linux网络编程之广播

Linux网络编程之广播

作者：Eric(wongpz@foxmail.com)
时间：2012-09-14

常见的TCP和UDP通信大都使用的是点对点的单播方式，这种方式可以很方便进行交互处理，在多个交互同时进行时，网络带宽占的比较多。广播是由一个主机向一个网络上所有主机发送消息的方式，需要的网络带宽相对单播来说，降低很多。
广播的地址是将IP地址中主机部分全部置为1，即xxx.xxx.xxx.255。255.255.255.255这一特殊的广播地址可以向全世界进行广播，但一般路由器都会屏蔽。
广播发送的目的MAC地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF。
一般发送广播步骤如下：
(1)确定广播接口名字，如eth0；
(2)确定广播地址，通过ioctl函数，请求码为SIOCGIFBRDADDR，从而得到广播地址；
(3)使用广播地址进行广播；

由于TCP协议是端到端的协议，通信之前必须建立三次握手才能发送数据，而广播是一种一对多的通信方式，所以TCP不支持广播。一般在局域网中，广播用来探测服务器地址或客户端的发现。

编程实现：
服务器端：

/*********************************************************************
 * Filename: bcast_server.c
 * Description: 广播服务器端代码
 * Author: Eric(wongpz@foxmail.com)
 * Date: 2012-9-14
 ********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/in.h>
#include <stdlib.h>

#define IP_FOUND "IP_FOUND"
#define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"
#define PORT 9999

int main(int argc, char*argv[])
{
    int ret = -1;
    int sock;
    struct sockaddr_in server_addr; //服务器端地址
    struct sockaddr_in from_addr; //客户端地址
    int from_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    int count = -1;
    fd_set readfd; //读文件描述符集合
    char buffer[1024];
    struct timeval timeout;
    timeout.tv_sec = 2;
    timeout.tv_usec = 0;

    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //建立数据报套接字
    if (sock < 0)
    {
        perror("sock error");
        return -1;
    }

    memset((void*) &server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY );
    server_addr.sin_port = htons(PORT);

    //将地址结构绑定到套接字上
    ret = bind(sock, (struct sockaddr*) &server_addr, sizeof(server_addr));
    if (ret < 0)
    {
        perror("bind error");
        return -1;
    }

    /**
     * 循环等待客户端
     */
    while (1)
    {
        timeout.tv_sec = 100;
        timeout.tv_usec = 0;

        //文件描述符集合清0
        FD_ZERO(&readfd);

        //将套接字描述符加入到文件描述符集合
        FD_SET(sock, &readfd);

        //select侦听是否有数据到来
        ret = select(sock + 1, &readfd, NULL, NULL, &timeout); //侦听是否可读
        switch (ret)
        {
        case -1: //发生错误
            perror("select error:");
            break;
        case 0: //超时
            printf("select timeout\n");
            break;
        default:
            if (FD_ISSET(sock,&readfd))
            {
                count = recvfrom(sock, buffer, 1024, 0,
                        (struct sockaddr*)&from_addr, &from_len); //接收客户端发送的数据

                //from_addr保存客户端的地址结构
                if (strstr(buffer, IP_FOUND))
                {
                    //响应客户端请求
                    //打印客户端的IP地址和端口号
                    printf("\nClient connection information:\n\t IP: %s, Port: %d\n",
                            (char *)inet_ntoa(from_addr.sin_addr),
                            ntohs(from_addr.sin_port));

                    //将数据发送给客户端
                    memcpy(buffer, IP_FOUND_ACK, strlen(IP_FOUND_ACK) + 1);
                    count = sendto(sock, buffer, strlen(buffer), 0,
                            (struct sockaddr*) &from_addr, from_len);
                }
            }
            break;
        }
    }
    return 0;
}

客户端：

/*********************************************************************
 * Filename: bcast_client.c
 * Description:广播客户端代码
 * Author: Eric(wongpz@foxmail.com)
 * Date: 2012-9-14
 ********************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<netdb.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>

#define IP_FOUND "IP_FOUND"
#define IP_FOUND_ACK "IP_FOUND_ACK"
#define IFNAME "eth0"
#define MCAST_PORT 9999

int main(int argc, char*argv[])
{
    int ret = -1;
    int sock = -1;
    int j = -1;
    int so_broadcast = 1;
    struct ifreq *ifr;
    struct ifconf ifc;
    struct sockaddr_in broadcast_addr; //广播地址
    struct sockaddr_in from_addr; //服务端地址
    int from_len = sizeof(from_addr);
    int count = -1;
    fd_set readfd; //读文件描述符集合
    char buffer[1024];
    struct timeval timeout;
    timeout.tv_sec = 2; //超时时间为2秒
    timeout.tv_usec = 0;

