UDP 通信介绍

UDP（User Datagram Protocol,用户数据报协议）
UDP是一个轻量级、不可靠、面向数据报的、无连接的传输层协议，多用于可靠性要求不严格，不是非常重要的传输，如直播、视频会议等等。
Qt中QUdpSocket类继承自QAbstractSocket,用来发送和接收UDP数据报，”Socket”即套接字，套接字即IP地址+端口号。其中IP地址指定了网络中的一台主机，二端口号则指定了该主机上的一个应用程序，端口号只具有本地意义，使用套接字即可实现网络上的两个应用程序之间的通信。
QUdpSocket支持IPv4广播，要广播数据报，则只需发送到一个特殊的地址QHostAddress::Broadcast(即255.255.255.255)，数据报一般建议发送字节数小于512字节。端口号选择1024-65535（1024以下的常用作保留端口号，如FTP常用端口号21，Telnet常用端口号23，DNS域名服务器常用端口53等）。

在QT中使用QUdpSocket类用于实现UDP通信，它从QAbstractSocket类继承，因而与QTcpSocket共享大部分的接口函数。主要区别是QUdpSocket以数据报传输数据，而不是以连续的数据流。发送数据报使用函数QUdpSocket：：writeDatagram()，数据报的长度一般不少于512字节，每个数据报包含发送者和接收者的IP地址和端口等信息。
要进行UDP数据接收，要用QUdpSocket::bind()函数先绑定一个端口，用于接收传入的数据报。当有数据报传入时会发射readRead()信号，使用readDatagram()函数来读取接收的数据报。
UDP消息传送有单播、广播、组播三种模式，其示意图如下：
单播

广播

组播

单播和组播实现部分

实现部分–头文件

#ifndef EXTRANS_H
#define EXTRANS_H#include <QMainWindow>
#include <QLabel>
#include <QUdpSocket>
#include <QString>namespace Ui {class ExTrans;
}/*!* \class ExTrans 一个UDP的Deam测试，同时测试单播和广播* \brief 因为是在同一台电脑测试，所以IP相同，需要绑定两个不同端口的，这  样不会冲突；* 若是两台电脑进行测试，那么可以约定使用相同的端口号，使用不同的IP；来进行通讯*/class ExTrans : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:explicit ExTrans(QWidget *parent = nullptr);~ExTrans();private slots:void on_actBind_triggered();     //绑定端口void on_actDisbind_triggered();  //解除绑定void on_actClean_triggered();    //清除文本信息void on_actQuit_triggered();     //关闭程序void on_btnUnicast_clicked();    //单播消息void on_btnBroadcast_clicked();  //广播消息void onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);  //socket 状态发生变化void onSocketReadyRead();        //读取 socket 传入的数据private:QString getLocalIp();            //获取本机IPprivate:Ui::ExTrans *ui;QLabel* m_labSocketState;QUdpSocket* m_udpSocket;
};#endif // EXTRANS_H

