Что такое широковещательные сообщения
Broadcast. Broadcast routing
Широковещательный канал, широковещание (англ. broadcasting) — метод передачи данных в компьютерных сетях, при котором поток данных (каждый переданный пакет в случае пакетной передачи) предназначен для приёма всеми участниками сети.
Широковещательная маршрутизация (англ. broadcast routing) — маршрутизация, сопровождающаяся передачей служебной информации в широковещательном режиме.
Содержание
Описание [ править ]
По умолчанию, широковещательные пакеты не направляются и не перенаправляются маршрутизаторами в любой сети. Маршрутизаторы создают широковещательные домены. Но он может быть настроен на пересылку в некоторых особых случаях.
Выполнение широковещательной маршрутизации может быть произведено разными способами NPtp и Flooding
Маршрутизатор создает пакет данных, а затем отправляет его на каждом хосте один за другим. В этом случае маршрутизатор создает несколько копий одного пакета данных с разными адресами назначения. Все пакеты посылаются как одноадресные, но они направляются на все адреса назначения, таким образом имитируется маршрутизатор широковещания. Этот метод потребляет много трафика и маршрутизатор должен знать адрес назначения каждого узла.
Flooding [ править ]
Когда маршрутизатор получает пакет, который должен быть передан, он просто посылает эти пакеты из всех интерфейсов. Все маршрутизаторы настроены таким же образом. Этот метод прост на CPU маршрутизатора, но нужно проверять наличие дублирующихся пакетов.
Безопасность сети [ править ]
Размножение широковещательных сообщений активным сетевым оборудованием, приводящее к экспоненциальному росту пакетов, некорректно сформированные пакеты, кольца в топологии компьютерной сети могут привести к т. н. широковещательной радиации (англ. broadcast radiation) — накоплению широковещательной передачи трафика в компьютерной сети. Экстремальные объемы широковещательного трафика составляют широковещательный шторм (англ. broadcast storm). Широковещательный шторм может потреблять достаточное количество сетевых ресурсов, с тем чтобы сделать сеть не в состоянии транспортировать нормальный трафик.
STP [ править ]
Spanning Tree Protocol (STP, протокол остовного дерева) — канальный протокол. STP решает задачу устранение петель в топологии произвольной сети Ethernet, в которой есть один или более сетевых мостов, связанных избыточными соединениями, автоматически блокируя соединения, которые в данный момент для полной связности коммутаторов являются избыточными.
RPF [ править ]
Подключение микроконтроллера к локальной сети: Широковещательные сообщения и DHCP
В этой части мы поговрим про широковещательные сообщения и, наконец-то, закончим с UDP.
Широковещательные сообщения
Иногда бывает полезно отправить сообщение сразу всем узлам локальной сети. Например, если к сети подключено несколько девайсов и хочется обратиться сразу ко всем. Особенно, если адреса девайсов неизвестны.
Для широковещательных пакетов используется последний адрес подсети. Скажем, для подсети 192.168.0.0 с маской 255.255.255.0 широковещательный адрес — 192.168.0.255.
Пакет, отправленный на этот адрес придёт всем узлам, подключенным к подсети и поддерживающим широковещательные пакеты.
Можно ли отправить широковещательный пакет в чужую подсеть? Теоретически да, но на деле наш пакет никому там не нужен. Любой приличный роутер встретив такой пакет, незадумываясь его грохнет.
Также, существует «широковещательный адрес для всего интернета» 255.255.255.255. Но чаще всего, этот адрес просто считается невалидным. В форточках он даже юзается в качестве индикатора ошибки (в возвращаемых значениях, etc.)
Пишем поддержку широковещательных сообщений
Чтобы научить наш стек отправлять и принимать широковещательные сообщения, достаточно дописать всего несколько строчек кода.
Во-первых, определим сам широковещательный адрес для нашей сети:
Теперь можно посылать широковещательный пинг и смотреть как девайс(ы) на него отзываются)
До этого момента мы прописывали IP-адрес и другие параметры, нужные для работы в сети в явном виде. Что очень неудобно — требуется отдельно конфигурировать каждый девайс перед использованием. Совершенно не годится если ты захочешь, например, подарить кому-нибудь готовый девайс.
К счастью, существует специальный протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), основанный на широковещательных сообщениях, позволяющий узлу все нужные для конфигурирования самого себя данные получить с работающего в сети DHCP-сервера.
