【网络编程】广播和组播

数据包发送方式只有一个接受方，称为单播。如果同时发给局域网中的所有主机，称为广播。只有用户数据报(使用UDP协议)套接字才能广播：

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。255.255.255.255在所有网段中都代表广播地址。广播发送创建用户数据报套接字缺省创建的套接字不允许广播数据包，需要设置属性。（setsockopt可以设置套接字属性）接收方地址指定为广播地址指定端口信息发送数据包setsockoptint  setsockopt(int  s,  int level,  int  optname, const void *optval, socklen_t  optlen);头文件：<sys/socket.h>level : 选项级别（例如SOL_SOCKET）optname : 选项名（例如SO_BROADCAST）optval : 存放选项值的缓冲区的地址optlen : 缓冲区长度返回值：成功返回0   失败返回-1并设置errno广播发送示例sockfd = socket(,,);……int on = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));……sendto(;;;;;);广播接收创建用户数据报套接字绑定IP地址(广播IP或0.0.0.0)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

UDP 广播服务器与客户端（C 语言实现）

  • 广播（Broadcast）：将数据发送到 整个局域网，所有主机都能接收。
  • UDP 支持广播，但 TCP 不支持 广播。
  • 广播地址示例：
    • 192.168.1.255（局域网广播，子网掩码 255.255.255.0）。
    • 255.255.255.255（全网广播）。
      在这里插入图片描述
关键 API
函数功能
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on));允许 UDP 广播
sendto(sockfd, message, len, 0, (struct sockaddr*)&addr, addr_len);发送广播消息
recvfrom(sockfd, buffer, len, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addr_len);接收广播消息
UDP 广播服务器完整实现代码

服务端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BROADCAST_PORT 8080  // 广播端口
#define BROADCAST_ADDR "255.255.255.255" // 广播地址
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int sockfd;struct sockaddr_in broadcast_addr;char message[BUFFER_SIZE] = "这是来自服务器的广播消息！";int broadcast_permit = 1;// 1️⃣ 创建 UDP 套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("❌ 创建套接字失败");exit(EXIT_FAILURE);}// 2️⃣ 允许发送广播setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broadcast_permit, sizeof(broadcast_permit));// 3️⃣ 设置广播地址memset(&broadcast_addr, 0, sizeof(broadcast_addr));broadcast_addr.sin_family = AF_INET;broadcast_addr.sin_port = htons(BROADCAST_PORT);broadcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(BROADCAST_ADDR);printf("服务器开始广播消息...\n");while (1) {// 4️⃣ 发送广播消息sendto(sockfd, message, strlen(message), 0,(struct sockaddr*)&broadcast_addr, sizeof(broadcast_addr));printf("发送广播消息: %s\n", message);sleep(3); // 每 3 秒广播一次}close(sockfd);return 0;
}

客户端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BROADCAST_PORT 8080  // 监听广播端口
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int sockfd;struct sockaddr_in listen_addr;char buffer[BUFFER_SIZE];socklen_t addr_len = sizeof(listen_addr);// 1️⃣ 创建 UDP 套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("❌ 创建套接字失败");exit(EXIT_FAILURE);}// 2️⃣ 允许端口重用（多个客户端可绑定相同端口）int reuse = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));// 3️⃣ 绑定监听端口memset(&listen_addr, 0, sizeof(listen_addr));listen_addr.sin_family = AF_INET;listen_addr.sin_port = htons(BROADCAST_PORT);listen_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&listen_addr, sizeof(listen_addr)) < 0) {perror("❌ 绑定失败");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}printf("客户端正在监听广播消息...\n");while (1) {// 4️⃣ 接收广播消息memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&listen_addr, &addr_len);printf("📩 收到广播消息: %s\n", buffer);}close(sockfd);return 0;
}

运行步骤：

  1. 编译
gcc udp_broadcast_server.c -o udp_broadcast_server
gcc udp_broadcast_client.c -o udp_broadcast_client
  1. 运行服务器（广播消息）
./udp_broadcast_server