实现部分–实现文件


#include "ExTrans.h"
#include "ui_ExTrans.h"#include <QHostInfo>ExTrans::ExTrans(QWidget *parent) :QMainWindow(parent),ui(new Ui::ExTrans)
{ui->setupUi(this);setWindowTitle("Udp通信：unicast(单播) + broadcast(广播)的使用");QString hostName = QHostInfo::localHostName();QString ip = getLocalIp();ui->plainTextEdit->appendPlainText("主机名称：" + hostName + "\n主机IP：" + ip + "\n");m_labSocketState = new QLabel("Socket状态：");m_labSocketState->setMinimumWidth(200);ui->statusBar->addWidget(m_labSocketState);ui->comboBoxIp->addItem(getLocalIp());m_udpSocket = new QUdpSocket(this);connect(m_udpSocket, SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)), this, SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));onSocketStateChange(m_udpSocket->state());connect(m_udpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(onSocketReadyRead()));
}ExTrans::~ExTrans()
{delete ui;
}
//绑定端口
void ExTrans::on_actBind_triggered()
{quint16 port = ui->spinBoxBind->value();   //本机UDP端口if (m_udpSocket->bind(port)) {   //端口绑定成功ui->plainTextEdit->appendPlainText("端口绑定成功：" + QString::number(m_udpSocket->localPort()));ui->actBind->setEnabled(false);ui->actDisbind->setEnabled(true);} else {ui->plainTextEdit->appendPlainText("端口绑定失败");}
}//解除绑定
void ExTrans::on_actDisbind_triggered()
{m_udpSocket->abort();  //断开，中止套接字ui->plainTextEdit->appendPlainText("端口解除绑定成功");ui->actBind->setEnabled(true);ui->actDisbind->setEnabled(false);
}//清除文本信息
void ExTrans::on_actClean_triggered()
{ui->plainTextEdit->clear();
}//关闭程序
void ExTrans::on_actQuit_triggered()
{close();
}//单播消息
void ExTrans::on_btnUnicast_clicked()
{QString targetIp = ui->comboBoxIp->currentText();QHostAddress targetAddr(targetIp);    //目标 Ipquint16 targetPort = ui->spinBoxPort->value();   //目标 portQString msg = ui->lineEdit->text();   //发送的消息QByteArray str = msg.toUtf8();m_udpSocket->writeDatagram(str, targetAddr, targetPort);  //发送数据报ui->plainTextEdit->appendPlainText(QString("[Send: ] %1").arg(msg));ui->lineEdit->clear();ui->lineEdit->setFocus();
}//广播消息
void ExTrans::on_btnBroadcast_clicked()
{quint16 targetPort = ui->spinBoxPort->value();   //目标 portQString msg = ui->lineEdit->text();   //发送的消息QByteArray str = msg.toUtf8();m_udpSocket->writeDatagram(str, QHostAddress::Broadcast, targetPort);  //发送 数据报 给所有IPui->plainTextEdit->appendPlainText(QString("[广播: ] %1").arg(msg));ui->lineEdit->clear();ui->lineEdit->setFocus();
}//socket 状态发生变化
void ExTrans::onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState)
{switch (socketState) {case QAbstractSocket::UnconnectedState:m_labSocketState->setText("socket状态：UnconnectedState");break;case QAbstractSocket::HostLookupState:m_labSocketState->setText("socket状态：HostLookupState");break;case QAbstractSocket::ConnectingState:m_labSocketState->setText("socket状态：ConnectingState");break;case QAbstractSocket::ConnectedState:m_labSocketState->setText("socket状态：ConnectedState");break;case QAbstractSocket::BoundState:m_labSocketState->setText("socket状态：BoundState");break;case QAbstractSocket::ClosingState:m_labSocketState->setText("socket状态：ClosingState");break;case QAbstractSocket::ListeningState:m_labSocketState->setText("socket状态：ListeningState");break;default:m_labSocketState->setText("socket状态：其他未知状态...");break;}
}//读取 socket 传入的数据
void ExTrans::onSocketReadyRead()
{while (m_udpSocket->hasPendingDatagrams()) {QByteArray datagram;datagram.resize(m_udpSocket->pendingDatagramSize());QHostAddress peerAddr;quint16 peerPort;m_udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &peerAddr, &peerPort);  //读取数据包，消息+来自的Ip和portQString str = datagram.data();QString peer = QString("[From: %1  %2] %3").arg(peerAddr.toString()).arg(QString::number(peerPort)).arg(str);ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer);}
}//获取本机IP
QString ExTrans::getLocalIp()
{QString hostName = QHostInfo::localHostName();QHostInfo hostInfo = QHostInfo::fromName(hostName);QString Ip = "";if (hostInfo.addresses().isEmpty())return 0;foreach (QHostAddress addr, hostInfo.addresses()) {if (addr.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol) {Ip = addr.toString();break;}}return Ip;
}

上述代码实现了广播与单播的实现，下面为UI 部分

组播实现代码

实现部分–头文件


#ifndef EXMULTICAST_H
#define EXMULTICAST_H#include <QMainWindow>
#include <QUdpSocket>
#include <QLabel>
#include <QHostInfo>
#include <QHostAddress>namespace Ui {class ExMulticast;
}class ExMulticast : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:explicit ExMulticast(QWidget *parent = nullptr);~ExMulticast();private slots:void on_actStart_triggered();void on_actStop_triggered();void on_actClear_triggered();void on_actQuit_triggered();void onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);  //socket 状态发生变化void onSocketReadyRead();        //读取 socket 传入的数据void on_btnSend_clicked();private:QString getLocalIp();            //获取本机IPprivate:Ui::ExMulticast *ui;QUdpSocket* m_udpSocket;      //用于通讯的 socketQLabel* m_labSocketState;QHostAddress m_groupAddress;  //组播地址
};#endif // EXMULTICAST_H

