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wzjs 2025/8/20 6:43:16

视频作品投票网站如何做,杭州小程序建设公司,多多进宝怎么做自己网站,便宜建站vpsLinux网络编程：广播、组播与原始套接字一、广播通信 1.1 广播的定义与特点广播是一种将数据发送到同一网络中所有设备的通信方式。发送者只需要发送一次数据，网络中的所有设备都会接收到这些数据。关键特点： • 范围限制：仅…

Linux网络编程：广播、组播与原始套接字

一、广播通信

1.1 广播的定义与特点

广播是一种将数据发送到同一网络中所有设备的通信方式。发送者只需要发送一次数据，网络中的所有设备都会接收到这些数据。

关键特点：
• 范围限制：仅限于同一局域网（LAN）

• 效率考量：数据会被发送到网络中的所有设备，即使某些设备不需要这些数据

• 典型应用：局域网设备发现、配置分发等场景

1.2 广播地址详解

广播通信依赖于特殊的IP地址：

• IPv4广播地址：

• 受限广播地址：255.255.255.255

• 子网广播地址：如192.168.1.255（主机号全为1）

• IPv6注意事项：IPv6不支持传统广播，而是使用组播替代

1.3 广播实现代码示例

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ErrExit(msg) do {perror(msg); exit(EXIT_FAILURE);} while(0)int main(int argc, char *argv[]) {int fd = -1;struct sockaddr_in peeraddr;char buf[BUFSIZ] = {};/* 参数检查 */if(argc < 3) {fprintf(stderr, "Usage: %s <broadcast_addr> <port>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/* 创建UDP套接字 */if((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)ErrExit("socket");/* 设置广播选项 */int on = 1;if(setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &on, sizeof(on)) < 0)ErrExit("setsockopt");/* 配置目标地址 */memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr));peeraddr.sin_family = AF_INET;peeraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &peeraddr.sin_addr) <= 0)ErrExit("inet_pton");/* 广播消息 */while(fgets(buf, BUFSIZ, stdin) != NULL) {if(sendto(fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&peeraddr, sizeof(peeraddr)) < 0)ErrExit("sendto");}close(fd);return 0;
}

二、组播通信

2.1 组播基础概念

组播（多播）是一种允许将数据发送到一组特定接收者的通信方式，相比广播更加高效。

关键特性：
• 地址范围：IPv4组播地址范围为224.0.0.0到239.255.255.255

• 地址类型：D类地址代表一个多播组

• 使用限制：多播地址只能用于目的地址，不能用于源地址

2.2 组播相关数据结构

ip_mreqn结构体详解

struct ip_mreqn {struct in_addr imr_multiaddr;  // 组播组IP地址struct in_addr imr_address;    // 本地接口IP地址int            imr_ifindex;    // 网络接口索引
};

字段说明：

imr_multiaddr：要加入/离开的组播组IP地址
imr_address：用于组播通信的本地接口IP地址
imr_ifindex：网络接口索引

2.3 组播实现示例

组播发送端

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ErrExit(msg) do {perror(msg); exit(EXIT_FAILURE);} while(0)int main(int argc, char *argv[]) {int fd = -1;struct sockaddr_in multicast_addr;char buf[BUFSIZ] = {};/* 参数检查 */if(argc < 3) {fprintf(stderr, "Usage: %s <multicast_addr> <port>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/* 创建UDP套接字 */if((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)ErrExit("socket");/* 配置组播地址 */memset(&multicast_addr, 0, sizeof(multicast_addr));multicast_addr.sin_family = AF_INET;multicast_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &multicast_addr.sin_addr) <= 0)ErrExit("inet_pton");/* 发送组播消息 */while(fgets(buf, BUFSIZ, stdin) != NULL) {if(sendto(fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&multicast_addr, sizeof(multicast_addr)) < 0)ErrExit("sendto");}close(fd);return 0;
}

