linux socket UDP广播

概述：
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

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)==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

1. 网络通信基础

如果网络中两个主机上的应用程序要相互通信，其一要知道彼此的IP，其二要知道程序可监听的端口。因为同一主机上的程序使用网络是通过端口号来区分的。

2. 广播地址

2.1 受限广播（本地广播）

路由器从来不会转发受限广播的数据包，但同一个子网的所有主机都会接收到受限广播的数据包。

本地广播： IP 地址的网络字段和主机字段全为 1 就是受限广播地址255.255.255.255。，它不经路由转发，发送本地网络下的所有主机，只能在局域网内转发，主要是不用知道目标主机的掩码与网络地址，本地转发同本地网络下的所有主机。

2.2 直接广播

计算方法通过主机的掩码与网络地址计算出来。掩码最后为0的位为主机位。掩码与网络地址相与，然后主机位全变为1，就是直接广播地址。这样改网络地址下的所有主机都能接收到广播。可以通过ifconfig查看，如下图所示：

直接广播可以被路由转发，发送到目标网络的所有主机，如：ip地址为 192.168.2.1的主机也可以发送广播到 192.168.1.0 这个网络。当然不是所有的路由器，通常路由器是默认阻止直接广播的（可以设置不阻止）。

IP 地址的网络字段定义这个网络，主机字段通常全为 1，如192.168.10.0/24 的直接广播（定向广播）地址为：192.168.10.255。

2.3 受限广播与直接广播的区别

两者的区别就是，本地广播在不知道目标主机的网络地址下，如果目标主机是在本地网络，可以发送本地广播，本地网络下的所有主机都能接收广播。直接广播是目标主机的网络地址知道，那该网络地址网段下的所有主机都能收到广播，直接广播更精确范围更小些

3. 广播特点

3.1 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

3.2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）

3.3 在发送广播消息的时候，必须要把数据发送到广播地址上

3.4 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

3.5 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。当端口不匹配的话，数据才会丢弃

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。

4. 设置UDP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setsockopt进行设置

/*
函数：setsockopt
描述：设置广播属性
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_SOCKEToptname：选项名，此处要设置 udp 的广播属性，该参数需要指定为：SO_BROADCASToptval：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
*/
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,  const void *optval, socklen_t optlen);

5. 广播流程

假如我们要向192.168.200.X，子网掩码为：255.255.255.0的子网中发送广播包。***广播端步骤如下：
1.       include相关库文件。
2.       socket函数创建SOCK_DIRAM类型的socketfd。
3.       setsockopt设置socketfd的属性允许其广播。
4.       发送数据包到192.168.200.255
5.       关闭socketfd
注意事项如下：
6.       接收方一定要知道广播方的端口号，然后绑定此端口号才能正确接收。接收端的端口号要与广播端绑定的端口号一样
7.       接收方的Socket不需要设置成广播属性。
8.       绑定的IP不可以使用“127.0.0.1”，可以使用真实IP地址或者INADDR_ANY。否则接收失败***接收端步骤
1.       include相关库文件。
2.       socket函数创建SOCK_DIRAM类型的socketfd。
3.       bind绑定端口号与本地IP地址
4.       接收广播端数据
5.       关闭socketfd

6 代码举例

6.1 广播端代码

#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, "192.168.200.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);//
//  inet_pton(AF_INET, "255.255.255.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);  //使用受限广播也可以正常通讯// 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;
}

6.2 接收端代码

#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;  // 0.0.0.0int 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;
}

参考于：

https://subingwen.cn/linux/broadcast/#4%E9%80%9A%E4%BF%A1%E4%BB%A3%E7%A0%81
https://blog.csdn.net/weixin_43790540/article/details/104239594
https://blog.csdn.net/maopig/article/details/7331898

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