UDP多播与广播详解-优快云博客

原文在这里：http://blog.youkuaiyun.com/raoxuanxuan/article/details/20012931

最近项目的需要，了解了一下UDP多播与广播。

1. UDP多播

UDP多播是这样子的：老师要给班上学生通知消息，他要么一个个地给每个同学去说（这就是单播），要么他写在黑板上，每个同学进教室都可以看得见。后者就是多播，即说有一台主机（老师）往一个地址上（黑板上）发数据，可以有一群客户端（班上学生）同时去那个地址上拿数据（看黑板），就不用发送主机一个一个地往这些客户端所在的地址上去发了，那么自然会节约很多主机资源和网络资源。并不是随意一个地址就可以进行多播的，多播的地址是固定了的，只有224.0.0.0到239.255.255.255这一个范围，其中这些范围的地址又做了进一步划分，具体可以去Google一下。OK，大概了解了多播这个东西，我们来看看代码：

[cpp]view plaincopy 
   
 #include <winsock.h>  
 #include <iostream>  
 #include <string>  
 using namespace std;  
 #pragma comment(lib,"WSOCK32.lib")  
 #define MULTICAST_IP "239.239.1.1"  
 #define MULTICAST_PORT 10086  
   
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
 {  
     //启动winsock环境  
     WSADATA wsd;  
     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)  
     {  
         cerr<<"Could not open Windows Connection.\n"<<endl;  
         return 1;  
     }  
     //创建一个UDP Socket  
     SOCKET clientSocket;  
     clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
     if(clientSocket == INVALID_SOCKET)  
     {  
         cerr<<"Could not create socket.\n"<<endl;  
         WSACleanup();  
         return 1;  
     }  
     //创建地址并绑定到该Socket上  
     sockaddr_in clientAddress;  
     memset(&clientAddress, 0, sizeof(sockaddr_in));  
     clientAddress.sin_family = AF_INET;  
     clientAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
     clientAddress.sin_port = htons(MULTICAST_PORT);  
     if (bind(clientSocket, (struct sockaddr *) &clientAddress, sizeof(clientAddress)) < 0)      
     {      
         cerr<<"Could not bind socket to a sockaddr_in"<<endl;  
         return 1;  
     }      
     //加入多播组  
     struct ip_mreq mreq;      
     mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_IP);      
     mreq.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;  
     if (setsockopt(clientSocket, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (char *)&mreq, sizeof(mreq)) < 0)       
     {      
         int err = GetLastError();  
         cerr<<"Could not add into MultiCast Group.\n"<<endl;  
         return 1;  
     }      
     //接收数据  
     char buff[20] = {0};  
     while (1)       
     {      
         //ssize_t recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);      
         int addrlen = sizeof(sockaddr);    
         int nBytes = 0;  
         if((nBytes = recvfrom(clientSocket, buff, 20, 0,NULL,NULL)) < 0)  
         {      
             cerr<<"receive from multicast group failed"<<endl;    
             return 1;  
         }   
         buff[nBytes]  ='\0';   
         cout<<"Client Receive : "<<buff<<endl;  
     }      
     return 0;  
 }  

以上是一个简单的UDP多播客户端，从代码中我们可以看出来，客户端的代码的关键之处在于：

让客户端加入到多播组中，即用函数setsockopt(fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,(char *)&mreq,sizeof(mreq)，即可加入到ip_mrep结构体指明的多播地址中。
让客户端把socket绑定到服务器发送所用的端口的地址中。

[cpp]view plaincopy 
    
 #define MULTICAST_IP "239.239.1.1"  
 #define MULTICAST_PORT 10086  
 #include <WinSock2.h>  
 #include <iostream>  
 #include <string>  
 using namespace std;  
 #pragma  comment(lib,"ws2_32.lib")  
   
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
 {  
     WSADATA wsd;  
     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)  
     {  
         cerr<<"Could not open Windows Connection.\n"<<endl;  
         return 1;  
     }  
   
     SOCKET serverSocket;  
     serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
     if(serverSocket == INVALID_SOCKET)  
     {  
         cerr<<"Could not create socket.\n"<<endl;  
         WSACleanup();  
         return 1;  
     }  
   
     sockaddr_in serverAddress;  
     memset(&serverAddress, 0, sizeof(sockaddr_in));  
     serverAddress.sin_family = AF_INET;  
     serverAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_IP);  
     serverAddress.sin_port = htons(MULTICAST_PORT);  
     std::string message = "Hello World!";  
     while(1)  
     {  
         int error = sendto(serverSocket, message.c_str(), message.length(), 0, (sockaddr*)&serverAddress, sizeof(sockaddr));  
         if(error < 0)  
         {  
             cerr<<"Send Message Failed..."<<endl;  
             return 1;  
         }  
         cout<<"Server Send : " << message << endl;  
         Sleep(1000);  
     }  
     return 0;  
 }  