输出示例：

⚡ 服务器开始广播消息...
📡 发送广播消息: 这是来自服务器的广播消息！
📡 发送广播消息: 这是来自服务器的广播消息！
  1. 运行客户端（监听广播）
./udp_broadcast_client

输出示例：

客户端正在监听广播消息...
📩 收到广播消息: 这是来自服务器的广播消息！
📩 收到广播消息: 这是来自服务器的广播消息！
广播流程思路解析（逐帧解释）流程上面的注释已经写了，但是这里是配合完整的代码实现和业务流程再过一遍

🔹 服务器

  1. 创建 UDP 套接字
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  1. 允许广播
int broadcast_permit = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broadcast_permit, sizeof(broadcast_permit));
  1. 设置广播地址
broadcast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("255.255.255.255");
  1. 发送广播消息
sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&broadcast_addr, sizeof(broadcast_addr));

🔹 客户端

  1. 创建 UDP 套接字
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  1. 允许端口重用
int reuse = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));
  1. 绑定监听端口
listen_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&listen_addr, sizeof(listen_addr));
  1. 接收广播消息
recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&listen_addr, &addr_len);
广播代码优化：
  1. 使用 SO_REUSEADDR
    • 允许多个客户端监听相同端口，防止端口占用问题：
int reuse = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));
  1. 限制广播频率：
sleep(3); // 控制广播间隔，避免网络拥塞。
  1. 支持多播：监听 指定的多播组，而不是整个局域网：
struct ip_mreq mreq;
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.0.0.1");
mreq.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));

UDP 广播通信，适用于 局域网设备发现、日志广播、状态同步等应用。相比 TCP，UDP 广播更加轻量级，可用于 IoT、在线游戏等场景。

在编译过程中可能遇到的问题

🚨 1. Permission denied（权限错误）
如果 sendto() 失败，检查 SO_BROADCAST 是否设置：

int broadcast_permit = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broadcast_permit, sizeof(broadcast_permit));

若仍然失败，可以尝试 sudo 运行：

sudo ./udp_broadcast_server

🚨 2. Address already in use（端口占用）
如果 bind() 失败，尝试释放端口：

sudo fuser -k 8080/udp

然后重新运行程序。

🚨 3. recvfrom() 接收不到消息

  • 确保服务器和客户端在 同一局域网。
  • 使用 ifconfig / ip a 检查本机 IP 地址并使用正确的广播地址：
ifconfig | grep "inet "
  • 确保防火墙没有阻止 UDP 广播：
sudo iptables -I INPUT -p udp --dport 8080 -j ACCEPT
sudo iptables -I OUTPUT -p udp --dport 8080 -j ACCEPT

组播（Multicast）编程指南（C 语言）

单播（Unicast）：数据仅发送给一个特定的主机。
广播（Broadcast）：广播方式发给所有的主机。过多的广播会大量占用网络带宽，造成广播风暴，影响正常的通信。
组播（Multicast）：组播(又称为多播)是一种折中的方式。只有加入某个多播组的主机才能收到数据。多播方式既可以发给多个主机，又能避免象广播那样带来过多的负载(每台主机要到传输层才能判断广播包是否要处理)

  • 仅发送给加入 特定组播组 的主机。
  • 减少网络负载，避免广播风暴。
  • 适用于 IPTV、视频流、在线游戏、股票行情推送等场景。
    组播
📌 组播地址

