第六章 W55MH32 UDP Multicast示例
目录
1 UDP Multicast简介
2 UDP Multicast的特点
3 UDP Multicast应用场景
4 UDP组播环回测试工作流程
5 UDP单播、组播和广播的区别
6 报文解析
7 实现过程
8 运行结果
9 总结
本篇文章，我们将详细介绍如何在W55MH32芯片上面实现UDP组播(UDP Multicast)通信。并通过实战例程，为大家讲解如何使用UDP Multicast进行回环测试。
该例程用到的其他网络协议，例如DHCP、UDP，请参考相关章节。有关W55MH32的初始化过程，也请参考Network Install章节，这里将不再赘述。
1 UDP Multicast简介
UDP组播是一种数据传输方法，允许数据从一个源发送到多个目标设备，加入了相应组播组的接收者都可以接收到数据。这种方式非常高效，广泛应用于需要将相同数据同时传输给多个接收者的场景，如视频流媒体、实时数据分发和大规模软件更新等。IPv4的组播地址范围为 224.0.0.0 到 233.255.255.255。
2 UDP Multicast的特点
基于UDP协议：UDP是无连接的协议，提供快速、低开销的数据传输，但不保证数据的可靠性、顺序性或重传。UDP组播继承了这些特性，因此适合对实时性要求高、对可靠性要求较低的场景。
高效数据传输：发送者只需要发送一份数据，网络设备（如路由器、交换机）负责将数据复制并传输到所有组播成员。这种方式节省了带宽，相比单播更高效。
不保证可靠性：数据可能丢失，接收者需要自己处理数据包丢失问题。
动态成员管理：组播组的成员可以动态加入或离开，无需通知发送者。
3 UDP Multicast应用场景
接下来，我们了解下在W55MH32上，可以使用UDP Multicast完成哪些操作及应用呢？
设备发现与自动配置：实现设备自动发现和网络配置，如智能家居设备通过组播寻找网关或其他设备。
实时数据广播：用于传感器数据分发、工业控制和车联网中实时数据的高效传输。
固件更新与配置分发：对多个设备同时进行固件升级或统一下发配置，减少网络负担。
告警和事件通知：设备异常时实时向多个监控终端广播告警消息。
时间同步：用于局域网内的多设备时间同步，提升协同效率。
测试与调试：设备开发阶段，利用组播收集状态信息和日志数据。
4 UDP组播环回测试工作流程
1. 接收方通过IGMP协议加入组播组：IGMP（Internet Group Management Protocol）是一种网络层协议，用于管理主机和路由器间的组播组成员关系。当接收方希望接收某个组播地址的数据时，会通过IGMP向路由器发送加入组播组的请求。
2. 发送方发送测试数据：发送方通过UDP协议将数据包发送到指定的组播地址和端口。所有加入组播组的接收方均可接收到数据包。
3. 接收方回传消息：接收方在接收到组播数据后，主动回传响应消息到该组播组当中。回传的消息可以用于确认发送成功或测试链路的完整性。
5 UDP单播、组播和广播的区别
以下是UDP单播、组播和广播的区别：
| 特性 | 单播 (Unicast) | 组播 (Multicast) | 广播 (Broadcast) |
| 通信范围 | 一对一 | 一对多（组播组成员） | 一对所有（局域网内设备） |
| 效率 | 点对点，高效 | 比单播高效，需组播支持 | 浪费带宽，负载较高 |
| 地址类型 | 目标设备 IP 地址 | 组播 IP 地址（224.0.0.0+） | 广播地址（子网广播地址） |
| 网络配置 | 无需额外配置 | 网络需支持组播 | 局限于子网内，支持广播 |
| 应用场景 | 客户端-服务器通信 | 音视频流、多设备消息广播 | 局域网设备发现、告警通知 |
6 报文解析
UDP协议报文已经在UDP章节中讲解过了，有关这部分的内容请参考相关章节，这里不再赘述。下面我们来讲解一下设备在加入组播时使用的IGMP报文。
IGMP 加入组播组时发送的报文是IGMP Membership Report报文。其格式如下：
| 字节偏移 | 字段名称 | 长度 | 描述 |
| 0 | 类型 (Type) | 1 字节 | 指示 IGMP 报文的类型（例如加入、离开）。 |
| 1 | 最大响应时间 (Max Resp Time) | 1 字节 | 指定应答的最大等待时间，仅在查询报文中使用。 |
| 2-3 | 校验和 (Checksum) | 2 字节 | 对报文头的校验和，用于检测传输错误。 |
| 4-7 | 组地址 (Group Address) | 4 字节 | 表示加入的组播组的 IP 地址。 |
字段解释
- 类型 (Type)
值为 0x16（IGMPv2 Membership Report）：表示主机请求加入组播组。
值为 0x22（IGMPv3 Membership Report）：用于支持 IGMPv3 的精细组播组管理。
- 校验和 (Checksum)
计算方法基于标准的 IP 校验和算法。
用于确保 IGMP 报文的完整性。
- 组地址 (Group Address)
组播组的 IP 地址（范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255）。
加入时表示目标的组播地址。
报文示例
|报文解析|
Internet Group Management Protocol
[IGMP Version: 2]
Type: Membership Report (0x16) （Type为0x16，表示主机请求加入组播组）
Max Resp Time: 0.0 sec (0x00) （最大响应时间为0）
Checksum: 0x08f3 [correct] （校验和为0x08f3）
[Checksum Status: Good]
Multicast Address: 224.1.1.11 （组地址为224.1.1.11）
