QT开发教程:单播、广播、组播

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本章主要描述QT中如何实现单播、广播、组播,大家可以直接参考qt官方例子:

  • Broadcast Sender : 广播方式发送
  • Broadcast Receiver : 广播方式接收
  • Multicast Sender : 组播方式发送
  • Multicast Receive : 组播方式接收

需要用到的函数

bool QAbstractSocket::bind(const QHostAddress &address, quint16 port = 0, QAbstractSocket::BindMode mode = DefaultForPlatform);
//使用BindMode模式绑定到端口端口上的地址。
//对于UDP套接字，绑定后，当UDP数据报到达指定的地址和端口时，信号QUdpSocket::readyRead()就会发出。因此，这个函数对于编写UDP服务器很有用。
//对于TCP套接字，此函数可用于指定用于输出连接的接口，这在多个网络接口的情况下非常有用。
//默认情况下，套接字使用DefaultForPlatform BindMode绑定。如果不指定端口，则选择随机端口。
//如果成功，函数返回true，套接字进入BoundState;否则返回false。
mode取值有:
//QUdpSocket::ShareAddress : 允许其他server绑定到相同的地址和端口。当多个进程通过侦听相同的地址和端口来共享单个server的负载时，这是很有用的。但是该选项需要考虑安全影响。
注意，通过将此选项与ReuseAddressHint结合，您还将允许您的服务重新绑定现有的共享地址。
//QUdpSocket::DontShareAddress: 绑定地址和端口,且不允许其他server进行绑定。可以保证在成功时，您的server是唯一侦听地址和端口的服务。
QUdpSocket::ReuseAddressHint: 向QAbstractSocket提供一个提示，即即使地址和端口已经被另一个套接字绑定，它也应尝试重新绑定server。
QUdpSocket::DefaultForPlatform: 平台的默认选项。在Unix和macOS上，它等价于(DontShareAddress + ReuseAddressHint)，在Windows上，它等价于ShareAddress。

其中QHostAddress除了填指定地址外,还可以设置如下所示:
QHostAddress::Null - 空地址对象。相当于QHostAddress()。参见QHostAddress: isNull()
QHostAddress::LocalHost - IPv4本地主机地址。相当于QHostAddress(127.0.0.1)
QHostAddress::LocalHostIPv6 - IPv6本地主机地址。相当于QHostAddress("::1")
QHostAddress::Broadcast - IPv4广播地址。相当于QHostAddress("255.255.255.255")
QHostAddress::AnyIPv4 - IPv4任何地址。相当于QHostAddress("0.0.0.0")。绑定此地址的套接字只能在IPv4接口上侦听。
QHostAddress::AnyIPv6 - IPv6任何地址。相当于QHostAddress("::")。绑定此地址的套接字只能在IPv6接口上侦听。
QHostAddress::Any - 任意地址。绑定此地址的套接字将同时监听IPv4和IPv6接口。

bool QAbstractSocket::bind(quint16 port = 0, QAbstractSocket::BindMode mode = DefaultForPlatform);
这是个重载函数,默认地址为QHostAddress:Any.

qint64 QUdpSocket::readDatagram(char *data, qint64 maxSize, QHostAddress *address = nullptr, quint16 *port = nullptr);
//接收不大于maxSize字节的数据报，并将其存储在数据中。发送者的主机地址和端口存储在*address和*port中

qint64 QUdpSocket::writeDatagram(const char *data, qint64 size, const QHostAddress &address, quint16 port);
将大小为size的数据报发送到端口端口的主机地址地址。返回成功时发送的字节数;否则返回1.
由于udp不稳定.所以数据报数据量尽量少,通常不建议发送大于512字节的数据报.
如果在连接的UDP套接字上调用此函数可能导致错误，没有数据包被发送。如果您正在使用已连接的套接字，请使用write()发送数据报。


QNetworkDatagram QUdpSocket::receiveDatagram(qint64 maxSize = -1)
//接收不大于maxSize字节的数据报，并将接受的数据报，以及发送者的主机地址和端口放在QNetworkDatagram对象中返回。

1.单播

单播用来一个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。
我们在以本地IP为例,初始化如下所示:

qDebug()<<"udpSocket1绑定: "<<udpSocket1->bind(QHostAddress::AnyIPv4, 7755); // 客户端1
qDebug()<<"udpSocket1绑定: "<<udpSocket2->bind(QHostAddress::AnyIPv4, 7756); // 客户端2

connect(udpSocket1, &QUdpSocket::readyRead,
this, &Widget::readPendingDatagrams);
connect(udpSocket2, &QUdpSocket::readyRead,
this, &Widget::readPendingDatagrams);

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读数据槽函数如下所示:

void Widget::readPendingDatagrams()
{
    QUdpSocket *udpSocket = dynamic_cast<QUdpSocket *>(sender());
    
    
    while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
        QNetworkDatagram datagram = udpSocket->receiveDatagram();
        qDebug()<<QString(datagram.data())<<","<<datagram.senderAddress()<<datagram.senderPort();
    }
}

