 */

    int sd;                  /* ソケットディスクリプタ */
    struct sockaddr_in addr; /* マルチキャストのアドレス構造体 */
    unsigned char ttl;       /* Time to Live */
};
typedef struct multicast_info mc_info_t;

/*!
 * @brief      マルチキャスト機能を有効にする
 * @param[in]  info   マルチキャスト情報
 * @param[out] errmsg エラーメッセージ格納先
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 * @note       複数インターフェースがある機器では出力インターフェースを
 *             指定しないと意図しないインターフェースからマルチキャスト
 *             パケットが出てしまいます。 
 */
static int
enable_multicast(mc_info_t *info, char *errmsg)
{
    int rc = 0;
    in_addr_t ipaddr;

    /* IP_MULTICAST_IFを設定する */
    ipaddr = inet_addr("127.0.0.1"); /* ローカルホストを指定 */
    rc = setsockopt(info->sd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF,
                   (char *)&ipaddr, sizeof(ipaddr));
    if(rc != 0){
        sprintf(errmsg, "(line:%d) %s", __LINE__, strerror(errno));
        return(-1);
    }

    /* マルチキャスト機能を有効にする */
    rc = setsockopt(info->sd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL,
                    (void *)&(info->ttl), sizeof(info->ttl));
    if(rc != 0){
        sprintf(errmsg, "(line:%d) %s", __LINE__, strerror(errno));
        return(-1);
    }

    return(0);
}

/*!
 * @brief      ソケットの初期化
 * @param[in]  info   マルチキャスト情報
 * @param[out] errmsg エラーメッセージ格納先
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
static int
socket_initialize(mc_info_t *info, char *errmsg)
{
    int rc = 0;

    /* ソケットの生成 : UDPを指定する */
    info->sd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if(info->sd < 0){
        sprintf(errmsg, "(line:%d) %s", __LINE__, strerror(errno));
        return(-1);
    }

    /* マルチキャスト機能を有効にする */
    rc = enable_multicast(info, errmsg);
    if(rc != 0) return(-1);

    /* マルチキャストのアドレス構造体を作成する */
    info->addr.sin_family = AF_INET;
    info->addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(info->ipaddr);
    info->addr.sin_port = htons(info->port);

    return(0);
}

/*!
 * @brief      ソケットの終期化
 * @param[in]  info   マルチキャスト情報
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
static void
socket_finalize(mc_info_t *info)
{
    /* ソケット破棄 */
    if(info->sd != 0) close(info->sd);

    return;
}

/*!
 * @brief      マルチキャストを送信する
 * @param[in]  info   マルチキャスト情報
 * @param[out] errmsg エラーメッセージ格納先
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
static int
multicast_sendmsg(mc_info_t *info, char *errmsg)
{
    int sendmsg_len = 0;

    /* マルチキャストを送信し続ける */
    while(1){
        sendmsg_len = sendto(info->sd, info->msg, info->msg_len, 0,
                             (struct sockaddr *)&(info->addr),
                              sizeof(info->addr));
        if(sendmsg_len != info->msg_len){
            sprintf(errmsg, "invalid msg is sent.(%s)",
                     __LINE__, strerror(errno));
            return(-1);
        }

        /* 5秒に一回送信する */
        sleep(5);
    }

    return(0);
}

/*!
 * @brief      マルチキャストを送信する
 * @param[in]  info   マルチキャスト情報
 * @param[out] errmsg エラーメッセージ格納先
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
static int
multicast_sender(mc_info_t *info, char *errmsg)
{
    int rc = 0;

    /* ソケットの初期化 */
    rc = socket_initialize(info, errmsg);
    if(rc != 0) return(-1);

    /* マルチキャストを送信する */
    rc = multicast_sendmsg(info, errmsg);

    /* ソケットの終期化 */
    socket_finalize(info);

    return(rc);
}

/*!
 * @brief      初期化処理。IPアドレスとポート番号を設定する。
 * @param[in]  argc   コマンドライン引数の数
 * @param[in]  argv   コマンドライン引数
 * @param[out] info   マルチキャスト情報
 * @param[out] errmsg エラーメッセージ格納先
 * @return     成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
static int
initialize(int argc, char *argv[], mc_info_t *info, char *errmsg)
{
    if(argc != 4){
        sprintf(errmsg, "usage: %s <multicast-addr> <port> <msg>", argv[0]);
        return(-1);
    }

    memset(info, 0, sizeof(mc_info_t));
    info->ipaddr  = argv[1];
    info->port    = atoi(argv[2]);
    info->msg     = argv[3];
    info->msg_len = strlen(argv[3]);
    info->ttl     = 1;  /* ホップ数を設定 */

    return(0);
}

/*!
 * @brief   main routine
 * @return  成功ならば0、失敗ならば-1を返す。
 */
int
main(int argc, char *argv[])
{
    int rc = 0;
    mc_info_t info = {0};
    char errmsg[BUFSIZ];

    rc = initialize(argc, argv, &info, errmsg);
    if(rc != 0){
        fprintf(stderr, "Error: %s\n", errmsg);
        return(-1);
    }

    rc = multicast_sender(&info, errmsg);
    if(rc != 0){
        fprintf(stderr, "Error: %s\n", errmsg);
        return(-1);
    }

    return(0);
}

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