14.멀티캐스트 & 브로드캐스트

#.다수의 클라이언트에게 동일한 데이터를 전송하는 일조차 서버와 네트워크의 트래픽 측면에서는 매우 부정적 
- TCP 기반의 경우 : 클라이언트 수만큼 소켓연결을 유지해야 함
- UDP 기반의 경우 : 클라이언트 수만큼 데이터 전송이 필요
=> 이러한 상황에서의 해결책으로 "멀티캐스트" 라는 기술이 존재

#.멀티캐스트
- UDP를 기반으로 함

- UDP 서버／클라이언트의 구현방식과 차이점이 있다면, UDP에서의 데이터 전송은 하나의 목적지를 두고 이루어지나, 멀티캐스트에서의 데이터 전송은 특정 그룹에 가입（등록）되어 있는 다수의 호스트가 목적지가 됨.
즉,단 한번에 데이터 전송으로 다수의 호스트에 데이터를 전송할 수 있음.


#.멀티캐스트의 데이터 전송방식과 멀티캐스트 트래픽 이점

- 멀티캐스트 서버는 특정 멀티캐스트 그룹을 대상으로 데이터를 "딱 한 번” 전송

- 딱 한번 전송하더라도 그룹에 속하는 클라이언트는 모두 데이터를 수신 

- 멀티캐스트 그룹의 수는 IP주소 범위 내에서 얼마든지 추가 가능

- 특정 멀티캐스트 그룹으로 전송되는 데이터를 수신하려면 해당 그룹에 가입하면 됨
(멀티캐스트 그룹이란? : 클래스 D(224.O.O.O - 239.255.255.255)를 의미) 

- 멀티캐스트 패킷의 형태가 UDP 패킷과 동일. 다만 일반적인 UDP 패킷과 달리 하나의 패킷만 네트워크상에 띄워놓으면 라우터들은 이 패킷을 복사해서 다수의 호스트에 이를 전달. 즉, 멀티캐스트는 "라우터의 도움으로 완성"됨.

 

- 하나의 영역에 동일한 패킷이 둘 이상 전송되지 않음. 

- 멀티미디어 데이터의 실시간 전송에 주로 사용됨.

# 루프백 주소（(Ioopback address)
- IP주소 클래스에 해당하는 번호를 보면 ㅣ27번이 제외되어 있는 것을 알 수 있는데,  이 127번은 "127.0.0.1"번으로 사용하는 특별한 주소이기에 어느 클래스에도 속하지 않는다. 자기가 사용하는 LAN카드(NIC) 자신을 의미한다고 생각하면 쉽다.


# 라우팅（ROUTING）과 TTL(time to live), 그리고 그룹으로의 가입방법           

- 멀티캐스트 패킷의 전송을 위해서는 TTL 설정과정을 반드시 거쳐야 함                    

TTL : 패킷을 얼마나 멀리 전달할 것인가를 결정하는 주요소.                        
정수로 표현되며 이 값은 라우터를 하나 거칠 때마다 1씩 감소.                         
이 값이 0이 되면 패킷은 더이상 전달되지 못하고 소멸됨.                        

TTL을 너무 크게 설정하면 네트워크 트래픽에 부정적인 영향을 줄 수 있으며,                 
너무 작게 설정해도 목적지에 도달하지 못하는 문제가 발생할 수 있음.                     

 

- TTL 설정은 소켓의 옵션설정을 통해 이루어짐.                                 

(TTL 설정과 관련된 프로토콜 레벨은 -IPPROTO_IP / 옵션의 이름은 -IP_MULTICAST_TTL)

-멀티 캐스트 그룹으로의 가입 역시 소켓의 옵션설정을 통해 이루어짐

(그룹 가입과 관련된 프로토콜 레벨은 IPPRORO_IP / 옵션 이름은 IP_ADD_MEMBERSHIP)




#.TTL 설정방법
TTL 관련 프로토콜 레벨 : IPPROTO_IP , 옵션이름 : IP_MULTICAST_TTL

 

int send_sock;
int time_live = 64;
....
send_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, (void *)&time_live,
           sizeof(time_live));
....


#.구조체 ip_mreq

struct ip_mreq
{
  struct in_addr imr_multiaddr;
  struct in_addr imr_interface;
}


#.멀티캐스트 그룹으로의 가입

멀티캐스트 그룹으로의 가입 관련 프로토콜 레벨 : IPPROTO_IP , 옵션이름 : IP_ADD_MEMBERSHIP

int recv_sock;
struct ip_mreq join_adr;
....
recv_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
....
join_adr.imr_multiaddr.s_addr = "멀티캐스트 그룹의 주소정보";
join_adr.imr_interface.s_addr = "그룹에 가입할 호스트의 주소정보";
setsockopt(recv_sock, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (void *)&join_adr,
           sizeof(join_adr));
....