|报文原文|
16 00 08 f3 e0 01 01 0b
7 实现过程
接下来，我们在W55MH32上实现UDP 组播回环测试。
注意：测试实例需要PC端和W55MH32处于同一网段，且连接的路由器需支持IGMP协议。
UDP通信已经在硬件层面实现，因此我们只需要在主循环中调用udp_multicast()组播功能的函数即可，如下所示：
while (1)
{udp_multicast(SOCKET_ID, ethernet_buf, Multicast_mac, Multicast_IP, Multicast_port);
}
udp_multicast需要传入5个参数，分别是socket号，socket缓存,组播MAC地址,组播IP地址,组播端口号。
udp_multicast函数内容如下：
int32_t udp_multicast(uint8_t sn, uint8_t *buf, uint8_t *multicast_mac, uint8_t *multicast_ip, uint16_t multicast_port)
{int32_t ret;uint16_t size, sentsize;uint8_t destip[4];uint16_t destport, port = 50000;switch (getSn_SR(sn)){case SOCK_UDP:if ((size = getSn_RX_RSR(sn)) > 0){if (size > DATA_BUF_SIZE) size = DATA_BUF_SIZE;ret = recvfrom(sn, buf, size, destip, (uint16_t *)&destport);buf[ret] = 0x00;printf("recv from [%d.%d.%d.%d][%d]: %s\r\n", destip[0], destip[1], destip[2], destip[3], destport, buf);if (ret <= 0){
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_printf("%d: recvfrom error. %ld\r\n", sn, ret);
#endifreturn ret;}size = (uint16_t)ret;sentsize = 0;while (sentsize != size){ret = sendto(sn, buf + sentsize, size - sentsize, destip, destport);if (ret < 0){
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_printf("%d: sendto error. %ld\r\n", sn, ret);
#endifreturn ret;}sentsize += ret; // Don't care SOCKERR_BUSY, because it is zero.}}break;case SOCK_CLOSED:
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_printf("%d:Multicast Loopback start\r\n", sn);
#endifsetSn_DIPR(sn, multicast_ip);setSn_DPORT(sn, multicast_port);setSn_DHAR(sn, multicast_mac);if ((ret = socket(sn, Sn_MR_UDP, port, Sn_MR_MULTI)) != sn)return ret;
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_printf("%d:Opened, UDP Multicast Socket\r\n", sn);printf("%d:Multicast Group IP - %d.%d.%d.%d\r\n", sn, multicast_ip[0], multicast_ip[1], multicast_ip[2], multicast_ip[3]);printf("%d:Multicast Group Port - %d\r\n", sn, multicast_port);
#endifbreak;default:break;}return 1;
}程序进入到udp_multicast函数后会执行一个状态机，根据Socket的状态来执行对应的操作。
当Socket处于SOCK_CLOSED状态时，函数会初始化Socket并加入组播组，然后打印Socket的状态和组播组的信息。
当Socket处于SOCK_UDP状态时，函数会检查是否有数据接收，如果有则将数据打印出来并发送回源地址。函数成功执行后返回1。
8 运行结果
烧录例程运行后，首先进行了PHY链路检测，然后是DHCP获取网络地址结果，最后是进行UDP Multicast回环测试，如下图所示：
接下来，我们将打开一个支持加入 UDP 组播功能的网络调试工具。在使用该工具时，首先要完成必要的配置操作，具体包括设置监听组播和发送消息的相关参数。当完成上述配置后，我们向组播组发送消息，此时可以观察到串口会打印出我们所发送的消息，同时在网络调试工具的组播接收区域会收到相应的回环消息，组播回环测试流程得以正常运行。
注意：如果网络调试工具不支持加入组播，会导致收不到回环数据。这里我选的是gitcode上一个开源项目，链接：UDP组播调试工具。
9 总结
本文介绍了在W55MH32芯片上实现UDP组播的原理、应用场景及回环测试方法，并通过实战代码展示了其具体实现过程。下一篇文章将聚焦DNS例程，讲解其工作原理及实现方法，帮助大家更深入地理解网络通信。敬请期待！