组播范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
特殊组播地址：

  • 224.0.0.1：所有支持 IP 组播的主机。
  • 224.0.0.2：所有路由器。
关键 API
函数/结构体作用
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));加入组播组
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));退出组播组
sendto(sockfd, message, len, 0, (struct sockaddr*)&addr, addr_len);发送组播
recvfrom(sockfd, buffer, len, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addr_len);接收组播
struct ip_mreq组播配置结构体
组播发送端（C 语言实现）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1"  // 组播地址
#define MULTICAST_PORT 8080          // 组播端口
#define MESSAGE "🌍 这是组播消息！"int main() {int sockfd;struct sockaddr_in multicast_addr;int ttl = 64;  // 组播生存时间（TTL）// 1️⃣ 创建 UDP 套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("❌ 创建套接字失败");exit(EXIT_FAILURE);}// 2️⃣ 设置组播 TTLsetsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_TTL, &ttl, sizeof(ttl));// 3️⃣ 设置组播地址memset(&multicast_addr, 0, sizeof(multicast_addr));multicast_addr.sin_family = AF_INET;multicast_addr.sin_port = htons(MULTICAST_PORT);multicast_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP);printf("发送组播消息到 %s:%d\n", MULTICAST_GROUP, MULTICAST_PORT);while (1) {// 4️⃣ 发送组播消息sendto(sockfd, MESSAGE, strlen(MESSAGE), 0,(struct sockaddr*)&multicast_addr, sizeof(multicast_addr));printf("✅ 发送消息: %s\n", MESSAGE);sleep(3);  // 每 3 秒发送一次}close(sockfd);return 0;
}
组播接收端（C 语言实现）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1"  // 组播地址
#define MULTICAST_PORT 8080          // 组播端口
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {int sockfd;struct sockaddr_in local_addr;struct ip_mreq mreq;char buffer[BUFFER_SIZE];socklen_t addr_len = sizeof(local_addr);// 1️⃣ 创建 UDP 套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("❌ 创建套接字失败");exit(EXIT_FAILURE);}// 2️⃣ 允许端口复用（多个进程/设备可接收同一组播）int reuse = 1;setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));// 3️⃣ 绑定本地地址memset(&local_addr, 0, sizeof(local_addr));local_addr.sin_family = AF_INET;local_addr.sin_port = htons(MULTICAST_PORT);local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&local_addr, sizeof(local_addr)) < 0) {perror("❌ 绑定失败");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}// 4️⃣ 加入组播组mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP);mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));printf("监听组播消息 (%s:%d)...\n", MULTICAST_GROUP, MULTICAST_PORT);while (1) {// 5️⃣ 接收组播消息memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE, 0,(struct sockaddr*)&local_addr, &addr_len);printf("📩 收到消息: %s\n", buffer);}// 6️⃣ 退出组播setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));close(sockfd);return 0;
}

运行步骤：

  1. 编译
gcc multicast_sender.c -o multicast_sender
gcc multicast_receiver.c -o multicast_receiver
  1. 运行组播接收端
./multicast_receiver

示例输出：

监听组播消息 (239.0.0.1:8080)...
收到消息: 🌍 这是组播消息！
收到消息: 🌍 这是组播消息！
  1. 运行组播发送端
./multicast_sender

示例输出：

发送组播消息到 239.0.0.1:8080
✅ 发送消息: 🌍 这是组播消息！
✅ 发送消息: 🌍 这是组播消息！

编译中可能遇到的问题：
🚨 1. recvfrom() 接收不到数据
✅ 解决方案

  • 确保接收端 加入了相同的组播地址（239.0.0.1）。
  • 使用 netstat -g 命令检查当前加入的组播组：
netstat -g
  • 确保 Linux 防火墙未阻止 UDP 组播：
sudo iptables -I INPUT -p udp --dport 8080 -j ACCEPT
sudo iptables -I OUTPUT -p udp --dport 8080 -j ACCEPT

组播是一种高效的网络通信方式，可用于 IPTV、在线游戏、股票行情推送等应用场景。以上 C 代码实现了 UDP 组播的发送和接收，支持多个设备同时接收组播消息。 相比广播，组播能够减少网络负载，提高数据传输效率。

以上。仅供学习与分享交流，请勿用于商业用途！转载需提前说明。

我是一个十分热爱技术的程序员，希望这篇文章能够对您有帮助，也希望认识更多热爱程序开发的小伙伴。
感谢！

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