QT UDP通信（单播、广播、组播）

1.QUdpSocket

UDP是轻量的、不可靠的、面向数据报、无连接的协议，它可以用于对可靠性要求不高的场合，与TCP通信不同，无需建立持久的socket连接。

QUdpSocket用于实现UDP通信，与QTcpSocket主要区别是，QUdpSocket以数据报传输数据，而不是以连续的数据流。发送数据使用writeDatagram()，数据报的长度一般少于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通信，首先需要bind函数绑定一个端口，用于接收传入的手机不能。当有数据报传入时会发射readyRead()信号，使用readDatagram()来读取接收到的数据报。

UDP消息传送有单播、广播、组播三种模式。

• 单播：一个UDP客户端发出的数据报只发送到另一个指定地址和端口的UDP客户端，是一对一的数据传输。
• 广播：一个UDP客户端发出的数据报，在同一网络范围内其他所有的UDP客户端都可以收到。
• 组播：也称多播，UDP客户端加入到另一个组播IP地址指定的多播组，成员向组播地址发送的数据报组内成员都可以接收到，类似于QQ群功能。

在单播、广播和多播下，UDP程序都是对等的，不像TCP那样分为客户端和服务器端。单播和广播的实现方式基本相同，只是数据报的目标IP地址设置不同，多播模式需要加入多播组，实现方式有较大差异。

2.单播/广播

本机运行两个实例需要绑定不同的端口，例如实例A绑定端口2000，实例B绑定端口3000，实例A向实例B发送数据时，需要指定实例B所在主机的IP地址、绑定端口作为目标地址和目标端口，这样实例B才能接收到数据报。如果在不同的计算机运行，则可以使用相同的端口。

• 要实现数据接收，必须先使用QUdpSocket::bind()绑定一个端口，用于监听传入的数据报。解除绑定则使用abort()函数。
• writeDatagram()函数向一个目标用户发送消息时，需要指定目标地址和端口。
• 在广播消息时，只需要将目标地址更换为一个特殊地址，即广播地址QHostAddress::Broadcast，一般为255.255.255.255
• 发送的数据报是QByteArray类型的字节数组，数据报的长度一般不超过512字节，可以是文本，也可以是二进制数据。
• 接收到数据报后会发射readyRead()信号。

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include <QUdpSocket>

namespace Ui {
class Widget;
}

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit Widget(QWidget *parent = 0);
    ~Widget();

private slots:
    void on_btnBind_clicked();

    void on_btnUnBind_clicked();

    void on_btnClear_clicked();

    void on_btnQuit_clicked();

    void on_btnSend_clicked();

    void on_btnBroadcast_clicked();

    void on_readyRead();
private:
    Ui::Widget *ui;

private:
    QUdpSocket *m_udpSocket = nullptr;
};

#endif // WIDGET_H

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QHostInfo>

Widget::Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);


    //本地主机名
    QString hostName = QHostInfo::localHostName();

    //本机IP地址
    QHostInfo hostInfo = QHostInfo::fromName(hostName);

    //IP地址列表
    QList<QHostAddress> addrList = hostInfo.addresses();
    for(int i=0;i<addrList.count();i++)
    {
        QHostAddress host = addrList.at(i);

        if(QAbstractSocket::IPv4Protocol == host.protocol())
        {
            QString ip = host.toString();
            ui->comboBox->addItem(ip);
        }
    }

    m_udpSocket = new QUdpSocket(this);
    connect(m_udpSocket,&QUdpSocket::readyRead,this,&Widget::on_readyRead);

}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

void Widget::on_btnBind_clicked()
{
    //本机UDP端口
    qint16 port = ui->spinBindPort->value();

    if(m_udpSocket->bind(port))
    {
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已成功绑定");
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定端口: "+QString::number(m_udpSocket->localPort()));
        ui->btnBind->setEnabled(false);
        ui->btnUnBind->setEnabled(true);
    }
    else
    {
         ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定失败");
    }
}

void Widget::on_btnUnBind_clicked()
{
    //解除绑定
    m_udpSocket->abort();
    ui->btnBind->setEnabled(true);
    ui->btnUnBind->setEnabled(false);
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已解除绑定");
}

void Widget::on_btnClear_clicked()
{
    ui->plainTextEdit->clear();
}

void Widget::on_btnQuit_clicked()
{

}

void Widget::on_btnSend_clicked()//单播
{
    //目标IP
    QString dstIp = ui->comboBox->currentText();

    QHostAddress dstAddr(dstIp);

    //目标端口
    quint16 dstPort = ui->spinDstPort->value();

    QString msg = ui->lineEdit->text();
    QByteArray str = msg.toUtf8();

    //发出数据报
    m_udpSocket->writeDatagram(str,dstAddr,dstPort);

    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[out] "+msg);
}

void Widget::on_btnBroadcast_clicked()//广播
{
    quint16 dstPort = ui->spinDstPort->value();

    QString msg = ui->lineEdit->text();
    QByteArray str = msg.toUtf8();

