UDP广播与多播

一、UDP广播

1、广播的概念

使用UDP协议进行信息的传输之前不需要建议连接。换句话说就是客户端向服务器发送信息，客户端只需要给出服务器的ip地址和端口号，然后将信息封装到一个待发送的报文中并且发送出去。至于服务器端是否存在，或者能否收到该报文，客户端根本不用管。

网络上的广播指：由一台主机向该主机所在子网内（同一个局域网）的所有主机发送数据的方式。

2、广播的特点

实现广播，离不开广播地址，同一个子网（局域网）的所有主机网卡都会接收所在网段广播地址的数据包。广播地址应用于局域网内的所有主机。广播地址(Broadcast Address)是专门用于同时向网络中（通常指同一子网）所有工作站进行发送的一个地址。

广播UDP与单播UDP的区别就是IP地址不同，广播使用广播地址255.255.255.255，将消息发送到在同一广播网络上的每个主机。值得强调的是：本地广播信息是不会被路由器转发。当然这是十分容易理解的，因为如果路由器转发了广播信息，那么势必会引起网络瘫痪。

其实广播顾名思义，就是想局域网内所有的人说话，但是广播还是要指明接收者的端口号的，因为不可能接受者的所有端口都来收听广播。

【UDP广播特点如下】：

可以向广播域内的所有主机发送数据；
不能够跨越不同的网络，被路由器所隔离开。

3、设置套接字选项

// 默认的情况下，不允许发送广播数据包，需要修改套接口选项
int setsockopt( int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
/*
sockfd：套接字；
level：SOL_SOCKET；
optname：SO_BROADCAST；
optval：int opt=1，传入&opt；
optlen：sizeof(opt)；
*/

4、UDP广播的实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{unsigned short port = 8080; // 设置端口号，该端口号的进程可以接收到广播数据char *server_ip = "255.255.255.255"; // 受限广播地址int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 初始化套接字if (sockfd < 0){perror("socket");exit(1);}// 初始化套接字地址相关信息struct sockaddr_in dest_addr;// 清空数组bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr));// 设置为ipv4dest_addr.sin_family = AF_INET;// 把主机字节序转换为网络字节序（port）dest_addr.sin_port = htons(port); // 把主机字节序转换为网络字节序（IP）inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr);printf("send data to UDP server %s : %d\n", server_ip, port);// 设置为广播类型int opt = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &opt, sizeof(opt));char send_buf[512] = "hello";// 发送数据到同一个网段的其他子网sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));// 关闭套接字描述符close(sockfd);return 0;
}

二、UDP多播

1、多播的概念

单播用于两个主机之间的端对端通信，广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端，要么对一个主机进行通信，要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下，经常需要对一组特定的主机进行通信，而不是整个局域网上的所有主机，这就是多播的用途。

IP 多播（也称多址广播或组播）技术，是一种允许一台或多台主机（多播源）发送单一数据包到多台主机（一次的，同时的）的 TCP/IP 网络技术。多播作为一点对多点的通信，数据的收发仅仅在同一分组中进行，是节省网络带宽的有效方法之一。在网络应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有多播才是最好的选择。多播能使一个或多个多播源只把数据包发送给特定的多播组，而只有加入该多播组的主机才能接收到数据包。

2、多播的地址

IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它是一个 D 类 IP 地址，范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255，并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类：

1）局部链接多播地址范围在 224.0.0.0~224.0.0.255，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包；

2）预留多播地址为 224.0.1.0~238.255.255.255，可用于全球范围（如Internet）或网络协议；

3）管理权限多播地址为 239.0.0.0~239.255.255.255，可供组织内部使用，类似于私有 IP 地址，不能用于 Internet，可限制多播范围。

3、多播的特点

【优点】：

多播服务端针对特定多播地址只发送一次数据，但是组内的所有客户端都能收到数据；
与单播一样，多播是允许在广域网即Internet上进行传输的，而广播仅仅在同一局域网上才能进行；
服务器的总带宽不受客户端带宽的限制；
加入特定的多播组即可接收发往该多播组的数据。

【缺点】：

多播与单播相比没有纠错机制，当发生错误的时候难以弥补，但是可以在应用层来实现此种功能；
多播的网络支持存在缺陷，需要路由器及网络协议栈的支持。

4、设置套接字选项

// 默认的情况下，不允许发送广播数据包，需要修改套接口选项
int setsockopt( int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
/*
sockfd：套接字；
level：IPPROTO_IP；
optname：IP_MULTICAST_LOOP；IP_ADD_MEMBERSHIP；IP_DROP_MEMBERSHIP
optval：int opt=1，传入&opt；
optlen：sizeof(opt)；
*/

5、UDP多播的实现

【服务器】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>int main()
{int sockfd;// 本地地址struct sockaddr_in local_addr;int err = -1;// 多播组IPchar group[16] = "224.0.0.88";// 创建套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket");exit(1);}// IP相关信息初始化bzero(&local_addr, sizeof(local_addr));local_addr.sin_family = AF_INET;local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);local_addr.sin_port = htons(8000);// IP地址绑定套接字err = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr));if (err < 0){perror("bind");exit(1);}// 设置回环许可，控制数据允许会送到本地的回环接口int loop = 1;err = setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_LOOP, &LOOP, sizeof(loop));if (err < 0){perror("setsockopt");exit(1);}// 初始化多播地址结构体struct ip_mreq mreq;// 设置多播组IP，类似于创建QQ群mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(group);// 将本机加入多播组，类似于加群mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 设置套接字选项，加入多播组err = setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));if (err < 0){perror("setsockopt");exit(1);}char buf[512];for (int times = 0; times < 5; ++times){socklen_t addr_len = sizeof(local_addr);bzero(&buf, sizeof(buf));// 接收数据int n = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&local_addr, &addr_len);if (n == -1)perror("recvfrom");printf("Recv %d message from server : %s\n", times, buf);sleep(1);}// 设置套接字选项，离开多播组err = setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));close(sockfd);return 0;
}

【客户端】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>int main(int argc, char **argv)
{int sockfd; // 套接字文件描述符struct sockaddr_in dest_addr; // 目标ipchar buf[] = "BROADCAST TEST DATA";sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 建立套接字if (sockfd == -1){perror("socket()");return -1;}// 初始化目标 ip 信息memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));dest_addr.sin_family = AF_INET;               dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("224.0.0.88"); // 目的地址，为多播地址dest_addr.sin_port = htons(8000);   // 多播服务器的端口也是 8000// 向多播地址发送数据while(1){int n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0,(struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));if( n < 0){perror("sendto()");return -1;}      sleep(1);}return 0;
}

参考：https://blog.csdn.net/lianghe_work/article/details/45765851
https://blog.csdn.net/lianghe_work/article/details/45171167
https://blog.csdn.net/wqc_CSDN/article/details/51588769
https://www.cnblogs.com/lidabo/p/5865045.html

本文链接：https://my.lmcjl.com/post/9573.html

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擅长工具开发、爬虫采集技术、大数据统计处理！
座右铭：皇天不负有心人。

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