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苏木2026-03-16
2321
10m

LV050-广播简介 ​

本文主要是网络编程——广播和多播的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

一、广播编程 ​

1. 广播的概念 ​

在前面介绍的数据包发送方式只有一个接受方，称为单播，那什么叫广播呢？广播（broadcast）是指封包在计算机网络中传输时，目的地址为网络中所有设备的一种传输方式。实际上，这里所说的“所有设备”也是限定在一个范围之中，称为广播域。

也就是说，如果同时发给局域网中的所有主机，称为广播。需要注意的是只有用户数据报(使用UDP协议)套接字才能广播。

2. 广播的缺点 ​

  • 无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
  • 网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。
  • 广播禁止在Internet宽带网上传输。

3. 广播分类 ​

广播分为两种，直接广播和本地广播（也叫受限广播），两者的主要差别如下

  • 目标网络方面

直接广播的目标网络和发送端不在同一个网络，本地广播的目标网络就是发送端本机所在的网络。

  • IP地址方面

直接广播的IP地址，除了网络地址外，其余主机地址全部设置为1.如希望向网络地址192.168.5的所有主机传输数据时，发送端的目标IP要设置为192.168.5.255传输。而本地广播中使用的IP地址限定为255.255.255.255。

需要注意的是本地广播只能在局域网内转发，主要用于不知道目标主机的掩码与网络地址的情况，本地转发同本地网络下的所有主机。

4. 广播地址 ​

其实上边已经提过了，主机地址全部为1的地址就是该网段的广播地址。以192.168.1.0 (255.255.255.0) 网段为例，最大的主机地址192.168.1.255代表该网段的广播地址，发到该地址的数据包被所有的主机接收。

【注意】255.255.255.255在所有网段中都代表广播地址。

二、广播编程步骤 ​

1. 广播发送 ​

  • 创建用户数据报套接字，注意soclet()函数第二个参数要写为SOCK_DGRAM。
  • 设置网络属性，允许广播数据包，这是因为默认的情况下创建的套接字是不允许广播数据包的。
  • 接收方地址指定为广播地址。
  • 指定端口信息。
  • 发送数据包。

2. 广播接收 ​

  • 创建用户数据报套接字，注意soclet()函数第二个参数要写为SOCK_DGRAM。
  • 绑定本机IP地址和端口，绑定的端口必须和发送方指定的端口相同。
  • 等待接收数据。

三、使用实例 ​

1. server服务器端 ​

c
/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2022. All rights reserved.
 * File name: server.c
 * Author   : fanhua
 * Description: server服务器端——广播(UDP)
 * ======================================================
 */
/* 头文件 */
#include <stdio.h>      /* perror */
#include <stdlib.h>     /* exit atoi */
#include <errno.h>      /* errno号 */
#include <sys/types.h>  /* socket           bind listen recvfrom sendto */
#include <sys/socket.h> /* socket inet_addr bind listen recvfrom sendto */
#include <strings.h>    /* bzero */
#include <arpa/inet.h>  /* htons  inet_addr inet_pton */
#include <netinet/in.h> /* ntohs  inet_addr inet_ntop*/
#include <unistd.h>     /* close */
#include <string.h>     /* strlen strcat*/

void usage(char *str); /* 提示信息打印函数 */

int main(int argc, char *argv[])
{
	/* 1.参数判断及端口号处理 */
	int port = -1;
	if (argc != 3)/* 参数数量不对时打印提示信息 */
	{
		usage(argv[0]);
		exit(-1);
	}
	port = atoi(argv[2]);/* 字符串转数字 */
	if (port < 5000)
	{
		usage(argv[0]);
		exit(-1);
	}
	/* 2.创建套接字，得到socket描述符 */
	int socket_fd = -1; /* 接收服务器端socket描述符 */
	if((socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)/* SOCK_STREAM,使用TCP协议 */
	{
		perror ("socket");
		exit(-1);
	}
	/* 3.网络属性设置 */
	/* 3.1允许绑定地址快速重用 */
	int b_reuse = 1;
	setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &b_reuse, sizeof (int));