    //发出数据报
    m_udpSocket->writeDatagram(str,QHostAddress::Broadcast,dstPort);

    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[Broadcast] "+msg);
}

void Widget::on_readyRead()
{
    //是否还有待读取的传入数据报
    while(m_udpSocket->hasPendingDatagrams())
    {
        QByteArray data;

        //返回待读取的数据报的字节数
        data.resize(m_udpSocket->pendingDatagramSize());

        QHostAddress peerAddr;

        quint16 peerPort;

        //读取数据报的内容
        m_udpSocket->readDatagram(data.data(),data.size(),&peerAddr,&peerPort);

        QString str = data.data();

        QString peer = "[From ] +"+peerAddr.toString()+":"+QString::number(peerPort)+"] ";

        ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
    }
}

3.组播

组播是主机之间“一对一组”的通信模式，当多个客户端加入由一个组播地址定义的多播组之后，客户端向组播地址和端口发送数据报，组内成员都可以接收到，类似QQ群。

UDP组播必须使用一个组播地址。组播地址是D类IP地址，有特定的地址段。多播组可以是永久的也可以是临时的。永久多播组保持不变的是它的IP地址，组内成员结构可以发生变化。

• 224.0.0.0~224.0.0.255为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其他地址供路由协议使用
• 224.0.1.0~224.0.1.255是公用组播地址，可以用于internet
• 224.0.2.0~238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效
• 239.0.0.0~239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效

若在家庭或办公室局域网内测试UDP组播功能，可以使用组播地址范围是239.0.0.0~239.255.255.255

joinMulticastGroup()函数使主机加入一个多播组，leaveMulticastGroup()函数使主机离开一个多播组。

UDP组播的特点是使用组播地址，其他的端口绑定、数据报收发功能与单播UDP完全相同。

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H

#include <QWidget>
#include <QUdpSocket>

namespace Ui {
class Widget;
}

class Widget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit Widget(QWidget *parent = 0);
    ~Widget();

private slots:
    void on_btnClear_clicked();

    void on_btnSend_clicked();

    void on_readyRead();
    void on_btnJoin_clicked();

    void on_btnExit_clicked();

private:
    Ui::Widget *ui;

private:
    QUdpSocket *m_udpSocket = nullptr;

    QHostAddress groupAddr; //组播地址
};

#endif // WIDGET_H

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QHostInfo>

Widget::Widget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);

    //本地主机名
    QString hostName = QHostInfo::localHostName();

    m_udpSocket = new QUdpSocket(this);

    //socket QAbstractSocket::MulticastTtlOption值为1，MulticastTtlOption是
    //组播的数据的生存期，数据报没跨1个路由就会减1.表示多播数据报只能在同一路由下的局域网内传播
    m_udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption,1);
    connect(m_udpSocket,&QUdpSocket::readyRead,this,&Widget::on_readyRead);

}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}


void Widget::on_btnClear_clicked()
{
    ui->plainTextEdit->clear();
}

void Widget::on_btnSend_clicked()//组播
{
    //目标端口
    quint16 groupPort = ui->spinBindPort->value();

    QString msg = ui->lineEdit->text();
    QByteArray str = msg.toUtf8();

    //发出数据报
    m_udpSocket->writeDatagram(str,groupAddr,groupPort);

    ui->plainTextEdit->appendPlainText("[multicast] "+msg);
}

void Widget::on_readyRead()
{
    while(m_udpSocket->hasPendingDatagrams())
    {
        QByteArray data;
        data.resize(m_udpSocket->pendingDatagramSize());

        QHostAddress peerAddr;

        quint16 peerPort;

        m_udpSocket->readDatagram(data.data(),data.size(),&peerAddr,&peerPort);

        QString str = data.data();

        QString peer = "[From ] +"+peerAddr.toString()+":"+QString::number(peerPort)+"] ";

        ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
    }
}

void Widget::on_btnJoin_clicked()
{
    QString IP = ui->comboBox->currentText();
    groupAddr = QHostAddress(IP);

    quint16 groupPort = ui->spinBindPort->value();
    //加入组播之前，必须先绑定端口，端口为多播组统一的一个端口。
    if(m_udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4,groupPort,QUdpSocket::ShareAddress))
    {
        //加入组播
        m_udpSocket->joinMulticastGroup(groupAddr);

        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**加入组播成功");
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**组播IP: "+ IP);
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定端口: "+QString::number(groupPort));
        ui->btnJoin->setEnabled(false);
        ui->btnExit->setEnabled(true);
        ui->comboBox->setEnabled(false);
    }
    else
    {
        ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定端口失败");
    }
}

void Widget::on_btnExit_clicked()
{
    //退出组播
    m_udpSocket->leaveMulticastGroup(groupAddr);

    //解除绑定
    m_udpSocket->abort();

    ui->btnJoin->setEnabled(true);

    ui->btnExit->setEnabled(false);
    ui->comboBox->setEnabled(true);

    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**已退出组播");
}