一、什么是UDP广播
UDP广播是一种网络通信的方式，在广域网或局域网中，UDP广播可以向多个目标主机发送数据包，使得网络中的所有设备都能接收到广播消息。一定是采用UDP协议。
二、特性
1、面向无连接：UDP广播不需要建立连接，可以直接发送数据包到目标设备。
2、广播特性：UDP广播可以向一个网络中的所有设备发送数据包。
3、不可靠性：UDP广播发送的数据包无法保证传输的可靠性，可能会发生数据丢失、错误等情况。
4、速度快、开销小：UDP广播不需要建立连接，因此传输速度快，开销小，适用于实时流媒体传输等应用场景。
5、 安全性较低：UDP广播发送的数据包可以被网络中的其他设备接收，可能会存在数据泄露的风险。
6、适用于广播通信场景：UDP广播适用于需要向网络中所有设备发送数据的场景，比如寻找可用设备、传输实时视频或音频数据等。
三、使用场景
UDP广播主要用于数据的实时传输和设备的发现，常见的应用场景包括：
1、视频和音频的实时传输：UDP广播可以使得多个设备同时接收到同一流的数据，实现实时的视频会议和音频播放等功能。
2、网络打印机的自动发现：通过UDP广播，打印机可以向网络中广播自己的存在，从而被所有的设备发现和使用。
3、多人游戏的联机：UDP广播可以将游戏数据同时发送给所有玩家的设备，实现多人游戏的联机功能。
4、网络摄像头的实时监控：通过UDP广播，摄像头可以将实时的视频流发送给所有监控软件，使得监控人员能够同时查看视频。
四、UDP广播通信流程
1、发送方（不一定是服务器或者客户端）
（1）、建立套接字。使用socket()
（2）、设置套接字属性为广播。使用setsockopt()
（3）、绑定自己的IP地址和端口号。使用bind()（可以省略）
（4）、发送数据，并指定接收方为广播地址。使用sendto()
（5）、关闭套接字
2、接收方（不一定是服务器或者客户端）
（1）、建立套接字。使用socket()
（2）、设置端口复用。使用setsockopt()（可选，推荐）
（3）、绑定IP地址为广播地址和端口号。使用bind()（不可以省略）
（4）、接收数据。使用recvfrom()
（5）、关闭套接字
五、相关函数API
1、建立套接字
// 建立套接字 int socket(int domain, int type, int protocol); // 接口说明 返回值：成功返回一个套接字文件描述符，失败返回-1 参数domain：用来指定使用何种地址类型，有很多，具体看别的资源 （1）PF_INET 或者 AF_INET 使用IPV4网络协议 （2）其他很多的，看别的资源 参数type：通信状态类型选择，有很多，具体看别的资源 （1）SOCK_STREAM 提供双向连续且可信赖的数据流，即TCP （2）SOCK_DGRAM 使用不连续不可信赖的数据包连接，即UDP 参数protocol：用来指定socket所使用的传输协议编号，通常不用管，一般设为0
2、设置端口状态
// 设置端口的状态 int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen); // 接口说明 返回值：成功返回0，失败返回-1 参数sockfd：待设置的套接字 参数level： 待设置的网络层，一般设成为SOL_SOCKET以存取socket层 参数optname：待设置的选项，有很多种，具体看别的资源，这里讲常用的 （1）、SO_REUSEADDR 允许在bind()过程中本地地址可复用，即端口复用 （2）、SO_BROADCAST 使用广播的方式发送，通常用于UDP广播 （3）、SO_SNDBUF 设置发送的暂存区大小 （4）、SO_RCVBUF 设置接收的暂存区大小 参数optval：待设置的值 参数optlen：参数optval的大小，即sizeof(optval)
3、绑定IP地址和端口号
// 绑定自己的IP地址和端口号 int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // 接口说明 返回值： 参数sockfd：待绑定的套接字 参数addrlen：参数addr的大小，即sizeof(addr) 参数addr：IP地址和端口的结构体，通用的结构体，根据sockfd的类型有不同的定义 当sockfd的domain参数指定为IPV4时，结构体定义为 struct sockaddr_in { unsigned short int sin_family; // 需与sockfd的domain参数一致 uint16_t sin_port; // 端口号 struct in_addr sin_addr; // IP地址 unsigned char sin_zero[8]; // 保留的，未使用 }; struct in_addr { uin32_t s_addr; } // 注意：网络通信时，采用大端字节序，所以端口号和IP地址需要调用专门的函数转换成网络字节序
4、字节序转换接口
// 第一组接口 // 主机转网络IP地址，输入主机IP地址 uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 主机转网络端口，输入主机端口号 uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 常用 // 网络转主机IP，输入网络IP地址 uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 网络转主机端口，输入网络端口 uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 第二组接口，只能用于IPV4转换，IP地址 // 主机转网络 int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); // 主机转网络 in_addr_t inet_addr(const char *cp); // 常用 // 网络转主机 int_addr_t inet_network(const char *cp); // 网络转主机 char *inet_ntoa(struct in_addr in); // 常用
5、发送数据
// UDP协议发送数据 ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); // 接口说明 返回值：成功返回成功发送的字节数，失败返回-1 参数sockfd：发送者的套接字 参数buf：发送的数据缓冲区 参数len：发送的长度 参数flags：一般设置为0，还有其他数值，具体查询别的资源 参数dest_addr：接收者的网络地址 参数addrlen：接收者的网络地址大小，即sizeof(dest_addr)
6、接收数据
// UDP协议接收数据 ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); // 接口说明： 返回值：成功返回成功接收的字节数，失败返回-1 参数sockfd：接收者的套接字 参数buf：接收数据缓的冲区 参数len：接收的最大长度 参数flags：一般设置为0，还有其他数值，具体查询别的资源 参数src_addr：发送者的网络地址，可以设置为NULL 参数addrlen： 发送者的网络地址大小，即sizeof(src_addr)
7、关闭套接字
// 关闭套接字 int close(int fd); // 接口说明 返回值：成功返回0，失败返回-1 参数fd：套接字文件描述符
六、案例
实现UDP广播的演示
发送方BroadcastSend.c