	/* 4.将套接字与指定端口号和IP进行绑定 */
	/* 4.1填充struct sockaddr_in结构体变量 */
	struct sockaddr_in sin;
	bzero (&sin, sizeof (sin));  /* 将内存块（字符串）的前n个字节清零 */
	sin.sin_family = AF_INET;    /* 协议族, IPv4 */
	sin.sin_port = htons(port);  /* 网络字节序的端口号 */
	if(inet_pton(AF_INET, argv[1], (void *)&sin.sin_addr) != 1)/* 填充IP地址,INADDR_ANY表示允许监听任意IP,但是它其实是(in_addr_t) 0x00000000 */
	{
		perror ("inet_pton");
		exit(-1);
	}
	/* 4.2绑定 */
	if(bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)
	{
		perror("bind");
		exit(-1);
	}
	printf ("Boardcast server starting....OK(UDP)!\n");
	/* 5.数据读写相关变量定义 */
	/* 5.2客户端IP地址及端口号获取的相关变量 */
	struct sockaddr_in cin;          /* 用于存储成功连接的客户端的IP信息 */
	socklen_t addrlen = sizeof(cin);
	char ipv4_addr[16];
	/* 5.2数据读写相关变量 */
	char buf[BUFSIZ]; /* BUFSIZ是在stdio.h中定义的一个宏，值为8192 */
	/* 6.数据读写 */
	while(1)
	{
		/* 6.1接收来自客户端的数据 */
		bzero(buf, BUFSIZ);
		if(recvfrom(socket_fd, buf, BUFSIZ-1, 0,(struct sockaddr *)&cin, &addrlen ) < 0)
		{
			perror("recvfrom");
			continue;
		}
		/* 6.2打印客户端的IP信息 */
		if (!inet_ntop (AF_INET, (void *) &cin.sin_addr, ipv4_addr, sizeof (cin)))
		{
			perror ("inet_ntop");
			exit(-1);
		}
		printf("Recived from(%s:%d), data:%s", ipv4_addr, ntohs(cin.sin_port), buf);
		/* 6.3判断是否需要退出 */
		if(!strncasecmp(buf, "quit", strlen("quit")))  	//用户输入了quit字符
		{
			printf ("Client(%s:%d) is exiting!\n", ipv4_addr, ntohs(cin.sin_port));
			// break;
		}
	}
	/* 7.关闭文件描述符 */
	close(socket_fd);

	return 0;
}

/**
 * @Function: usage
 * @Description: 用户提示信息打印函数
 * @param str : 当前应用程序命令字符串，一般是./app
 * @return  : none
 */
void usage(char *str)
{
	printf ("\n%s serv_ip serv_port", str);
	printf ("\n\t serv_ip: server ip address");
	printf ("\n\t serv_port: server port(>5000)\n\n");
	printf ("\n\t Attention: The IP address must be the IP address of the local nic or 0.0.0.0 \n\n");
}

2. client客户端 ​

c
/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2022. All rights reserved.
 * File name: cilent.c
 * Author   : fanhua
 * Description: client客户端程序——广播(UDP)
 * ======================================================
 */
/* 头文件 */
#include <stdio.h>     /* perror fgets */
#include <stdlib.h>    /* exit atoi*/
#include <errno.h>     /* errno号 */
#include <unistd.h>    /* write close */

#include <sys/types.h> /* socket           recvfrom sendto */
#include <sys/socket.h>/* socket inet_addr recvfrom sendto */
#include <netinet/in.h>/* inet_addr */
#include <arpa/inet.h> /* inet_addr inet_pton htonl*/

#include <string.h>   /* bzero strncasecmp strlen */

void usage(char *str); /* 提示信息打印函数 */

/* 主函数 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	/* 1.参数判断及端口号处理 */
	int port = -1;
	if (argc != 3)/* 参数数量不对时打印提示信息 */
	{
		usage(argv[0]);
		exit(-1);
	}
	port = atoi(argv[2]);/* 字符串转数字 */
	if (port < 5000)
	{
		usage(argv[0]);
		exit(-1);
	}

