UDP特性之广播

发布时间:2023年12月18日

1. 广播的特点

广播的UDP的特性之一,通过广播可以向子网中多台计算机发送消息,并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息,每个广播消息都包含一个特殊的IP地址,这个IP中子网内主机标志部分的二进制全部为1 (即点分十进制IP的最后一部分是255)。点分十进制的IP地址每一部分是1字节,最大值为255,比如:192.168.1.100

  • 前两部分192.168表示当前网络是局域网
  • 第三部分1表示局域网中的某一个网段,最大值为 255
  • 第四部分100用于标记当前网段中的某一台主机,最大值为255
  • 每个网段都有一个特殊的广播地址,即:192.168.xxx.255

广播分为两端,即数据发送端和数据接收端,通过广播的方式发送数据,发送端和接收端的关系是 1:N

  • 发送广播消息的一端,通过广播地址,可以将消息同时发送到局域网的多台主机上(数据接收端)

  • 在发送广播消息的时候,必须要把数据发送到广播地址上

  • 广播只能在局域网内使用,广域网是无法使用UDP进行广播的

  • 只要发送端在发送广播消息,数据接收端就能收到广播消息,消息的接收是无法拒绝的,除非将接收端的进程关闭,就接收不到了。

UDP的广播和日常生活中的广播是一样的,都是一种快速传播消息的方式,因此广播的开销很小,发送端使用一个广播地址,就可以将数据发送到多个接收数据的终端上,如果不使用广播,就需要进行多次发送才能将数据分别发送到不同的主机上。

2. 设置广播属性

基于UDP虽然可以进行数据的广播,但是这个属性默认是关闭的,如果需要对数据进行广播,那么需要在广播端代码中开启广播属性,需要通过套接字选项函数进行设置,该函数原型为:

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, 	const void *optval, socklen_t optlen);
  • 参数:
    • sockfd:进行UDP通信的文件描述符
    • level: 套接字级别,需要设置为 SOL_SOCKET
    • optname:选项名,此处要设置udp的广播属性,该参数需要指定为:SO_BROADCAST
    • optval:如果是设置广播属性,该指针实际指向一块int类型的内存
      • 该整型值为0:关闭广播属性
      • 该整形值为1:打开广播属性
    • optlen:optval指针指向的内存大小,即:sizeof(int)
  • 返回值:函数调用成功返回0,失败返回-1

3. 广播通信流程

如果使用UDP在局域网范围内进行消息的广播,一般情况下广播端只发送数据,接收端只接受广播消息。因此在数据接收端需要绑定固定的端口,广播端则不需要手动绑定固定端口,自动随机绑定即可。
在这里插入图片描述
(上面这个图的ip应该是画错了,ip应该都是不一样的)

  • 数据发送端
  1. 创建通信的套接字
// 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  1. 主动发送数据不需要手动绑定固定端口(自动随机分配就可以了),因此直接设置广播属性
int opt  = 1;
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &opt, sizeof(opt));
  1. 使用广播地址发送广播数据到接收端绑定的固定端口上
sendto();
  1. 关闭套接字(文件描述符)
close(fd);
  • 数据接收端
  1. 创建通信的套接字
// 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  1. 因为是被动接收数据的一端,所以必须要绑定固定的端口和本地IP地址
bind();
  1. 接收广播消息
recvfrom();
  1. 关闭套接字(文件描述符)
close(fd);

4. 通信代码

这里有一个很明显的误区,下面我用删除线标注了。广播的时候,跟udp、tcp通信存在不同,后者通信的时候,一般是服务端bind。但是广播的时候,是接收端bind!!!

广播端 (也就是服务端)

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

int main()
{
    // 1. 创建通信的套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(0);
    }

    // 2. 设置广播属性
    int opt  = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &opt, sizeof(opt));

    char buf[1024];
    struct sockaddr_in cliaddr;
    int len = sizeof(cliaddr);
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999); // 接收端需要绑定9999端口
    // 只要主机在254网段, 并且绑定了9999端口, 这个接收端就能收到广播消息
	// 这是一个局域网ip
    inet_pton(AF_INET, "10.82.254.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);
    // 3. 通信
    int num = 0;
    while(1)
    {
        sprintf(buf, "hello, client...%d\n", num++);
        // 数据广播
        sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, len);
        printf("发送的广播的数据: %s\n", buf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

注意事项:发送广播消息一端必须要开启UDP的广播属性,并且发送消息的地址必须是当前发送端所在网段的广播地址,这样才能通过调用一个消息发送函数将消息同时发送N台接收端主机上。

发送方式设置广播地址。

接收端 (也就是客户端)

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

int main()
{
    // 1. 创建通信的套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(0);
    }

    // 2. 通信的套接字和本地的IP与端口绑定
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);    // 大端
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 0.0.0.0
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind");
        exit(0);
    }

    char buf[1024];
    // 3. 通信
    while(1)
    {
        // 接收广播消息
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        // 阻塞等待数据达到
        recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        printf("接收到的广播消息: %s\n", buf);
    }

    close(fd);

    return 0;
}


对于接收广播消息的一端,必须要绑定固定的端口,并由广播端将广播消息发送到这个端口上,因此所有接收端都应绑定相同的端口,这样才能同时收到广播数据。

接收端的bind的ip

  • 如果是INADDR_ANY,可以实现接收来自任何IP地址的UDP广播消息
  • 如果是具体的ip,接收特定网络接口上的UDP广播消息

总结

  • 发送的ip统一填广播地址,比如10.82.254.255
  • 接收方的bind的ip
    • 要么INADDR_ANY
    • 要么具体的ip(这个好像不行,留个疑问)
文章来源:https://blog.csdn.net/qq_40896190/article/details/134980627
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