组播接收端

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>#define ErrExit(msg) do {perror(msg); exit(EXIT_FAILURE);} while(0)int main(int argc, char *argv[]) {int fd = -1;struct sockaddr_in local_addr;struct ip_mreqn mreq;char buf[BUFSIZ] = {};/* 参数检查 */if(argc < 3) {fprintf(stderr, "Usage: %s <multicast_addr> <port>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}/* 创建UDP套接字 */if((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)ErrExit("socket");/* 配置本地地址 */memset(&local_addr, 0, sizeof(local_addr));local_addr.sin_family = AF_INET;local_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));local_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/* 绑定套接字 */if(bind(fd, (struct sockaddr *)&local_addr, sizeof(local_addr)) < 0)ErrExit("bind");/* 加入多播组 */memset(&mreq, 0, sizeof(mreq));if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &mreq.imr_multiaddr) <= 0)ErrExit("inet_pton");mreq.imr_address.s_addr = htonl(INADDR_ANY);mreq.imr_ifindex = 0;if(setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq)) < 0)ErrExit("setsockopt");/* 接收组播消息 */while(1) {struct sockaddr_in sender_addr;socklen_t addrlen = sizeof(sender_addr);ssize_t n = recvfrom(fd, buf, BUFSIZ, 0, (struct sockaddr *)&sender_addr, &addrlen);if(n < 0)ErrExit("recvfrom");char sender_ip[INET_ADDRSTRLEN];inet_ntop(AF_INET, &sender_addr.sin_addr, sender_ip, INET_ADDRSTRLEN);printf("[%s:%d] %s\n", sender_ip, ntohs(sender_addr.sin_port), buf);}close(fd);return 0;
}

三、原始套接字编程

3.1 原始套接字概述

原始套接字提供对底层网络协议的直接访问，允许开发者处理更底层的网络数据包。

主要特点：
• 可以接收和发送原始网络数据包

• 能够构造自定义协议头

• 适用于网络监控、安全工具开发等场景

3.2 链路层原始套接字

链路层原始套接字工作在数据链路层，可以捕获和处理以太网帧。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ether.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <net/ethernet.h>#define MTU 1500int main() {int sockfd;uint8_t buf[MTU];/* 创建链路层原始套接字 */if((sockfd = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL))) < 0) {perror("socket");return 1;}printf("Socket created successfully. Waiting for packets...\n");while(1) {/* 接收原始数据包 */ssize_t len = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);if(len < 0) {perror("recv");break;}/* 解析以太网帧头 */struct ether_header *eth = (struct ether_header *)buf;uint16_t ether_type = ntohs(eth->ether_type);/* 根据协议类型处理 */switch(ether_type) {case ETHERTYPE_IP:printf("IP Packet\n");/* 解析IP头 */struct iphdr *iph = (struct iphdr *)(buf + sizeof(struct ether_header));printf("  Source IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)&iph->saddr));printf("  Dest IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)&iph->daddr));/* 如果是TCP协议 */if(iph->protocol == IPPROTO_TCP) {struct tcphdr *tcph = (struct tcphdr *)(buf + sizeof(struct ether_header) + iph->ihl*4);printf("  TCP Source Port: %d\n", ntohs(tcph->source));printf("  TCP Dest Port: %d\n", ntohs(tcph->dest));}break;case ETHERTYPE_ARP:printf("ARP Packet\n");break;default:printf("Other Protocol (0x%04x)\n", ether_type);}}close(sockfd);return 0;
}

3.3 网络层原始套接字

网络层原始套接字工作在IP层，可以处理IP数据包。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <termios.h>#define MTU 1500int main() {int sockfd;uint8_t buf[MTU];/* 创建原始套接字 */if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_TCP)) < 0) {perror("socket");return 1;}printf("Socket created successfully. Waiting for TCP packets...\n");while(1) {/* 接收原始数据包 */ssize_t len = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);if(len < 0) {perror("recv");break;}/* 解析IP头 */struct iphdr *iph = (struct iphdr *)buf;printf("IP Packet\n");printf("  Version: %d\n", iph->version);printf("  Header Length: %d bytes\n", iph->ihl*4);printf("  Total Length: %d bytes\n", ntohs(iph->tot_len));printf("  Source IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)&iph->saddr));printf("  Dest IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)&iph->daddr));/* 解析TCP头 */struct tcphdr *tcph = (struct tcphdr *)(buf + iph->ihl*4);printf("TCP Segment\n");printf("  Source Port: %d\n", ntohs(tcph->source));printf("  Dest Port: %d\n", ntohs(tcph->dest));printf("  Header Length: %d bytes\n", tcph->doff*4);/* 显示TCP数据 */if(len > iph->ihl*4 + tcph->doff*4) {uint8_t *data = buf + iph->ihl*4 + tcph->doff*4;int datalen = len - iph->ihl*4 - tcph->doff*4;printf("TCP Data (%d bytes):\n", datalen);for(int i = 0; i < datalen; i++) {if(isprint(data[i]))printf("%c", data[i]);elseprintf(".");if((i+1) % 16 == 0) printf("\n");}printf("\n");}printf("\n");}close(sockfd);return 0;
}