以上是一个UDP多播的服务器代码。服务器代码的关键点只有一个就是把服务器的socket绑定到多播ip和多播端口构成的地址中，然后向这个地址发送数据即可。

注意到，在一般情况下，只有服务器的socket需要做bind操作，因为这样客户端的socket才能够知道要访问的服务器的IP和端口号。而客户端的socket是不需要bind操作的，协议栈会隐式地自动生成一个可用端口号再加上客户端本机的IP地址bind到其socket上。但是多播这里不同，服务器socket没有bind，客户端socket必须要bind到一个地址上，这个地址的端口号是服务器多播的发送端口号(IP随意，一般就是INADDR_ANY，表示由协议栈来完成bind)。我们可以这样理解这个行为：其实服务器并不是发送数据到x.x.x.255这个地址，这个地址是虚拟的，这个地址就相当于发送到x.x.x.1~x.x.x.254这一堆地址上，加上端口号，服务器发送到这一堆地址的指定端口号上，所以如果客户端socket不绑定到这个端口号上就接收不到了。而服务器自己的IP和端口则无所谓（如果客户端不需要发送数据到服务器）。

2. UDP广播

接下来是UDP广播，UDP广播的话分两种，一种是广播地址是255.255.255.255，一种是广播到x.x.x.255。前面一种是受限的广播，路由器不会转发，局域网里所有主机都收得到；后一种是子网的广播，路由器会转发到该子网的所有主机上，不过必须要保证子网掩码的正确（因为它是子网的广播嘛）。例子就是，如果某个客户端A的IP是192.168.1.10，看起来服务器广播到192.168.1.255时，客户端A可以收到，但是如果A的子网掩码不是255.255.255.0，则A就收不到，因为它不是192.168.1. 这个子网的。

[cpp]view plaincopy 
    
 #include <WinSock2.h>  
 #include <iostream>  
 #include <string>  
 using namespace std;  
 #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
 {  
     WSADATA wsd;  
     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)  
     {  
         cerr<<"Could not open Windows Connection.\n"<<endl;  
         return 1;  
     }  
   
     SOCKET serverSocket;  
     serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
     if(serverSocket == INVALID_SOCKET)  
     {  
         cerr<<"Could not create socket.\n"<<endl;  
         WSACleanup();  
         return 1;  
     }  
   
     bool broadCast;  
     int optLen = sizeof(broadCast);  
     if(SOCKET_ERROR == setsockopt(serverSocket, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&broadCast, optLen))  
     {  
         cerr<<"Could not Set BroadCast socket.\n"<<endl;  
         closesocket(serverSocket);  
         WSACleanup();  
         return -1;  
     }  
   
     sockaddr_in localAddress;  
     memset(&localAddress, 0,sizeof(localAddress));  
     localAddress.sin_family = AF_INET;  
     localAddress.sin_port = htons(10086);  
     localAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr("172.31.8.255");  
     //localAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_BROADCAST;  
   
     string message = "hello world!";  
     int server_length = (int)sizeof(sockaddr_in);  
     int r;  
     while (1)  
     {  
         r = sendto(serverSocket, message.c_str(), message.length(),0,(sockaddr*)&localAddress,sizeof(localAddress));  
         if(r < 0)  
             break;  
         else  
         {  
             cout<<"Server Send : "<<message<<endl;  
             Sleep(1000);  
         }  
     }  
     return 0;  
 }  

以上是一个UDP广播的服务器代码，其关键之处在于：

要打开socket的广播属性，即setsockopt(serverSocket, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&broadCast, optLen)
发送数据到设置了广播IP的地址中。在代码中可以看见，我的本机IP是172.31.8.41，子网掩码是255.255.255.0，所以我是172.31.8这个子网的，那么服务器发送到172.31.8.255这个广播IP上，就相当于发给我们实验室172.31.8.这个网段的所有小伙伴；另外，注释起来的这句话localAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_BROADCAST; 即发送到受限的广播地址255.255.255.255，INADDR_BROADCAST是WinSock定义的宏，就代表这个地址。

[cpp]view plaincopy 
     
 #include <WinSock2.h>  
 #include <iostream>  
 #include <string>  
 using namespace  std;  
 #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
 {  
     WSADATA wsd;  
     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)  
     {  
         cerr<<"Could not open Windows Connection.\n"<<endl;  
         return 1;  
     }  
   
     SOCKET clientSocket;  
     clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
     if(clientSocket == INVALID_SOCKET)  
     {  
         cerr<<"Could not create socket.\n"<<endl;  
         WSACleanup();  
         return 1;  
     }  
   
     sockaddr_in clientAddress;  
     memset(&clientAddress, 0,sizeof(clientAddress));  
     clientAddress.sin_family = AF_INET;  
     clientAddress.sin_port = htons(10086);  
     clientAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
   
     if(-1 == bind(clientSocket, (sockaddr*)&clientAddress,sizeof(sockaddr)))  
     {  
         cerr<<"Could not bind socket.\n"<<endl;  
         closesocket(clientSocket);  
         WSACleanup();  
         return -1;  
     }  
   
     char buff[20] = {0};  
     int serverLength = sizeof(clientAddress);  
     int r;  
     while (1)  
     {  
          r = recvfrom(clientSocket, buff, 20, 0, NULL,NULL);  
          if(r < 0)  
              return 1;  
          else  
          {  
              cout<<"Client Receive : "<<buff<<endl;  
          }  
     }  
     return 0;  
 }  