DHCP-сервер есть почти во всех сетях. В домашних роутерах он, как правило, включен по умолчанию, etc. То, что нужно!
Вот, в кратце, алгоритм получения узлом конфигурационных данных:
Если DHCP-сервер вдруг перестанет работать, узел может попробовать найти другой DHCP-сервер и запросить у него такой же адрес.
Если срок использования IP-адреса истечёт (и продлить его не удасться), узел возвращается в исходное состояние и пробует снова найти DHCP-сервер и выделить адрес.
DHCP несколько тяжёлый протокол для МК. Но и пользы от него немало. Можно немножко облегчить DHCP — оставить только функцию получения конфигурационных параметров и функцию, повторяющую запрос через определённый интервал.
Формат пакета DHCP:
DHCP является расширенной версией протокола загрузки по сети BOOTP, и формат пакета в общем-то унсаледован от него. Так что почти вся полезная информация лежит в опциях.
Между опциями могут вставляться нули для выравнивания опций на 2 байта. После всех опций вставляется байт 0xff — индикатор конца поля.
В общем, всё понятно из кода
В коде встречаются псевдофункции gettc() и rtime() — они возвращают, соответственно количество милисекунд и секунд с момента включения питания. Удобно для отсчёта различных интервалов.
Запросы на выделение адреса отправляются на адрес 255.255.255.255. Пока хост не сконфигурирован (IP-адрес и маска = 0.0.0.0) этот адрес и служит широковещательным.
Основная прошивка девайса должна учитывать, что отправлять пакеты можно только после того, как адрес будет получен.
Ещё один момент — по хорошему нам нужно следить за состоянием линка. При втыкании провода нужно обновлять адрес.
Вот пример использования:
Заключение
Заходим на роутер и, обновляя страничку, палим в реальном времени как девайс получает и обновляет адрес по DHCP.
Время выделения адреса я для прикола установил в 2 минуты.
Конечно DHCP немного тяжеловат для МК (моя реализация отожрала больше 2 КБ прошивки). Зато избавляет от необходимости настраивать девайс вручную, что тоже довольно ценно.
Итак, про UDP на этом всё.
В следующий раз будет обещаная статья про связь с компом. А потом перейдём к самому интересному)
Широковещательные сообщения
Поскольку широковещательный сообщения используются для отправки пакетов всем узлам в сети, пакет использует специальный широковещательный адрес. Когда узел получает пакет с широковещательным адресом в качестве адреса назначения, он обрабатывает пакет, как будто бы этот пакет предназначался для его индивидуального адреса.
Широковещательная передача используется для обнаружения специальных служб/устройств, для которых адрес не известен, или когда узел должен передать информацию всем узлам в сети.
Некоторые примеры использования широковещательных сообщений:
Когда узел нуждается в информации, он отправляет запрос на широковещательный адрес. Все узлы в сети получают и обрабатывают этот запрос. Один или более узлов с требуемой информацией отвечают, обычно используя одноадресную передачу.
Точно так же, когда узел должен отправить информацию всем узлам в сети, он создает и отправляет широковещательный пакет с этой информацией.
В отличие от одноадресной передачи, где пакеты могут быть направлены куда-угодно в объединенной сети, широковещательные пакеты обычно не могут выйти за пределы локальной сети. Это ограничение зависит от конфигурации маршрутизатора, который ограничивает сеть, а также от типа широковещательной передачи. Есть два типа широковещательных сообщений: направленная широковещательная передача и ограниченная широковещательная передача.
Направленная Широковещательная передача
Ограниченная Широковещательная передача
К примеру, узел внутри сети 172.16.4.0 / 24 может передать широковещательное сообщение ко всем узлам в своей сети, используя пакет с адресом получателя 255.255.255.255.
На рисунке представлен пример отправки широковещательного сообщения.
Как Вы узнали ранее, когда пакет передается широковещательно, он использует сетевые ресурсы, а также заставляет каждый узел в сети, который его получает, обработывать пакет. Поэтому, широковещательный трафик должен быть ограничен так, чтобы он не оказал негативное влияние на производительность сети или устройств. Поскольку маршрутизаторы отделяют широковещательные домены, разбиение сети с чрезмерным широковещательным трафиком на подсети может улучшить производительность сети.
Широковещательная передача сообщений
Широковещательные сообщения
Когда отправляется пакет всем узлам сети, его называют — широковещательным пакетом и он имеет специальные широковещательный адрес. При получении такого пакета, узел анализирует широковещательный адрес и понимает, что он является адресом назначения. И так думает каждый узел в сети.