    //建立数据报套接字
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock < 0)
    {
        perror("create socket failed:");
        return -1;
    }

    // 获取所有套接字接口
    ifc.ifc_len = sizeof(buffer);
    ifc.ifc_buf = buffer;
    if (ioctl(sock, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) < 0)
    {
        perror("ioctl-conf:");
        return -1;
    }
    ifr = ifc.ifc_req;
    for (j = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); --j >= 0; ifr++)
    {
        if (!strcmp(ifr->ifr_name, "eth0"))
        {
            if (ioctl(sock, SIOCGIFFLAGS, (char *) ifr) < 0)
            {
                perror("ioctl-get flag failed:");
            }
            break;
        }
    }

    //将使用的网络接口名字复制到ifr.ifr_name中，由于不同的网卡接口的广播地址是不一样的，因此指定网卡接口
    //strncpy(ifr.ifr_name, IFNAME, strlen(IFNAME));
    //发送命令，获得网络接口的广播地址
    if (ioctl(sock, SIOCGIFBRDADDR, ifr) == -1)
    {
        perror("ioctl error");
        return -1;
    }
    //将获得的广播地址复制到broadcast_addr
    memcpy(&broadcast_addr, (char *)&ifr->ifr_broadaddr, sizeof(struct sockaddr_in));
    //设置广播端口号
    printf("\nBroadcast-IP: %s\n", inet_ntoa(broadcast_addr.sin_addr));
    broadcast_addr.sin_family = AF_INET;
    broadcast_addr.sin_port = htons(MCAST_PORT);

    //默认的套接字描述符sock是不支持广播，必须设置套接字描述符以支持广播
    ret = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &so_broadcast,
            sizeof(so_broadcast));

    //发送多次广播，看网络上是否有服务器存在
    int times = 10;
    int i = 0;
    for (i = 0; i < times; i++)
    {
        //一共发送10次广播，每次等待2秒是否有回应
        //广播发送服务器地址请求
        timeout.tv_sec = 2;  //超时时间为2秒
        timeout.tv_usec = 0;
        ret = sendto(sock, IP_FOUND, strlen(IP_FOUND), 0,
                (struct sockaddr*) &broadcast_addr, sizeof(broadcast_addr));
        if (ret < 0)
        {
            continue;
        }

        //文件描述符清0
        FD_ZERO(&readfd);
        //将套接字文件描述符加入到文件描述符集合中
        FD_SET(sock, &readfd);
        //select侦听是否有数据到来
        ret = select(sock + 1, &readfd, NULL, NULL, &timeout);
        switch (ret)
        {
        case -1:
            break;
        case 0:
            perror("select timeout\n");
            break;
        default:
            //接收到数据
            if (FD_ISSET(sock,&readfd))
            {
                count = recvfrom(sock, buffer, 1024, 0,
                        (struct sockaddr*) &from_addr, &from_len); //from_addr为服务器端地址
                printf("\trecvmsg is %s\n", buffer);
                if (strstr(buffer, IP_FOUND_ACK))
                {
                    printf("\tfound server IP is %s, Port is %d\n",
                            inet_ntoa(from_addr.sin_addr),
                            htons(from_addr.sin_port));
                }
                return -1;

            }
            break;

        }
    }
    return 0;
}

Makefile文件：

OBJS_SERVER = bcast_server.o
OBJS_CLIENT = bcast_client.o
LIBS_SERVER =
LIBS_CLIENT =

CFLAGS = -c
CC = gcc

PROS = bcast_client bcast_server

all: $(PROS)

.c.o:
    $(CC) $(CFLAGS) $<

bcast_client: $(OBJS_CLIENT)
    $(CC) -o $@ $^ $(LIBS_SERVER)

bcast_server: $(OBJS_SERVER)
    $(CC) -o $@ $^ $(LIBS_CLIENT)

clean:
    rm -rf $(PROS) $(OBJS_CLIENT) $(OBJS_SERVER)

运行截图：

备注：
以上代码参考于http://blog.csdn.net/chenjin_zhong/article/details/7270213，获取网络接口部分有改动。

具体代码及文档可以在如下地址下载：

http://download.csdn.net/detail/ericdev/4570901