Qt网络编程-TCP与UDP

MayZork2024-02-13 21:43

网络基础

TCP与UDP基础

关于TCP与UDP的基础这里就不过多介绍了，具体可以查看对应百度百科介绍：

TCP（传输控制协议）_百度百科 (baidu.com)

UDP_百度百科 (baidu.com)

需要知道这两者的区别：

  1. 可靠性：

    • TCP：TCP 是一种面向连接的协议，它提供可靠的数据传输。它使用序号、确认和重传等机制来确保数据的可靠性，以及按序传递数据包。如果数据包丢失或损坏，TCP 会自动进行重传，直到数据被正确接收。
    • UDP：UDP 是一种无连接的协议，它不提供数据包的可靠性保证。UDP 发送的数据包可能丢失、重复或无序，因此它不适合对数据可靠性要求很高的应用。

  2. 连接性：

    • TCP：TCP 是面向连接的，它在通信双方建立连接后（有客户端与服务器之分）才能进行数据传输。TCP 连接是可靠的、有序的、全双工的，通信双方可以进行双向通信。
    • UDP：UDP 是无连接的，它不需要在通信双方之间建立连接（没有客户端与服务器之分）。每个 UDP 数据包都是独立的，发送者和接收者之间没有持久的连接。

  3. 效率：

    • TCP：TCP 通过使用流量控制和拥塞控制等机制，以及连接的建立和维护，会产生一定的开销。因此，TCP 在可靠性和有序性方面提供了较高的保证，但可能会牺牲一些效率。
    • UDP：UDP 不需要进行连接的建立和维护，也不需要进行重传或流量控制等操作，因此它通常比 TCP 具有更低的开销和更高的效率。

网络通信以上两者都绕不开IP地址与端口这两个。

开发调试所需工具

一般情况需要网络调试助手或者wireshark抓包工具，网络调试助手我用的是NetAssist。关于NetAssist和WireShark怎么使用，后面会介绍。

windows与linux如何查看和修改本地的IP端口

Window

cmd命令行：ipconfig/all

修改：

设置选中"网络和Internet"

Linux

命令行：ifconfig -a:

cpp 复制代码 
static QStringList getIPAddresses() {
    QStringList addresses;
    for (const QHostAddress &address : QNetworkInterface::allAddresses()) {
        if (address.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
            addresses.append(address.toString());
    }
    return addresses;
}

或者直接查看网络设置。

使用Qt函数获取

Qt要使用网络模块记得工程文件添加：QT += network

cpp 复制代码 
static QStringList getIPAddresses() {
    QStringList addresses;
    for (const QHostAddress &address : QNetworkInterface::allAddresses()) {
        if (address.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
            addresses.append(address.toString());
    }
    return addresses;
}

编译运行查看打印：

Windows与Linux查看本地连接情况

Windows和Linux都需要借助netstat命令，但是两者稍微有一些不一样。

Windows

比如我使用刚刚的调试助手NetAssist，建立一个tcp服务器，然后监听IP：192.168.5.1，端口：8080。

查看一下这个服务器是否监听成功，命令行输入：netstat -antp TCP（'p'指定对应协议，后面需要接协议类型TCP或UDP）

或者直接输入命令 netstat -antp TCP|findstr 8080:

再起一个调试助手以客户端的形式连接这个服务器：

再次输入： netstat -antp TCP|findstr 8080:

能够查看到刚刚建立的连接。

查看对应链接是哪个应用建立的，先输入： netstat -antpo TCP|findstr 8080:

然后使用tasklist查看对应进程：

如果是UDP改为 netstat -antp UDP|findstr 8080 即可

Linux

Linux 的netstat的命令指定对应协议不需要 -p TCP或者-p UDP，而是-t就是TCP，-u就是UDP，如下图所示：

Qt实现TCP

因为TCP是需要建立链接，分客户端和服务器端的，所以需要分别编写。

服务器端

服务器由QTcpServer来实现，QTcpServer的信号：

需要注意newConnection这个信号，当有客户端连接这个服务器时，会触发这个信号。

所有的方法：

需要注意的几个方法：

|---------------------------------------------------------------------------------|------------------------|
| bool listen(const QHostAddress &address = QHostAddress::Any, quint16 port = 0) | 监听对应IP和端口，IP为空则默认监听any |
| close() | 停止监听 |
| bool isListening() const | 是否正在监听 |
| QHostAddress serverAddress() const | 监听的IP地址 |
| quint16 serverPort() const | 监听的端口 |
| void setMaxPendingConnections(int numConnections) | 设置允许建立的最大连接数 |

比如监听IP 127.0.0.1 端口 8080：

QTcpServer server;

server.listen(QHostAddress("127.0.0.1"),8080);

写一个简单的例子。

ui：

头文件：

cpp 复制代码 
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H
#include <QMainWindow>
#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui {
class MainWindow;
}
QT_END_NAMESPACE
class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT
public:
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();
private slots:
    void on_listen_clicked();
    void on_disconnect_clicked();
    void on_send_clicked();
    void newConnection();
private:
    Ui::MainWindow *ui;
    QTcpServer *m_Server;
    QTcpServer *m_Server1;
    QList<QTcpSocket *> m_Sockets;
    void showLog(const QString &log);
};
#endif // MAINWINDOW_H