实现部分–实现文件


#include "ExMulticast.h"
#include "ui_ExMulticast.h"ExMulticast::ExMulticast(QWidget *parent) :QMainWindow(parent),ui(new Ui::ExMulticast)
{ui->setupUi(this);setWindowTitle("Udp通信：multicate(组播)的使用");QString hostName = QHostInfo::localHostName();QString ip = getLocalIp();ui->plainTextEdit->appendPlainText("主机名称：" + hostName + "\n主机IP：" + ip + "\n");m_labSocketState = new QLabel("Socket状态：");m_labSocketState->setMinimumWidth(200);ui->statusBar->addWidget(m_labSocketState);ui->comboBoxIp->addItem(getLocalIp());m_udpSocket = new QUdpSocket(this);     //用于通讯使用的 Socket//Multicast路由层次，1表示只在同一局域网内//组播TTL: 生存时间，每跨1个路由会减1，多播无法跨过大多数路由所以为1//默认值是1，表示数据包只能在本地的子网中传送。m_udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption, 1);connect(m_udpSocket, SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)), this, SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));onSocketStateChange(m_udpSocket->state());connect(m_udpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(onSocketReadyRead()));
}ExMulticast::~ExMulticast()
{delete ui;
}void ExMulticast::on_actStart_triggered()
{QString ip = ui->comboBoxIp->currentText();m_groupAddress = QHostAddress(ip);quint16 port = ui->spinBoxBind->value();if (m_udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4, port, QUdpSocket::ShareAddress)) {  //绑定端口m_udpSocket->joinMulticastGroup(m_groupAddress);  //加入多播组ui->plainTextEdit->appendPlainText("[用户：" + getLocalIp() +"]  加入组播(组播地址：" + ip + " 端口：" + QString::number(port) + ")成功");ui->actStart->setEnabled(false);ui->actStop->setEnabled(true);} else {ui->plainTextEdit->appendPlainText("[用户：" + getLocalIp() +"]  加入组播(组播地址：" + ip + " 端口：" + QString::number(port) + ")失败");}
}void ExMulticast::on_actStop_triggered()
{m_udpSocket->leaveMulticastGroup(m_groupAddress);  //退出组播m_udpSocket->abort();       //解除绑定ui->plainTextEdit->appendPlainText("[用户：" + getLocalIp() +"]  退出组播成功");ui->actStart->setEnabled(true);ui->actStop->setEnabled(false);
}void ExMulticast::on_actClear_triggered()
{ui->plainTextEdit->clear();
}void ExMulticast::on_actQuit_triggered()
{close();
}void ExMulticast::onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState)
{switch (socketState) {case QAbstractSocket::UnconnectedState:m_labSocketState->setText("socket状态：UnconnectedState");break;case QAbstractSocket::HostLookupState:m_labSocketState->setText("socket状态：HostLookupState");break;case QAbstractSocket::ConnectingState:m_labSocketState->setText("socket状态：ConnectingState");break;case QAbstractSocket::ConnectedState:m_labSocketState->setText("socket状态：ConnectedState");break;case QAbstractSocket::BoundState:m_labSocketState->setText("socket状态：BoundState");break;case QAbstractSocket::ClosingState:m_labSocketState->setText("socket状态：ClosingState");break;case QAbstractSocket::ListeningState:m_labSocketState->setText("socket状态：ListeningState");break;default:m_labSocketState->setText("socket状态：其他未知状态...");break;}
}void ExMulticast::onSocketReadyRead()
{while (m_udpSocket->hasPendingDatagrams()) {QByteArray datagram;datagram.resize(m_udpSocket->pendingDatagramSize());QHostAddress peerAddr;quint16 peerPort;m_udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &peerAddr, &peerPort);  //读取数据包，消息+来自的Ip和portQString str = datagram.data();QString peer = QString("[From: %1  %2] %3").arg(peerAddr.toString()).arg(QString::number(peerPort)).arg(str);ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer);}
}QString ExMulticast::getLocalIp()
{QString hostName = QHostInfo::localHostName();QHostInfo hostInfo = QHostInfo::fromName(hostName);QString Ip = "";if (hostInfo.addresses().isEmpty())return 0;foreach (QHostAddress addr, hostInfo.addresses()) {if (addr.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol) {Ip = addr.toString();break;}}return Ip;
}void ExMulticast::on_btnSend_clicked()
{quint16 port = ui->spinBoxBind->value();QString  msg = ui->lineEdit->text();QByteArray  datagram = msg.toUtf8();m_udpSocket->writeDatagram(datagram, m_groupAddress, port);
//    m_udpSocket->writeDatagram(datagram.data(), datagram.size(), m_groupAddress, port);ui->plainTextEdit->appendPlainText("[multicst] " + msg);ui->lineEdit->clear();ui->lineEdit->setFocus();
}

界面实现如下入图

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UDP 通信介绍

单播和组播实现部分

实现部分–头文件

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组播实现代码

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实现部分–实现文件

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