	/* 2.打开套接字，得到套接字描述符 */
	int socket_fd = -1; /* 接收服务器端socket描述符 */
	if ((socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
	{
		perror ("socket");
		exit(-1);
	}
	/* 3.网络属性设置 */
	/* 3.1允许广播设置 */
	int b_br = 1;
	setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &b_br, sizeof(int));

	/* 4.连接服务器 */
	/* 4.1填充struct sockaddr_in结构体变量 */
	struct sockaddr_in sin;
	bzero (&sin, sizeof (sin)); /* 将内存块（字符串）的前n个字节清零 */
	sin.sin_family = AF_INET;   /* 协议族 */
	sin.sin_port = htons(port); /* 网络字节序的端口号 */
	/* 客户端的 argv[1] 需要与系统的IP一致 */
	if(inet_pton(AF_INET, argv[1], (void *)&sin.sin_addr) != 1)/* IP地址 */
	{
		perror ("inet_pton");
		exit(-1);
	}
	printf("Broadcast client staring...OK(UDP)!\n");
	/* 5.数据读写相关变量定义 */
	char buf[BUFSIZ]; /* BUFSIZ是在stdio.h中定义的一个宏，值为8192 */
	/* 6.数据读写 */
	while (1)
	{
		/* 6.1标准输入获取发送数据 */
		bzero(buf, BUFSIZ);
		printf(">");
		if (fgets(buf, BUFSIZ - 1, stdin) == NULL)
		{
			perror("fgets");
			continue;
		}
		/* 6.2发送数据 */
		if(sendto(socket_fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)
		{
			perror("sendto");
			continue;
		}
		/* 6.3判断是否需要退出 */
		if (!strncasecmp(buf, "quit", strlen ("quit")))  	//用户输入了quit字符
		{
			printf ("Client is exiting!\n");
			break;
		}
	}
	/* 7.关闭文件描述符 */
	close(socket_fd);

	return 0;
}

/**
 * @Function: usage
 * @Description: 用户提示信息打印函数
 * @param str : 当前应用程序命令字符串，一般是./app
 * @return  : none
 */
void usage(char *str)
{
	printf ("\n%s boardcast_ip serv_port", str);
	printf ("\n\t boardcast_ip: boardcast ip address(x.x.x.255 or 255.255.255.255)");
	printf ("\n\t serv_port: server port(>5000)\n\n");
}

3. Makefile ​

由于需要生成两个可执行程序，自己输命令有些繁琐，这里使用make来进行。

makefile
## =====================================================
# Copyright © hk. 2022-2022. All rights reserved.
# File name: Makefile
# Author   : fanhua
# Description: Makefile文件
## ======================================================
# 
CC = gcc

DEBUG = -g -O2 -Wall
CFLAGS += $(DEBUG)

# 所有.c文件去掉后缀
TARGET_LIST = ${patsubst %.c, %, ${wildcard *.c}} 
all : $(TARGET_LIST)

%.o : %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

.PHONY: all clean clean_o clean_out
clean : clean_o clean_out
	@rm -vf $(TARGET_LIST) 
	
clean_o :
	@rm -vf *.o
	
clean_out :
	@rm -vf *.out

4. 测试结果 ​

我们执行以下命令编译链接程序，生成两个可执行文件：

shell
make

然后会有如下提示，并生成两个可执行文件吗，分别为服务器端程序server和客户端程序client：

shell
gcc -g -O2 -Wall    client.c   -o client
gcc -g -O2 -Wall    server.c   -o server

对于服务器端，我们执行以下命令启动服务器进程：

shell
./server 0.0.0.0 5001 # 允许监听所有网卡IP及端口

对于客户端，我们执行以下命令启动客户端进程：

shell
./client 192.168.10.255 5001  # 连接到本地一块网卡的IP
./client 192.168.239.255 5001 # 连接到本地一块网卡的IP

然后我们就会看到如下现象：

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