Широковещательная передача отлично подходит для адресатов с неизвестными адресами разных устройств и служб, или же когда нужно передать информацию всем участникам сети. Ниже наведены примеры реализации широковещательных сообщений:
Когда участник сети требует информацию, он отправляет запрос на широковещательный адрес. Все узлы принимают и обрабатывают этот запрос. Те узлы которые имеют данные отправляют пакет в ответ уже через одноадресную передачу. Если одноадресная передача может передавать пакеты за границы сети, то широковещательные пакеты не передаются за пределы локальной сети. Это зависит от маршрутизатора. Есть два вида широковещательных сообщений: направленная и ограниченная.
Направленная широковещательная передача
Направленная широковещательная передача может передавать пакеты всем узлам любой одной сети. Можно отправлять пакеты за пределы своей сети в другую. Если узлу нужно передать пакеты всем узлам сети 171.15.5.0/24, то он пишет адрес пакеты назначения — 171.15.5.255. Хоть и по умолчанию маршрутизаторы не реализуют такую функцию, их можно настроить для такой передачи.
Ограниченная широковещательная передача
Ограниченная широковещательная передача реализуется для коммуникации, которая ограничена одной локальной сетью. Пакеты используют адрес — IPv4 255.255.255.255 и маршрутизаторы такие пакеты не выпустят из локальной сети 🙂
Широковещательный трафик сильно захламляет сеть, так как каждый узел должен обработать широковещательный пакет. Зачастую ограничивают или разделяют широковещательный трафик для улучшения производительности сети.
Broadcast (Широковещательные сообщения)
Практическая часть показана в отдельной статье.
Широковещательные сообщения делают приложение более открытым; передавая события, использующие сообщения, вы открываете компоненты своего приложения для сторонних приложений, и сторонние разработчики реагируют на события без необходимости изменять ваше оригинальное приложение. В своём приложении вы можете прослушивать широковещательные сообщения других приложений, заменить или улучшить функциональность собственного (или стороннего) приложения или реагировать на системные изменения и события приложений.
Вы тоже можете организовать отправку широковещательных сообщений, а другие приложения могут обзавестись приёмниками для обработки ваших сообщений.
Приёмник широковещательных сообщений — это компонент для получения внешних событий и реакции на них. Инициализировать передачи могут:
Широковещательные сообщения можно разделить на две группы:
Класс BroadcastReceiver является базовым для класса, в котором должны происходить получение и обработка сообщений, посылаемых клиентским приложением с помощью вызова метода sendBroadcast().
Зарегистрировать экземпляр класса BroadcastReceiver можно динамически в коде или статически в манифесте.
Для статической регистрации в файле манифеста в секции application следует создать секцию receiver и указать класс приёмника. Атрибут android:exported=»true» сообщает получателю, что он может принимать широковещательные сообщения вне области приложения. Внутри секции указывается фильтр намерений в виде строки, чтобы определить, какие сообщения приёмник должен прослушивать.
Если регистрация была сделана через манифест, приложение не обязано работать, чтобы ваш приёмник среагировал на трансляцию намерения. Приложение запустится автоматически, когда подходящие намерение будет транслировано. Система сама сканирует содержимое манифеста всех приложений и делает за нас всю работу. Это хорошее решение, позволяющее экономить ресурсы. Такой подход позволяет создавать приложения, способные реагировать на события даже после завершения или принудительного завершения.
Динамическая регистрация происходит с помощью метода Context.registerReceiver().
Перед этим создаётся класс, расширяющий базовый класс BroadcastReceiver и реализуется метод обратного вызова onReceive() обработчика событий.
Метод onReceive() будет выполнен при получении широковещательного намерения, если полученное намерение соответствует фильтру. Приложения с зарегистрированными приёмниками широковещательных намерений будут запущены автоматически при получении соответствующего намерения. Метод должен быть завершён в течение пяти секунд, иначе появится диалоговое окно о принудительном закрытии.
Когда широковещательное сообщение прибывает для получателя сообщения, Android вызывает его методом onReceive() и передаёт в него объект Intent, содержащий сообщение. Приёмник широковещательных сообщений является активным только во время выполнения этого метода. Процесс, который в настоящее время выполняет BroadcastReceiver, т. е. выполняющийся в настоящее время код в методе обратного вызова onReceive(), как полагает система, является приоритетным процессом и будет сохранён, кроме случаев критического недостатка памяти в системе.
