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网络编程之UDP广播与粘包问题

news 2025/9/15 5:21:41

一，广播简介

从上述讲的例⼦中，不管是TCP协议还是UDP协议，都是”单播”, 就是”点对点”的进⾏通信，如果要对网络里面的所有主机进⾏通信，实现”点对多”的通信，我们可以使用UDP中的⼴播通信。
理论上可以像播放电视节目⼀样在整个Internet 上发送广播数据，但是几乎没有路由器转发广播数据，所以，广播程序只能应用在本地子网中。

广播的特点：

1.⼴播需要有发送⽅和接收⽅，必须有⼀些线程在机器上监听到来的数据。⼴播的缺点是如果有多个进程都发送⼴播数据，⽹络就会阻塞，⽹络性能便会受到影响。
2.⼴播发送不是循环给⽹络中的每⼀个IP发送数据，而是给⽹络中⼀个特定的IP发送信息，这个IP就是⼴播地址，⼴播发送方：使⽤setsockopt打开SO_BROADCAST, 设置广播地址 255.255.255.255，设置⼴播端口号。广播接收方：将套接字绑定到指定的广播端口号, 监听数据到来。
3.⼴播数据发送只能采⽤UDP协议，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。

广播的实现：

发送方：
1.调用 setsockopt() 打开 SO_BROADCAST。
2.使用广播地址 255.255.255.255。
3.设置广播端口号，向局域网广播消息。

接收方：
1.将套接字绑定到广播端口。
2.监听数据到来，处理接收的广播消息。

注意：广播通信只能使用 UDP 协议，区别在于目标 IP 使用广播地址 255.255.255.255。

二，setsockopt()函数详解

setsockopt和getsockopt用于对套接字进行配置，常用于开启广播功能。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

sock：套接字描述符。

level：选项所在协议层（如 SOL_SOCKET、IPPROTO_IP、IPPROTO_TCP）。

optname：选项名称（常见如 SO_BROADCAST）。

optval：选项值。

optlen：选项长度。

常见选项：

INADDR_ANY (0.0.0.0)：表示绑定本机所有网卡地址。

INADDR_BROADCAST (255.255.255.255)：广播地址，消息只在当前局域网有效。

三，粘包问题

1.什么是粘包？

在 TCP 通信中，发送方发送的多个小数据包可能会被合并到一起，接收方从缓冲区读取时无法分辨消息边界，这就是粘包。

注意：UDP 不会发生粘包问题，因为它以报文为单位，每次 recv 只能读取一个完整 UDP 包。

2.粘包产生原因

1.发送方为了提高效率，等待缓冲区满再发送。

2.TCP 协议中的 Nagle 算法会将多个小包合并成大包。

3.接收方处理不及时，导致多个包堆积在缓冲区中一起被读出。

3.解决办法

自定义报文格式：
使用包头 + 数据长度 + 数据内容的格式来传输。

包头：标识包的起始位置。
长度：告诉接收方应该读取多少字节。
包尾：标识包的结束。

示例：

[包头][数据长度][数据内容][包尾]

接收时：

先读取包头，判断一个数据包的开始。根据数据长度读取完整数据。处理完后继续读取下一个包。

4.UDP广播示例代码

发送端（send.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>int main() {int sock;struct sockaddr_in broadcastAddr;char *msg = "Hello, this is a UDP broadcast!";int broadcastPermission = 1;// 创建 UDP 套接字sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sock < 0) {perror("socket failed");exit(1);}// 设置套接字支持广播setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST,&broadcastPermission, sizeof(broadcastPermission));// 设置广播地址memset(&broadcastAddr, 0, sizeof(broadcastAddr));broadcastAddr.sin_family = AF_INET;broadcastAddr.sin_port = htons(8888);broadcastAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("255.255.255.255");// 发送广播消息while (1) {sendto(sock, msg, strlen(msg), 0,(struct sockaddr *)&broadcastAddr, sizeof(broadcastAddr));printf("Broadcast message sent: %s\n", msg);sleep(2);}close(sock);return 0;
}

接收端（receive.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>#define BUF_SIZE 1024int main() {int sock;struct sockaddr_in recvAddr;char buffer[BUF_SIZE];socklen_t addr_len = sizeof(recvAddr);// 创建 UDP 套接字sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sock < 0) {perror("socket failed");exit(1);}// 绑定端口memset(&recvAddr, 0, sizeof(recvAddr));recvAddr.sin_family = AF_INET;recvAddr.sin_port = htons(8888);recvAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(sock, (struct sockaddr *)&recvAddr, sizeof(recvAddr)) < 0) {perror("bind failed");exit(1);}// 循环接收广播while (1) {int recvLen = recvfrom(sock, buffer, BUF_SIZE, 0,(struct sockaddr *)&recvAddr, &addr_len);buffer[recvLen] = '\0';printf("Received broadcast: %s\n", buffer);}close(sock);return 0;
}

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