ブロードキャストとは

ブロードキャストは、ネットワーク上のすべてのホストにデータを送信する通信方式です。特にLAN（ローカルエリアネットワーク）内で有効で、ルータを経由せずに同一セグメント内のすべてのデバイスにパケットを届けることができます。受信側はパケットを受信しますが、通常は特定の条件（例：特定のポートやプロトコル）に合致した場合のみ処理を行います。

通信の仕組み

1. 送信側：ブロードキャストアドレス（例：IPv4では255.255.255.255またはサブネットのブロードキャストアドレス）宛にUDPパケットを送信。
2. ネットワーク内全デバイス：パケットを受信し、自身が対象かどうかを判断。
3. 応答：必要に応じて、受信側が送信元に応答を返す。

代表的な利用例にはDHCPディスカバリーやネットワーク内サービスの自動検出があります。

ブロードキャストアドレス

IPv4

サブネットに基づくブロードキャストアドレスが使用されます。たとえば、IPアドレスが192.168.80.132でサブネットマスクが255.255.255.0の場合、ブロードキャストアドレスは192.168.80.255です。

IPv6

IPv6では従来のブロードキャストは廃止され、代わりにマルチキャスト（例：ff02::1：リンクローカル全ノード）が用いられます。

特殊アドレス

• 255.255.255.255：制限付きブロードキャスト（同一物理ネットワーク内のみ）
• 224.0.0.0/4：マルチキャストアドレス範囲（ブロードキャストとは異なる）

ネットワークインターフェース情報の取得

Linuxではstruct ifreqとioctlシステムコールを使ってインターフェースのブロードキャストアドレスを取得できます。

struct ifreq {
    char ifr_name[IFNAMSIZ];
    union {
        struct sockaddr ifr_addr;
        struct sockaddr ifr_broadaddr;
        // ... 他
    };
    // ...
};

例：ens33インターフェースのブロードキャストアドレス取得

int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct ifreq ifr;
strncpy(ifr.ifr_name, "ens33", IFNAMSIZ);
if (ioctl(sock, SIOCGIFBRDADDR, &ifr) == -1) {
    perror("ioctl");
    close(sock);
    return -1;
}
struct sockaddr_in *bcast_addr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_broadaddr;

UDPブロードキャストの実装

UDPソケットを使用し、SO_BROADCASTオプションを有効にすることでブロードキャスト送信が可能になります。

サーバー側コード（リスナー）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 64

void handle_exit(int sig) {
    printf("\nTerminating server...\n");
    exit(0);
}

int main() {
    signal(SIGINT, handle_exit);

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket");
        return 1;
    }

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

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    printf("Server listening on port %d for broadcast requests...\n", PORT);

    char buffer[BUF_SIZE];
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t client_len = sizeof(client);

    while (1) {
        ssize_t n = recvfrom(sockfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0,
                             (struct sockaddr *)&client, &client_len);
        if (n > 0) {
            buffer[n] = '\0';
            if (strstr(buffer, "DISCOVER_SERVER")) {
                const char *reply = "SERVER_ACK";
                sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0,
                       (struct sockaddr *)&client, client_len);
                printf("Responded to client at %s\n", inet_ntoa(client.sin_addr));
            }
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

クライアント側コード（ブロードキャスト送信）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>

#define PORT 8888
#define IF_NAME "ens33"
#define BUF_SIZE 64

int main() {
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket");
        return 1;
    }

    int broadcast = 1;
    if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &broadcast, sizeof(broadcast)) < 0) {
        perror("setsockopt");
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    struct ifreq ifr;
    strncpy(ifr.ifr_name, IF_NAME, IFNAMSIZ);
    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFBRDADDR, &ifr) < 0) {
        perror("ioctl SIOCGIFBRDADDR");
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    struct sockaddr_in bcast_addr;
    memcpy(&bcast_addr, &ifr.ifr_broadaddr, sizeof(struct sockaddr_in));
    bcast_addr.sin_port = htons(PORT);

    const char *msg = "DISCOVER_SERVER";
    if (sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0,
               (struct sockaddr *)&bcast_addr, sizeof(bcast_addr)) < 0) {
        perror("sendto");
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    printf("Broadcast sent. Waiting for response...\n");

    struct sockaddr_in server;
    socklen_t server_len = sizeof(server);
    char buffer[BUF_SIZE];
    ssize_t n = recvfrom(sockfd, buffer, BUF_SIZE - 1, 0,
                         (struct sockaddr *)&server, &server_len);
    if (n > 0) {
        buffer[n] = '\0';
        if (strstr(buffer, "SERVER_ACK")) {
            printf("Server found at IP: %s\n", inet_ntoa(server.sin_addr));
        }
    } else {
        printf("No server response.\n");
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}