Когда программа возвращается из метода onReceive(), приёмник становится неактивным и система полагает, что работа объекта BroadcastReceiver закончена. Процесс с активным широковещательным получателем защищён от уничтожения системой. Однако процесс, содержащий неактивные компоненты, может быть уничтожен системой в любое время, когда память, которую он потребляет, будет необходима другим процессам.
Это представляет проблему, когда ответ на широковещательное сообщение занимает длительное время. Если метод onReceive() порождает отдельный поток, а затем возвращает управление, то полный процесс, включая и порождённый поток, система Android считает неактивным (если другие компоненты приложения не активны в процессе), и считает этот процесс кандидатом на уничтожение.
В частности, вы не можете отобразить диалог или осуществить связывание со службой внутри экземпляра BroadcastReceiver. Для первого случая необходимо вместо этого использовать методы класса NotificationManager. Во втором случае можно использовать вызов метода Context.startService(), чтобы послать команду для запуска службы.
Решение этой проблемы возможно, если запустить в методе onReceive() отдельную службу вместе с BroadcastReceiver и позволить службе выполнять задание, чтобы сохранить содержание процесса активным в течение всего времени вашей операции.
Также можно зарегистрировать широковещательный приёмник не через манифест, а программно. Приёмник, зарегистрированный таким способом, будет отвечать на поступающие намерения только в том случае, если компонент приложения, которому он принадлежит, выполняется в этот момент.
Это может быть полезным, когда приёмник используется для обновления элементов пользовательского интерфейса внутри активности, запуска служб или уведомления через NotificationManager. В таких случаях вы можете отменять регистрацию широковещательного приёмника, если активность не отображается на экране или находится в неактивном состоянии.
В коде программы можете написать приблизительно такой код (обычно используют метод onResume()):
Для отмены регистрации используется метод unregisterReceiver() в контексте приложения, передавая ему в качестве параметра экземпляр широковещательного приёмника (обычно в методе onPause()):
Для объекта BroadcastReceiver нет никаких возможностей видеть или фиксировать намерения, используемые в методе startActivity(). Аналогично, когда вы передали намерение для запуска активности через объект BroadcastReceiver, вы не сможете найти или запустить требуемую активность. Эти две операции семантически полностью различаются: запуск активности через намерение является приоритетной операцией для системы, изменяющей содержимое экрана устройства, с которым в настоящее время взаимодействует пользователь. Передача широковещательных сообщений для системы является фоновой работой, о которой обычно не знает пользователь и которая, соответственно, имеет более низкий приоритет.
Приёмники системных событий
Android использует широковещательные сообщения для системных событий, таких как уровень зарядки батареи, сетевые подключения, входящие звонки, изменения часового пояса, состояние подключения данных, входящие сообщения SMS или обращения по телефону. Вы можете использовать эти сообщения, чтобы добавлять к вашим собственным проектам новые функциональные возможности, основанные на системных событиях.
Следующий список показывает некоторые из встроенных действий, представленных как константы в классе Intent, которые используются для того, чтобы проследить изменения состояния устройства:
Типы трансляций
Есть три способа отправки трансляций
Если важно, чтобы приёмники получали намерения в определённом порядке или могли влиять на транслируемое намерение, можно использовать метод sendOrderedBroadcast():
С помощью этого метода ваше намерение дойдёт до всех зарегистрированных приёмников, обладающих необходимым доступом (если он был указан), в порядке их приоритета. Приоритет задаётся с помощью атрибута android:priority внутри узла фильтра намерений в манифесте. Чем больше значение, тем выше приоритет.
Производить упорядоченные трансляции с использованием приоритетов рекомендуется только для тех приёмников, которым необходим конкретный порядок приёма сообщений.
Ограничения в Android 8.0 Oreo (API 26)
Часть неявных (implicit) широковещательных сообщений, задаваемых через манифест, запретили. Теперь нужно регистрировать их программно. Существует список исключений, которые будут работать как прежде без ограничений.
В качестве замены для некоторых случаев подойдёт JobScheduler.
Примерами устаревшего способа работы с приёмником является android.net.conn.CONNECTIVITY_CHANGE, ACTION_POWER_CONNECTED и др.
Ограничения в Android 9.0 Pie (API 28)
Стало доступно меньше информации, получаемой при трансляции системы Wi-Fi и Network_State_Changed_Action.