广播与组播

• 广播和组播均为UDP 协议专属的数据包发送方式（TCP 为面向连接的单播，不支持），用于实现一对多的网络数据传输，二者在传输范围、寻址方式、实现方式上存在核心差异

广播

核心概念

• 广播是局域网内的一对所有传输：将数据包发送到局域网中所有主机，所有主机均可接收该数据包
• 仅 UDP（用户数据报套接字）支持广播，TCP 因面向连接的特性无法实现
• 单播为 “一对一” 传输，是与广播对应的基础传输方式

广播地址

• 核心规则：一个网络内主机号全为 1 的 IP 地址为该网段的广播地址，发往此地址的数据包会被网段内所有主机接收；
• 通用广播地址：255.255.255.255，在所有网段中均表示广播地址，适用于本地局域网广播

实现流程

发送端

• 创建 UDP 套接字：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)；
• 开启广播权限：通过setsockopt设置SO_BROADCAST选项（核心步骤，不设置则无法发送广播包）；

// 开启套接字的广播能力，必须在发送前设置inton=1;// 1为开启，0为关闭setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&on,sizeof(on));

• 填充广播地址结构体：目的 IP 设为广播地址（如255.255.255.255），目的端口与接收端一致；
• 发送广播数据：调用sendto向广播地址发送数据包；
• 关闭套接字：close(sockfd)

接收端

• 创建 UDP 套接字；
• 绑定本机 IP / 任意 IP（INADDR_ANY）和固定端口（需与发送端目的端口一致）；
• 调用recvfrom阻塞接收广播数据；
• 关闭套接字

demo

• receiver

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<netinet/ip.h>/* superset of previous */#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<arpa/inet.h>#include<strings.h>#defineErrExit(msg)do{perror(msg);exit(EXIT_FAILURE);}while(0)typedefstructsockaddrAddr;typedefstructsockaddr_inAddr_in;intmain(intargc,char*argv[]){intfd=-1;Addr_in myaddr,peeraddr;socklen_tpeerlen=sizeof(peeraddr);charbuf[BUFSIZ]={};/*参数检查*/if(argc<3){fprintf(stderr,"%s<addr><port>",argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/*创建套接字*/if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0)ErrExit("socket");/*设置通信结构体*/myaddr.sin_family=AF_INET;myaddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(!inet_aton(argv[1],&myaddr.sin_addr)){fprintf(stderr,"Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}/*绑定通信结构体*/if(bind(fd,(Addr*)&myaddr,sizeof(Addr_in)))ErrExit("bind");while(1){recvfrom(fd,buf,BUFSIZ,0,(Addr*)&peeraddr,&peerlen);printf("[%s:%d]%s\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port),buf);}return0;}

• send

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<netinet/ip.h>/* superset of previous */#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<arpa/inet.h>#include<strings.h>#include<string.h>#defineErrExit(msg)do{perror(msg);exit(EXIT_FAILURE);}while(0)typedefstructsockaddrAddr;typedefstructsockaddr_inAddr_in;intmain(intargc,char*argv[]){intfd=-1;Addr_in peeraddr;socklen_tpeerlen=sizeof(peeraddr);charbuf[BUFSIZ]={};/*参数检查*/if(argc<3){fprintf(stderr,"%s<multiaddr><port>",argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/*创建套接字*/if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0)ErrExit("socket");/*允许广播*/inton=1;setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&on,sizeof(on));/*设置通信结构体*/peeraddr.sin_family=AF_INET;peeraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(!inet_aton(argv[1],&peeraddr.sin_addr)){fprintf(stderr,"Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}while(1){fgets(buf,BUFSIZ,stdin);sendto(fd,buf,strlen(buf)+1,0,(Addr*)&peeraddr,peerlen);}return0;}

组播（多播）

核心概念

• 组播是一对一组的精准传输：将数据包发送到指定的组播组，只有加入该组的主机才能接收数据包，未加入的主机无法感知
• 仅 UDP 支持，组播数据包的源地址为单播地址，目的地址为专属组播地址
• 相比广播，组播更节省网络带宽（避免无意义的全网发送），适用于需要精准一对多传输的场景（如视频直播、设备组网）

组播地址

• 组播地址为 IP 地址中的D 类地址，与 A/B/C 类单播地址、E 类保留地址区分；
• 地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255；
• 核心规则：一个 D 类地址对应一个唯一的组播组，组播地址仅能作为目的地址，不能作为源地址