然后添加两个按钮:

void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    QString str = "1发送了数据";
    QByteArray datagram = str.toUtf8().data();
    udpSocket1->writeDatagram(datagram.data(),datagram.length(),QHostAddress::LocalHost,7756); // 发送给客户端2绑定的端口号(如果未绑定就会发送失败)
}

void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    QString str = "2发送了数据";
    QByteArray datagram = str.toUtf8().data();
    udpSocket2->writeDatagram(datagram.data(),datagram.length(),QHostAddress::LocalHost,7755); // 发送给客户端1绑定的端口号(如果未绑定就会发送失败)
}

提示: 不管客户端是否bind()成功与否,都可以调用writeDatagram()随意往某个地址端口发送报文,因为UDP本身就是不需要建立连接的

如果我们想让客户端1和客户端2都在同一个地址端口上收发消息,那么我们需要设置为:

qDebug()<<"udpSocket1绑定: "<<udpSocket1->bind(QHostAddress::LocalHost, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);
qDebug()<<"udpSocket2绑定: "<<udpSocket2->bind(QHostAddress::LocalHost, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);

2.广播
广播指一个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。
广播很简单,我们以端口号45454为例:

  • 发送方调用udpSocket->writeDatagram(datagram, QHostAddress::Broadcast, 45454);即可实现广播发送.
  • 接收方需要bind(45454, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint)才行.等价于bind(QHostAddress::Any, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);

如果接收方只是bind自身地址(QHostAddress::LocalHost)是收不到消息的.

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3.组播

组播也称多播，凡是需要接受数据的客户端都需要使用joinmultiastgroup()加入指定组播地址,然后发送方只要往指定组播地址发送数据。
加入指定组播地址的客户端就会产生readyRead信号,然后调用readDatagram()从指定的组播地址和端口去取数据。

组播地址属于D类ip,只支持239.0.0.0—239.255.255.255,需要用到的函数:

bool QUdpSocket:joinmultiastgroup(const QHostAddress &groupAddress);
//加入指定组播地址所在组,如果成功,这个函数返回true;否则它将返回false
bool QUdpSocket::leaveMulticastGroup(const QHostAddress &groupAddress)
//离开指定组播地址所在组,如果成功,这个函数返回true;否则它将返回false

需要注意的是joinmultiastgroup()函数,如果我们加入的组播地址是IPv4,那么bind的也必须明确是IPv4地址,比如这样就会加入失败:

groupAddress = QHostAddress("239.255.43.21");
udpSocket1->bind(QHostAddress::Any, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);
udpSocket1->joinMulticastGroup(groupAddress);

因为QHostAddress::Any包含了IPv6,而groupAddress是个IPv4地址.

组播示例,初始化如下所示:

udpSocket1 = new QUdpSocket(this);
udpSocket2 = new QUdpSocket(this);
udpSocket3 = new QUdpSocket(this);

groupAddress = QHostAddress("239.255.43.21");
udpSocket1->bind(QHostAddress::AnyIPv4, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);
udpSocket2->bind(QHostAddress::AnyIPv4, 7755, QUdpSocket::ShareAddress | QUdpSocket::ReuseAddressHint);
udpSocket1->joinMulticastGroup(groupAddress);
udpSocket2->joinMulticastGroup(groupAddress);

connect(udpSocket1, &QUdpSocket::readyRead,
this, &Widget::readPendingDatagrams);
connect(udpSocket2, &QUdpSocket::readyRead,
this, &Widget::readPendingDatagrams);

然后实现下面函数:

void Widget::readPendingDatagrams()
{
    QUdpSocket *udpSocket = dynamic_cast<QUdpSocket *>(sender());
    
    
    while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
        QNetworkDatagram datagram = udpSocket->receiveDatagram();
        qDebug()<<QString(datagram.data())<<","<<datagram.senderAddress()<<datagram.senderPort();
    }
}


void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    QString str = "udpSocket3往组播地址发送数据了";
    QByteArray datagram = str.toUtf8().data();
    udpSocket3->writeDatagram(datagram.data(),datagram.length(),groupAddress,7755);
}

void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    QString str = "udpSocket1往组播地址发送数据了";
    QByteArray datagram = str.toUtf8().data();
    udpSocket1->writeDatagram(datagram.data(),datagram.length(),groupAddress,7755);
}

当我们点击pushButton按钮,就会让udpSocket3往组播地址发送数据,此时udpSocket1和udpSocket2就会产生readyRead信号从而去组播地址获取数据.
当我们点击pushButton_2按钮,就会让udpSocket1往组播地址发送数据,此时udpSocket1和udpSocket2也会产生readyRead信号从而去组播地址获取数据.

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