源文件：

cpp 复制代码 
#include "mainwindow.h"
#include <QDateTime>
#include <QHostAddress>
#include <QNetworkInterface>
#include "ui_mainwindow.h"
static QStringList getIPAddresses() {
  QStringList addresses;
  for (const QHostAddress &address : QNetworkInterface::allAddresses()) {
    if (address.protocol() == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
      addresses.append(address.toString());
  }
  return addresses;
}

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow) {
  ui->setupUi(this);
  setWindowTitle("TcpServer");
  ui->tableWidget->setEditTriggers(QAbstractItemView::NoEditTriggers);
  ui->localIp->addItems(getIPAddresses());
  ui->tableWidget->setSelectionBehavior(QAbstractItemView::SelectRows);
  m_Server = new QTcpServer;
  connect(m_Server, &QTcpServer::newConnection, this,
          &MainWindow::newConnection);
  for (QTcpSocket *socket : m_Sockets) {
    connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
      showLog(QString("%1:%2:%3")
                  .arg(socket->peerAddress().toString())
                  .arg(socket->peerPort())
                  .arg(QString(socket->readAll().toHex())));
    });
    connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, [=]() {
      showLog(QString("disconnect:%1:%2:%3")
                  .arg(socket->peerAddress().toString())
                  .arg(socket->peerPort())
                  .arg(QString(socket->readAll().toHex())));
      for (int i = 0; i < ui->tableWidget->rowCount(); i++) {
        QTableWidgetItem *ipItem = ui->tableWidget->item(i, 0);
        QTableWidgetItem *portItem = ui->tableWidget->item(i, 1);
        if (nullptr != ipItem && nullptr != portItem) {
          if (ipItem->text() == socket->peerAddress().toString() &&
              portItem->text() == socket->peerPort()) {
            ui->tableWidget->removeRow(i);
            break;
          }
        }
      }
    });
    connect(
        socket,
        static_cast<void (QTcpSocket::*)(const QAbstractSocket::SocketError)>(
            &QTcpSocket::error),
        [=](QAbstractSocket::SocketError error) {
          qDebug() << "error:" << error;
          showLog("error:" + QString::number(int(error)));
        });
    connect(socket, &QTcpSocket::stateChanged,
            [=](QAbstractSocket::SocketState state) {
              qDebug() << "stateChanged:" << state;
              showLog("stateChanged:" + QString::number(int(state)));
            });
  }
}

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

void MainWindow::on_listen_clicked() {
  if (ui->listen->text() == "listen") {
    if (m_Server->listen(QHostAddress(ui->localIp->currentText()),
                         ui->localPort->value()))
      ui->listen->setText("listening");
    else
      ui->textEdit->append("listen fail");
  } else {
    for (QTcpSocket *socket : m_Sockets) {
      socket->close();
      socket->disconnectFromHost();
    }
    m_Server->close();
    ui->listen->setText("listen");
  }
}

void MainWindow::on_disconnect_clicked() {
  int row = ui->tableWidget->currentRow();
  if (-1 != row) {
    QTableWidgetItem *ipItem = ui->tableWidget->item(row, 0);
    QTableWidgetItem *portItem = ui->tableWidget->item(row, 1);
    if (nullptr != ipItem && nullptr != portItem) {
      QString ip = ipItem->text();
      quint16 port = portItem->text().toUShort();
      for (QTcpSocket *socket : m_Sockets) {
        if (ip == socket->peerAddress().toString() &&
            port == socket->peerPort()) {
          socket->close();
          socket->disconnectFromHost();
          break;
        }
      }
    }
  }
}

void MainWindow::on_send_clicked() {
  QByteArray ba = ui->send->text().toUtf8();
  int row = ui->tableWidget->currentRow();
  if (-1 != row) {
    QTableWidgetItem *ipItem = ui->tableWidget->item(row, 0);
    QTableWidgetItem *portItem = ui->tableWidget->item(row, 1);
    if (nullptr != ipItem && nullptr != portItem) {
      QString ip = ipItem->text();
      quint16 port = portItem->text().toUShort();
      for (QTcpSocket *socket : m_Sockets) {
        if (ip == socket->peerAddress().toString() &&
            port == socket->peerPort()) {
          socket->write(ba);
          break;
        }
      }
    }
  }
}