# 멀티캐스트 Sender와 Receiver의 구현
- 멀티캐스트는 서버／클라이언트 개념이 없고 sender/receiver의 개념이 존재
- 멀티캐스트 sender는 UDP 소켓 프로그램과 차이가 크지 않으나, 멀티캐스트 receiver의 경우는 가입의 과정을 거쳐야만 한다.

- 실행의 순서는 중요하지 않다. TCP처럼 연결된 상태에서 송수신 하는 것이 아니기 때문.

그러나，멀티캐스트는 receiver를 늦게 실행하면，그 전에 sender에서 전송된 데이터는 수신이 불가능.

Sender : 파일에 저장된 뉴스 정보를 AAA 그룹으로 방송(Broadcasting)한다.
Receiver : AAA 그룹으로 전송된 뉴스정보를 수신한다.
Sender는 Receiver보다 상대적으로 간단하다. 
Receiver는 그룹의 가입과정이 필요하지만, Sender는 UDP 소켓을 생성하고 멀티캐스트 주소로 데이터를 전송만 하면 되기 때문이다.


sender.c

 

receiver.c

news.txt

Google has launched a communications system that uses the company’s Android phones to detect earthquakes. It aims to provide timely information about earthquakes to phones that run the mobile operating system.

The new warning system has already been tested in California, which has more damaging quakes than any other part of the United States.

To develop the system, the company worked with the U.S. Geological Survey - USGS - a federal agency that uses seismographic equipment to measure earthquake activity.

Technology for predicting earthquakes does not yet exist. But the USGS says it does have equipment to predict seismic activity near a quake. This means it is possible to warn people in areas where such activity is expected. People could then get several seconds or perhaps up to a minute of warning before a quake strikes.

The USGS joined several university partners in developing the new warning system, called ShakeAlert.

 

결과

 

# 브로드캐스트

 - 한 번에 여러 호스트에게 데이터를 전송한다는 점에서 멀티캐스트와 유사하나，전송이 이뤄지는 범위에서 차이가 난다．

 - 멀티캐스트는 "서로 다른" 네트워크상에 존재하는 호스트라 할지라도, 멀티캐스트 그룹에 가입만 되어있으면 데이터의 수신이 가능

 - 브로드캐스트는 "동일한 네트워크로 연결되어 있는 호스트"로 데이터의 전송 대상에 제한

 

 # 브로드캐스트의 이해와 구현방법

 - 동일한 네트워크에 연결되어 있는 모든 호스트에게 동시에 데이터를 전송하기 위한 방법

 - 멀티캐스트와 마찬가지로 UDP를 기반으로 데이터를 송수신

 

 - 데이터 전송시 사용되는 IP주소의 형태에 따라서 다음과 같은 두가지 형태로 구분됨

 

 1) Directed 브로드캐스트 : 네트워크 IP를 제외한 나머지， 호스트 주소를 전부 1 로 설정하면 얻을 수 있음

 （즉,255(8bit가 전부 1 이므로)

 - 129.1 2.34 네트워크'P에 연결되어있는 모든 호스트에게 데이 터를 전송하고 싶다면, 129.12.34.255 로 데이터를 전송하면됨 !

 

 

 2) Local 브로드캐스트（UDP 예제와 구분이 잘 안되니 주의， IP주소를 잘보아야 함， 소켓옵션 변경도 필요）

예를 들어, 네트워크 주소가 192.32.24인 네트워크에 연결되어 있는 호스트가 IP주소 255.255.255.255라는 특별히 예약된 IP주소에 데이터를 전송하면,192.32.24로 시작하는 IP주소의 모든 호스트에 데이터가 전달됨

 

 - 기본적으로 생성되는 소켓은 브로드캐스트 기반의 데이터 전송이 불가능하도록 설정되어 있으므로, 다음 유형의 코드 구성을 통해서 변경해야 함（이는 sender에서만 구현하면 됨）

 

 int send_sock;

int bcast = 1; // SO_BROADCAST의 옵션정보를 1로 변경하기 위한 변수 초기화

...

send_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

....

setsockopt(send_sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (void *)&bcast, sizeof(bcast));

 

 

sender.c

 

receiver.c

결과

 

 

 

 

 

 

[출처] : 윤성우 저, "열혈강의 TCP/IP 소켓 프로그래밍", 오렌지미디어