核心结构体

• 通过setsockopt设置IP_ADD_MEMBERSHIP选项时，需传入组播组配置结构体

ip_mreq（常用）

structip_mreq{structin_addrimr_multiaddr;/* 组播组的D类IP地址（如224.0.0.1） */structin_addrimr_interface;/* 本地网卡的IP地址，设为INADDR_ANY表示默认网卡 */};

ip_mreqn（含网卡编号，更精细）

structip_mreqn{structin_addrimr_multiaddr;/* 组播组的D类IP地址 */structin_addrimr_address;/* 本地接口的IP地址 */intimr_ifindex;/* 本地网卡的编号，设为0表示默认网卡 */};

实现流程

接收端

• 创建 UDP 套接字：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)
• 填充组播结构体：设置组播组 IP、本地网卡 IP（默认INADDR_ANY）
• 加入组播组：通过setsockopt设置IP_ADD_MEMBERSHIP选项（核心步骤，不加入则无法接收组播数据）

structip_mreqmreq;// 设置要加入的组播组IP（示例：224.0.0.1，局域网所有主机默认组）mreq.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr("224.0.0.1");// 本地网卡IP，INADDR_ANY表示使用系统默认网卡mreq.imr_interface.s_addr=htonl(INADDR_ANY);// 加入组播组，级别为IPPROTO_IP，选项为IP_ADD_MEMBERSHIPif(setsockopt(fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){perror("setsockopt");// 设置失败时打印错误exit(0);}

• 绑定组播地址和端口：绑定的目的 IP 为组播组 D 类地址，端口与发送端一致
• 接收组播数据：调用recvfrom阻塞接收
• 关闭套接字：close(fd)

发送端

• 发送端无需加入组播组，按 UDP 普通发送流程，仅需将目的 IP 设为组播组 D 类地址即可：
  • 创建 UDP 套接字
  • 填充目的地址结构体：目的 IP 为组播组地址，端口与接收端一致
  • 调用sendto发送组播数据
  • 关闭套接字

demo

• receiver

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<netinet/ip.h>/* superset of previous */#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<arpa/inet.h>#include<strings.h>#defineErrExit(msg)do{perror(msg);exit(EXIT_FAILURE);}while(0)typedefstructsockaddrAddr;typedefstructsockaddr_inAddr_in;intmain(intargc,char*argv[]){intfd=-1;Addr_in myaddr,peeraddr;socklen_tpeerlen=sizeof(peeraddr);structip_mreqnmreq;charbuf[BUFSIZ]={};/*参数检查*/if(argc<3){fprintf(stderr,"%s<addr><port>",argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/*创建套接字*/if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0)ErrExit("socket");/*加入多播组*/bzero(&mreq,sizeof(mreq));if(!inet_aton(argv[1],&mreq.imr_multiaddr)){fprintf(stderr,"Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}if(setsockopt(fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){perror("setsockopt");exit(0);}/*设置通信结构体*/myaddr.sin_family=AF_INET;myaddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(!inet_aton(argv[1],&myaddr.sin_addr)){fprintf(stderr,"Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}/*绑定通信结构体*/if(bind(fd,(Addr*)&myaddr,sizeof(Addr_in)))ErrExit("bind");while(1){recvfrom(fd,buf,BUFSIZ,0,(Addr*)&peeraddr,&peerlen);printf("[%s:%d]%s\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port),buf);}return0;}

• send

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<netinet/ip.h>/* superset of previous */#include<unistd.h>#include<stdlib.h>#include<arpa/inet.h>#include<strings.h>#include<string.h>#defineErrExit(msg)do{perror(msg);exit(EXIT_FAILURE);}while(0)typedefstructsockaddrAddr;typedefstructsockaddr_inAddr_in;intmain(intargc,char*argv[]){intfd=-1;Addr_in peeraddr;socklen_tpeerlen=sizeof(peeraddr);charbuf[BUFSIZ]={};/*参数检查*/if(argc<3){fprintf(stderr,"%s<multiaddr><port>",argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/*创建套接字*/if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0)ErrExit("socket");/*设置通信结构体*/peeraddr.sin_family=AF_INET;peeraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(!inet_aton(argv[1],&peeraddr.sin_addr)){fprintf(stderr,"Invalid address\n");exit(EXIT_FAILURE);}while(1){fgets(buf,BUFSIZ,stdin);sendto(fd,buf,strlen(buf)+1,0,(Addr*)&peeraddr,peerlen);}return0;}

广播 VS 组播