void MainWindow::newConnection() {
  QTcpSocket *socket = m_Server->nextPendingConnection();
  m_Sockets.append(socket);
  // m_TcpSocket = socket;
  int row = ui->tableWidget->rowCount();
  ui->tableWidget->insertRow(row);
  QTableWidgetItem *ipItem =
      new QTableWidgetItem(socket->peerAddress().toString());
  QTableWidgetItem *portItem =
      new QTableWidgetItem(QString::number(socket->peerPort()));
  qDebug() << socket->peerAddress().toString() << "," << socket->peerPort()
           << "," << socket->peerName();
  ui->tableWidget->setItem(row, 0, ipItem);
  ui->tableWidget->setItem(row, 1, portItem);
  connect(socket, &QTcpSocket::disconnected, [=]() {
    showLog(QString("disconnected:%1:%2")
                .arg(socket->peerAddress().toString())
                .arg(socket->peerPort()));
    // m_TcpSocket = nullptr;
    for (int i = 0; i < ui->tableWidget->rowCount(); i++) {
      QTableWidgetItem *ipItem = ui->tableWidget->item(i, 0);
      QTableWidgetItem *portItem = ui->tableWidget->item(i, 1);
      if (nullptr != ipItem && nullptr != portItem) {
        if (ipItem->text() == socket->peerAddress().toString() &&
            portItem->text() == QString::number(socket->peerPort())) {
          ui->tableWidget->removeRow(i);
          break;
        }
      }
    }
  });
}

void MainWindow::showLog(const QString &log) {
  ui->textEdit->append(
      QString("%1:%2")
          .arg(QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy/MM/dd hh:mm:ss.zzz"))
          .arg(log));
}

有客户端连接后，会触发newConnection这个信号，然后在槽函数中使用nextPendingConnection()这个方法获取对应的客户端QTcpSocket 指针对象。客户端发送消息后会触发readyRead这个信号，使用QTcpSocket的readAll获取发送的信息。编译运行，输入监听的ip和端口然后点击listen按钮然后使用命令查看是否开始监听对应ip和端口：

然后使用调试助手作为客户端连接这个服务器：

可以看到触发了newConnection信号，然后获取对应客户端对象将其信息显示到了的表格上面。

实验链接的建立与取消以及消息的互相发送：

可以实现对应的通讯。

以上是使用调试助手，也可以使用WireShark抓包查看发送和接受的数据。需要注意的是如果客户端和服务器都在本地自己发自己收是用WireShark抓不到的。

这里简单说一下wireshark的用法，首先选择需要抓取的网卡：

比如ping就是走的tcp，测试时我是用 虚拟机ping我的主机，如何使vmware虚拟机和主机ping通可以参考这位博主的博客：实现虚拟机（VM15.5.0）与本机相互通信_vmware和主机怎样才能ping通-CSDN博客

然后查看wireshark可以看到ping的报文：

因为我的主机ip192.168.1.3,虚拟机ip是192.168.1.4,可以输入"ip.src==192.168.1.4 && ip.dst==192.168.1.3" 来过滤：

同样，我使用虚拟机和主机建立tcp连接然后发送消息也是可以抓到：

X

客户端

客户端由QTcpSocket实现，QTcpSocket继承自QAbstractSocket，比如上文中在虚拟机中建立一个tcp服务器，监听ip192.168.1.3,端口12345：

cpp 复制代码 
QTcpSocket *socket =new QTcpSocket;
socket->connectToHost(QHostAddress(),12345);
if(socket->waitForConnected())
{
  //TODO 连接成功
}
else
{
  //TODO 连接失败
}

connect(socket,&QTcpSocket::disconnected,[=](){
//TODO 处理连接断开
});
connect(socket, &QTcpSocket::readyRead, [=]() {
        QByteArray receiveData=socket->readAll();
        //TODO 处理接收的数据
    });

QByteArray sendData;
//TODO 处理发送数据
//发送数据
socket->write(sendData);
//断开连接，两种方式
socket->abort;//强制中断连接
socket->disconnectFromHost();//不会马上关闭连接，等待资源释放后才会中断连接

另外客户端套接字可以绑定bind对应ip和端口，如果没有绑定，则系统会使用之绑定一个随即的可用的ip和端口 ：

Qt实现UDP

因为UDP不用建立连接，不用分服务器和客户端，所以对应Qt的UDP部分，只需要使用QUdpSocket一个即可：

QUdpSocket同QTcpSocket一样都继承自QAbstractSocket，使用UDP通信前，对应udp套接字需要绑定对应ip与端口，然后发送数据时需要知道对方的ip与端口（UDP分单播、组播与广播，这里只说单播，组播与广播后面博客再写）：

cpp 复制代码 
QUdpSocket *udpSocket = new QUdpSocket(this);
udpSocket->bind(QHostAddress("192.168.1.3"), 12345);
connect(udpSocket, &QUdpSocket::readyRead,[=](){

  while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {
      QByteArray data;
      QHostAddress host;
      quint16 port;
      data.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
      udpSocket->readDatagram(data.data(), data.size(), &host, &port);
      //TODO 处理接受数据
     }
});
QByteArray sendData;
//TODO 处理发送数据
udpSocket->writeDatagram(sendData, QHostAddress("192.168.1.4"),
                          12345);
//取消绑定
udpSocket->unbind();

使用网络助手模拟udp通信：

使用自己写的udp程序在虚拟机中与之通信：

使用wireshark抓包：

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