【Qt开发流程】之UDP

概述

UDP (User Datagram Protocol)是一种简单的传输层协议。与TCP不同，UDP不提供可靠的数据传输和错误检测机制。UDP主要用于那些对实时性要求较高、对数据传输可靠性要求较低的应用，如音频、视频、实时游戏等。

UDP使用无连接的数据报传输模式。在传输数据之前，发送方和接收方不需要建立一个持久的连接，只需发送数据报文即可。每个数据报文都是独立的，没有前后关系，因此也不必保证按照发送的顺序接收。

UDP协议的特点包括：

无连接性：发送方和接收方之间不需要建立和维护连接。
快速性：由于无连接性，UDP的传输速度相对较快。
无可靠性保证：UDP不提供可靠的数据传输，不保证数据的完整性和正确性。
简单性：UDP的协议头部较短，占用的数据传输量较小。

UDP数据传输示意图：
在这里插入图片描述

QUdpSocket

QUdpSocket类提供了UDP套接字。
QUdpSocket是QAbstractSocket的一个子类，它允许发送和接收UDP数据报。
这里的socket就是所谓的套接字，简单地说，就是一个Ip地址+一个Port端口号。
使用这个类最常见的方法是使用bind()绑定到一个地址和端口，然后调用writeDatagram()和readDatagram() / receiveDatagram()来传输数据。如果想使用标准的QIODevice函数read()， readLine()， write()等，必须首先通过调用connectToHost()将套接字直接连接到对等体。
套接字每次将数据报写入网络时都会发出bytesWritten()信号。如果您只想发送数据报，则不需要调用bind()。
每当数据报到达时，就会发出readyRead()信号。在这种情况下，hasPendingDatagrams()返回true。调用pendingDatagramSize()来获取第一个挂起数据报的大小，并调用readDatagram()或receiveDatagram()来读取它。
注意:当接收readyRead()信号时，应该读取传入的数据报，否则将不会为下一个数据报发出该信号。

QUdpSocket支持IPv4广播，IPv4广播是一种在IPv4网络中向同一网络中的所有主机发送数据的方式。
在IPv4网络中，广播地址是一个特殊的IP地址，用于指示对应网络中的所有主机。

IPv4广播使用的是一个特定的IP地址，即网络地址的所有主机位都为1的情况下，主机地址为0。例如，在一个192.168.0.0/24的网络中，广播地址为192.168.0.255。

使用IPv4广播，可以将数据一次性发送到同一网络中的所有主机，而不需要逐个发送给每个主机。这在某些应用中非常有用，例如在局域网中通知所有主机进行某项操作，或者在DHCP协议中分发IP地址等。

然而，由于IPv4广播发送的数据会被同一网络中的所有主机接收，这也可能会造成一些安全和性能问题。因此，在IPv4网络中广播的使用需要谨慎，并需要对广播进行适当的限制和控制。

例如：

  void Server::initSocket()
  {
      udpSocket = new QUdpSocket(this);
      udpSocket->bind(QHostAddress::LocalHost, 7755);

      connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()),
              this, SLOT(readPendingDatagrams()));
  }

  void Server::readPendingDatagrams()
  {
      while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
          QNetworkDatagram datagram = udpSocket->receiveDatagram();
          processTheDatagram(datagram);
      }
  }

QUdpSocket还支持UDP组播。使用joinMulticastGroup()和leaveMulticastGroup()来控制组成员，使用QAbstractSocket::MulticastTtlOption和QAbstractSocket::MulticastLoopbackOption来设置TTL和loopback套接字选项。使用setMulticastInterface()控制组播数据报的出接口，使用multicastInterface()进行查询。
使用QUdpSocket，还可以使用connectToHost()与UDP服务器建立虚拟连接，然后使用read()和write()交换数据报，而无需指定每个数据报的接收者。

示例

以下是一个发送者，一个接收者，发送者定时发送数据，接收者进行显示
sender.h

#include <QWidget>

QT_BEGIN_NAMESPACE
class QDialogButtonBox;
class QLabel;
class QPushButton;
class QTimer;
class QUdpSocket;
QT_END_NAMESPACE

class Sender : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Sender(QWidget *parent = 0);

private slots:
    void startBroadcasting();
    void broadcastDatagram();

private:
    QLabel *statusLabel;
    QPushButton *startButton;
    QPushButton *quitButton;
    QDialogButtonBox *buttonBox;
    QUdpSocket *udpSocket;
    QTimer *timer;
    int messageNo;
};

sender.cpp

#include <QtWidgets>
#include <QtNetwork>

#include "sender.h"

Sender::Sender(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    statusLabel = new QLabel(tr("绑定 端口 45454"));
    statusLabel->setWordWrap(true);

    startButton = new QPushButton(tr("&Start"));
    quitButton = new QPushButton(tr("&Quit"));

    buttonBox = new QDialogButtonBox;
    buttonBox->addButton(startButton, QDialogButtonBox::ActionRole);
    buttonBox->addButton(quitButton, QDialogButtonBox::RejectRole);

    timer = new QTimer(this);

    udpSocket = new QUdpSocket(this);

    messageNo = 1;

    connect(startButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(startBroadcasting()));
    connect(quitButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(close()));
    connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(broadcastDatagram()));

    QVBoxLayout *mainLayout = new QVBoxLayout;
    mainLayout->addWidget(statusLabel);
    mainLayout->addWidget(buttonBox);
    setLayout(mainLayout);

    setWindowTitle(tr("广播发送"));
}

void Sender::startBroadcasting()
{
    startButton->setEnabled(false);
    timer->start(1000);
}

void Sender::broadcastDatagram()
{
    statusLabel->setText(tr("现在 广播 信息 %1").arg(messageNo));

    QByteArray datagram = "广播 信息 " + QByteArray::number(messageNo);
    udpSocket->writeDatagram(datagram.data(), datagram.size(),
                             QHostAddress::Broadcast, 45454);

    ++messageNo;
}

receiver.h

#include <QWidget>

QT_BEGIN_NAMESPACE
class QLabel;
class QPushButton;
class QUdpSocket;
class QAction;
QT_END_NAMESPACE

class Receiver : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    Receiver(QWidget *parent = 0);

private slots:
    void processPendingDatagrams();

private:
    QLabel *statusLabel;
    QPushButton *quitButton;
    QUdpSocket *udpSocket;
};

receiver.cpp

#include <QtWidgets>
#include <QtNetwork>

#include "receiver.h"

Receiver::Receiver(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    statusLabel = new QLabel(tr("监听 广播 信息"));
    statusLabel->setWordWrap(true);

    quitButton = new QPushButton(tr("&Quit"));

    udpSocket = new QUdpSocket(this);
    udpSocket->bind(45454, QUdpSocket::ShareAddress);

    connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()),
            this, SLOT(processPendingDatagrams()));

    connect(quitButton, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(close()));

    QHBoxLayout *buttonLayout = new QHBoxLayout;
    buttonLayout->addStretch(1);
    buttonLayout->addWidget(quitButton);
    buttonLayout->addStretch(1);

    QVBoxLayout *mainLayout = new QVBoxLayout;
    mainLayout->addWidget(statusLabel);
    mainLayout->addLayout(buttonLayout);
    setLayout(mainLayout);

    setWindowTitle(tr("广播 接收"));
}

void Receiver::processPendingDatagrams()
{
    while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
        QByteArray datagram;
        datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
        udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size());
        statusLabel->setText(tr("接收 数据: \"%1\"")
                             .arg(datagram.data()));
    }
}