// UDP广播发送方的案例 #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> #define SEND_IP "192.168.64.128" // 记得改为自己IP #define SEND_PORT 10000 // 不能超过65535，也不要低于1000，防止端口误用 int main(int argc, char *argv[]) { // 1、建立套接字，使用IPV4网络地址，UDP协议 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sockfd == -1) { perror("socket fail"); return -1; } // 2、设置套接字为广播属性 int optval = 1; // 这里设置套接字为广播属性，所以随便写一个值 int ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &optval, sizeof(optval)); if(ret == -1) { perror("setsockopt fail"); close(sockfd); return -1; } // 3、绑定自己的IP地址和端口号（可以省略） struct sockaddr_in send_addr = {0}; socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr); send_addr.sin_family = AF_INET; // 指定协议为IPV4地址协议 send_addr.sin_port = htons(SEND_PORT); // 端口号 send_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SEND_IP); // IP地址 ret = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&send_addr, addr_len); if(ret == -1) { perror("bind fail"); close(sockfd); return -1; } // 4、发送数据 uint16_t port = 0; // 端口号 char ip[20] = {0}; // IP地址 struct sockaddr_in recv_addr = {0}; char msg[128] = {0}; // 数据缓冲区 // 注意输入广播地址，格式为*.*.*.255 printf("please input receiver IP and port\n"); scanf("%s %hd", ip, &port); printf("IP = %s, port = %hd\n", ip, port); recv_addr.sin_family = AF_INET; // 指定用IPV4地址 recv_addr.sin_port = htons(port); // 接收者的端口号 recv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); // 接收者的IP地址 while(getchar() != '\n'); // 清空多余的换行符 while(1) { printf("please input data:\n"); fgets(msg, sizeof(msg)/sizeof(msg[0]), stdin); // 发送数据，注意要填写接收者的地址 ret = sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr*)&recv_addr, addr_len); if(ret > 0) { printf("success: send %d bytes\n", ret); } } // 5、关闭套接字 close(sockfd); return 0; }
接收方BroadcastRecv.c
// UDP广播接收方的案例 #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/ip.h> #include <arpa/inet.h> #define RECV_IP "192.168.64.255" // 记得改为广播地址 #define RECV_PORT 20000 // 不能超过65535，也不要低于1000，防止端口误用 int main(int argc, char *argv[]) { // 1、建立套接字，使用IPV4网络地址，UDP协议 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sockfd == -1) { perror("socket fail"); return -1; } // 2、设置端口复用（推荐） int optval = 1; // 这里设置为端口复用，所以随便写一个值 int ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)); if(ret == -1) { perror("setsockopt fail"); close(sockfd); return -1; } // 3、绑定自己的IP地址和端口号（不可以省略） struct sockaddr_in recv_addr = {0}; socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr); recv_addr.sin_family = AF_INET; // 指定协议为IPV4地址协议 recv_addr.sin_port = htons(RECV_PORT); // 端口号 // recv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(RECV_IP); // IP地址. 写下面的更好 recv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 本机内所有的IP地址 ret = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&recv_addr, addr_len); if(ret == -1) { perror("bind fail"); close(sockfd); return -1; } // 4、接收数据 uint16_t port = 0; // 端口号 char ip[20] = {0}; // IP地址 struct sockaddr_in send_addr = {0}; char msg[128] = {0}; // 数据缓冲区 while(1) { // 接收数据，注意使用发送者的地址来接收 ret = recvfrom(sockfd, msg, sizeof(msg)/sizeof(msg[0]), 0, (struct sockaddr*)&send_addr, &addr_len); if(ret > 0) { memset(ip, 0, sizeof(ip)); // 先清空IP strcpy(ip, inet_ntoa(send_addr.sin_addr)); // 网络IP转主机IP port = ntohs(send_addr.sin_port); // 网络端口号转主机端口号 printf("[%s:%d] send data: %s\n", ip, port, msg); memset(msg, 0, sizeof(msg)); // 清空数据区 } } // 5、关闭套接字 close(sockfd); return 0; }
通信演示
注：第一幅图由于只有一台电脑不太好演示广播效果，第二幅图用了一台电脑和一个开发板。
七、总结
UDP广播一定是采用UDP协议的，通信流程跟UDP协议的通信流程差不多，就是要注意设置发送方套接字属性为广播，然后设置接收方的IP地址为广播地址，UDP广播主要用于数据的实时传输和设备的发现。
