广播与多播

广播（Broadcast）

广播是一种一对多的通信方式，只有传输层协议为 UDP 时才支持（TCP 是端对端通信，不支持广播）。

广播地址

• 子网内广播地址：主机号全部为 1，格式为 xxx.xxx.xxx.255（子网掩码决定主机号范围）。
  • 示例：
    • 子网掩码 255.255.255.0，IP 192.168.31.56 → 广播地址 192.168.31.255。
    • 子网掩码 255.255.128.0，IP 192.168.31.56 → 广播地址 192.168.127.255。

      子网掩码：11111111 11111111 10000000 00000000  
      IP 地址：11000000 10101000 00011111 00111000  
      广播地址：11000000 10101000 01111111 11111111 → 192.168.127.255

    • 子网掩码 255.255.192.0，IP 192.168.12.33 → 广播地址 192.168.63.255。

      子网掩码：11111111 11111111 11000000 00000000  
      IP 地址：11000000 10101000 00001100 00100001  
      广播地址：11000000 10101000 00111111 11111111 → 192.168.63.255

• 全网广播地址：255.255.255.255（可能引发网络风暴，实际意义有限）。

启用广播

需通过套接字选项显式开启：

int opt = 1;  
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &opt, sizeof(opt));

发送广播数据

发送时需指定广播地址：

struct sockaddr_in broadcast;  
broadcast.sin_family = AF_INET;  
broadcast.sin_port = htons(8899);  
broadcast.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.8.255"); // 子网广播地址  
sendto(sockfd, buf, len, 0, (struct sockaddr*)&broadcast, sizeof(broadcast));

接收广播数据

• Linux：接收端需绑定 INADDR_ANY（任意地址）才能接收广播数据。
• Windows：无需特殊绑定。

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多播/组播（Multicast）

多播是一种折中的一对多通信方式，只有传输层协议为 UDP 时支持。与广播的区别：

• 广播：所有主机接收数据，可能引发广播风暴。
• 多播：仅加入特定多播组的主机接收数据，节省带宽。

多播地址

• IPv4 D 类地址：范围 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255（最高位为 1110）。

多播编程流程

1. 创建 UDP 套接字：

   int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

2. 加入多播组：
   使用 struct ip_mreq 指定多播组和网卡：

   struct ip_mreq {  
       struct in_addr imr_multiaddr; // 多播组地址（D 类地址）  
       struct in_addr imr_interface; // 网卡 IP 地址  
   };

   示例：

   struct ip_mreq mreq;  
   mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.10.10.1"); // 多播组  
   mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);       // 任意网卡  
   setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, (void*)&mreq, sizeof(mreq));

3. 数据通信：

   • 发送端：sendto() 到多播组地址。
   • 接收端：正常接收数据（需先加入多播组）。

4. 离开多播组：

   setsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_DROP_MEMBERSHIP, (void*)&mreq, sizeof(mreq));  
   close(sock);

路由配置（Linux）

需添加路由规则确保多播数据正常传输：

route add -net 224.0.0.0 netmask 240.0.0.0 dev ens33  # 指定网卡  
route add default gw 172.4.1.1 dev eth0               # 设置网关

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关键区别总结

特性	广播（Broadcast）	多播（Multicast）
地址范围	子网广播地址（如 192.168.1.255）	D 类地址（224.0.0.0~239.255.255.255）
接收范围	同一子网所有主机	仅加入多播组的主机
带宽占用	高（可能引发广播风暴）	低（按需接收）
启用方式	设置 SO_BROADCAST 套接字选项	加入多播组（IP_ADD_MEMBERSHIP）
适用场景	局域网内简单通知	跨子网高效分发（视频流、实时数据）