套接字选项IP_MULTICAST_IF，带静态多播路由，从多播切换到单播MAC寻址

我想听听专家们对套接字选项IP_MULTICAST_IF（“设置多播接口”）与静态多播路由结合使用的建议

在LAN上，多播IP数据报通常在多播以太网帧（IP/MAC多播目的地址映射）中发送。在多宿主Linux系统（内核5.11）上，我注意到套接字选项

IP\u MULTICAST\u IF

修改了如下行为：

• 在没有静态路由的情况下，多播IP数据报总是在多播以太网帧中发送，如果有或没有

  IP\u多播

• 对于静态路由，如果不使用

  IP\u MULTICAST\u IF

  ，则在多播以太网帧中发送多播IP数据报
• 使用静态路由，使用

  IP\u MULTICAST\u IF

  ，多播IP数据报以单播以太网帧发送到网关

第一个问题：对于多播数据包的静态路由，多播IP数据报是以多播以太网帧还是以单播以太网帧发送到网关

第二个问题：无论第一个问题的答案是什么，为什么套接字选项IP_MULTICAST_从多播切换到单播MAC寻址

Linux手册页（“man 7 ip”）不是很明确：

IP_多播_IF（自Linux 1.2起）
为多播套接字设置本地设备。setsockopt（2）的参数是ip_mreqn或（自Linux 3.5以来）
ip_mreq结构类似于ip_ADD_成员资格或in_addr结构。（内核决定哪种结构
正在根据optlen中传递的大小进行传递。）对于getsockopt（2），参数是in_addr结构。

下面是一个示例配置，用于在两个Linux虚拟机之间复制此配置

第一个系统，“vmubuntu”，在接口ens38上运行Wireshark的接收器：

ens33:00:0C:29:46:B7:CE 192.168.98.3/24->NAT，默认路由
ens38:00:50:56:39:F0:03 192.168.233.11/24->主机本地vmware

第二个系统，“vmfedora”，发送方系统：

ens33:00:0C:29:B6:33:8d192.168.98.2/24->NAT，默认路由
ens37:00:50:56:29:34:37 192.168.233.10/24->主机本地vmware

我们使用“vmubuntu”作为网关，在“vmfedora”上为多播流量声明一个静态路由。请注意，常规IP通信的默认路由在另一个接口上

$uname-a
Linux vmfedora 5.11.15-200.fc33.x86_64#1 SMP周五4月16日13:41:20 UTC 2021 x86_64 x86_64 GNU/Linux
$
$sudo路由添加-网络224.0.0.0网络掩码240.0.0.0 gw 192.168.233.11开发环境37
$
$route-n
内核IP路由表
目标网关Genmask标志度量参考使用Iface
0.0.0.0 192.168.98.1 0.0.0.0 UG 20100 0 ens33
192.168.98.0 0.0.0.0 255.255.0 U 100 0 0 ENS3
192.168.233.0.0.0.0.0 255.255.0 U 101 0 0 ens37
224.0.0.0 192.168.233.11 240.0.0.0 UG 0 0 ens37

让我们在路由范围内从“vmfedora”发送多播数据包到239.230.2.44:3044。我们将套接字绑定到本地地址192.168.233.10，这也是静态路由的传出接口。我们不使用socket选项

IP\u MULTICAST\u IF

（下面的示例代码）

在“vmubuntu”上，Wireshark报告如下：

互联网协议版本4，Src:192.168.233.10，Dst:239.230.2.44
以太网II，Src:VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37），Dst:IPv4mcast_66:02:2c（01:00:5e:66:02:2c）
目的地：IPv4mcast_66:02:2c（01:00:5e:66:02:2c）
地址：IPv4mcast_66:02:2c（01:00:5e:66:02:2c）
.... ..0. .... .... .... .... = LG位：全局唯一地址（出厂默认）
.... ...1 .... .... .... .... = IG位：组地址（多播/广播）
来源：VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37）
地址：VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37）
.... ..0. .... .... .... .... = LG位：全局唯一地址（出厂默认）
.... ...0 .... .... .... .... = IG位：单个地址（单播）
类型：IPv4（0x0800）

我们可以看到，具有多播目的地地址的IP数据报在具有相应多播目的地地址的以太网帧中发送

现在，让我们在

bind（）

之后添加套接字选项

IP\u MULTICAST\u IF

。Wireshark报道：

互联网协议版本4，Src:192.168.233.10，Dst:239.230.2.44
以太网II，Src:VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37），Dst:VMware_39:f0:03（00:50:56:39:f0:03）
目的地：VMware_39:f0:03（00:50:56:39:f0:03）
地址：VMware_39:f0:03（00:50:56:39:f0:03）
.... ..0. .... .... .... .... = LG位：全局唯一地址（出厂默认）
.... ...0 .... .... .... .... = IG位：单个地址（单播）
来源：VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37）
地址：VMware_29:34:37（00:50:56:29:34:37）
.... ..0. .... .... .... .... = LG位：全局唯一地址（出厂默认）
.... ...0 .... .... .... .... = IG位：单个地址（单播）
类型：IPv4（0x0800）

现在，我们看到具有多播目标地址的IP数据报在以太帧中发送，网关的单播MAC地址作为目标地址

唯一的区别是套接字选项

IP\u MULTICAST\u IF

如果您想重现这个，请参阅下面的代码。它接受一个必需的命令行参数：套接字绑定到的本地接口的IP地址。第二个可选命令行参数是“-f”，用于强制套接字选项

IP\u MULTICAST\u IF

（默认情况下未设置）

感谢您对此选项的解释

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    struct sockaddr_in dest;
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(3044);
    inet_pton(AF_INET, "239.230.2.44", &dest.sin_addr);

    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = 0;
    local.sin_addr.s_addr = 0;

    int use_mcast_if = 0;

    for (int arg = 1; arg < argc; ++arg) {
        if (strcmp(argv[arg], "-f") == 0) {
            use_mcast_if = 1;
        }
        else if (inet_pton(AF_INET, argv[arg], &local.sin_addr) != 1) {
            fprintf(stderr, "invalid local address: %s\n", argv[arg]);
            return EXIT_FAILURE;
        }
    }

    const int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sock < 0) {
        perror("socket()");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    
    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0) {
        perror("bind()");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    if (use_mcast_if && setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &local.sin_addr, sizeof(local.sin_addr)) < 0) {
        perror("setsockopt(IP_MULTICAST_IF)");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    const int data = 0x12345678;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        sendto(sock, &data, sizeof(data), 0, (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));
    }

    close(sock);
    return EXIT_SUCCESS;
}

#包括
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#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
#包括
int main（int argc，char*argv[]）
{
s