UDP特性之广播-工具盒子

广播的特点 {#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。

设置广播属性 {#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：

|-----------|----------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 | 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

广播通信流程 {#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。

数据发送端
1. 创建通信的套接字
  
  |-------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | // 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); |
2. 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
  
  |-------------|------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | int opt = 1; setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &opt, sizeof(opt)); |
3. 使用广播地址发送广播数据到接收端绑定的固定端口上
  
  |-----------|-------------------| | 1 | sendto(); |
4. 关闭套接字（文件描述符）
  
  |-----------|--------------------| | 1 | close(fd); |
数据接收端
1. 创建通信的套接字
  
  |-------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | // 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); |
2. 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
  
  |-----------|-----------------| | 1 | bind(); |
3. 接收广播消息
  
  |-----------|---------------------| | 1 | recvfrom(); |
4. 关闭套接字（文件描述符）
  
  |-----------|--------------------| | 1 | close(fd); |

通信代码 {#4-通信代码} =================

广播端

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 | #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237网段, 并且绑定了9999端口, 这个接收端就能收到广播消息 inet_pton(AF_INET, "192.168.237.255", &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。

接收端

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 | #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。