Qt学习日记 Day15：网络编程（二）- UDP基础

今天学了什么

今天学习Qt中的UDP基础。

UDP

定义：User Datagram Protocol，用户数据报协议。

特点：

无连接：不用握手，发包前不用建立连接；
不可靠：不确认、不重传、不保证顺序，包可能丢、乱序；
面向报文：你一次发多少，就是一个数据报，不会像TCP那样流粘在一起；
支持：单播、广播、组播；

对比TCP：

TCP打电话（接通才说话、有确认）；
UDP寄明信片，扔出去就不管收没收到。

QUdpSocket 使用步骤：

UDP不分严格的客户端/服务端，只分：绑定端口（收包）和不绑定（只发包）；

想收数据，必须 bind 绑定端口，只发数据可以不 bind；

① 服务端（监听，能收、能发）：

创建 QUdpSocket 对象；

bind 绑定本地IP和端口，开始监听这个端口；
绑定 readyRead 信号，有数据来了触发；
在槽函数里用 readDatagram() 读包，同时拿到发送方IP+端口；
回复对方：writeDatagram(数据, 对方IP, 对方端口)；

客户端（可以只发，也可以绑定端口收回复）：

创建 QUdpSocket；
不需要 connectToHost（UDP没有连接）；（也可以用connectToHost写，但本质不是连接）
writeDatagram(数据, 目标IP, 目标端口) 直接发包；
如果要接收对方回复，就也要 bind 端口 + 监听readyRead；

* 注：UDP没有连接，每次发包都要指定目标IP和端口。

核心代码：

服务端（接收+回复）

cpp 复制代码

#include <QUdpSocket>
#include <QHostAddress>

QUdpSocket* udpServer = new QUdpSocket(this);
// 绑定所有网卡，端口8888
udpServer->bind(QHostAddress::Any, 8888);

connect(udpServer, &QUdpSocket::readyRead, this, [=](){
    while(udpServer->hasPendingDatagrams())
    {
        QByteArray buf;
        buf.resize(udpServer->pendingDatagramSize());
        QHostAddress senderIp;
        quint16 senderPort;
        // 读取数据报，拿到发送方地址
        udpServer->readDatagram(buf.data(), buf.size(), &senderIp, &senderPort);

        // 回复消息给发送方
        QByteArray resp = "udp receive ok";
        udpServer->writeDatagram(resp, senderIp, senderPort);
    }
});

客户端（发消息，也可以收回复）：

cpp 复制代码

QUdpSocket* udpClient = new QUdpSocket(this);
// 客户端如果只发，不bind也行；要收回复就要bind
// udpClient->bind(QHostAddress::Any, 9999);

// 直接发给服务端：127.0.0.1 8888
QByteArray sendData = "hello udp";
udpClient->writeDatagram(sendData, QHostAddress("127.0.0.1"), 8888);

广播（UDP专属）：

发给局域网全部主机，地址填广播地址 QHostAddress::Broadcast；
udpClient->writeDatagram("broadcast test", QHostAddress::Broadcast, 8888);

注：接收广播的那一方，bind的时候默认就能收到广播包。

组播：

组播地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255；
组播必须先bind，再调用 joinMulticastGroup 加入组；
同一个组播地址、同一个端口，加入组的程序才能收到组播消息；
离开组：leaveMulticastGroup；退出时记得离开组；
组播不能跨路由器（默认），只能局域网测试；

接收端（加入组，收组播消息）：

cpp 复制代码

#include <QUdpSocket>
#include <QHostAddress>

QUdpSocket *udpRecv = new QUdpSocket(this);
const quint16 groupPort = 8888;
const QHostAddress groupAddr("224.0.0.100");

// 绑定端口，Any代表监听所有网卡
udpRecv->bind(QHostAddress::Any, groupPort, QUdpSocket::ShareAddress);

// 加入组播组
bool ret = udpRecv->joinMulticastGroup(groupAddr);
if(!ret)
{
    qDebug() << "加入组播失败";
}

connect(udpRecv, &QUdpSocket::readyRead, this, [=](){
    while (udpRecv->hasPendingDatagrams())
    {
        QByteArray buf;
        buf.resize(udpRecv->pendingDatagramSize());
        QHostAddress senderIp;
        quint16 senderPort;

        udpRecv->readDatagram(buf.data(), buf.size(), &senderIp, &senderPort);
        qDebug() << "收到组播数据：" << buf << "来自：" << senderIp;
    }
});

// 窗口关闭的时候离开组播组
// udpRecv->leaveMulticastGroup(groupAddr);

发送端（往组播地址发包）：

cpp 复制代码

#include <QUdpSocket>
#include <QHostAddress>

QUdpSocket *udpSend = new QUdpSocket(this);
const quint16 groupPort = 8888;
const QHostAddress groupAddr("224.0.0.100");

// 发送端可以不bind，直接writeDatagram发到组地址
QByteArray data = "this is multicast msg";
udpSend->writeDatagram(data, groupAddr, groupPort);

注：

QUdpSocket::ShareAddress 这个参数，多个程序同时绑定同一个端口收组播必须加；
防火墙容易拦截组播，测试收不到优先关防火墙；
组播和广播区别：广播发给局域网全部设备；组播只发给加入这个组的程序；
224.0.0.x 是本地链路组播，不会被路由器转发，适合局域网调试；
接收端和发送端写在同一个项目里，开启组播环回，方便练习： udpsend->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastLoopbackOption,1);

问题补充

1.UDP不会粘包！一个readDatagram一次读到一个完整报文；

2.报文有长度上限，不能无限大包：

UDP 的理论最大包长受 IP 协议限制是 65535 字节（约 64KB），但在实际网络中，受 MTU 限制，通常建议单包不要超过 1472 字节（以太网 MTU 1500 - 20 IP头 - 8 UDP头），否则会在 IP 层被分片，增加丢包概率。如果传大文件，还是得用 TCP。

3.丢包是正常现象，重要消息要自己加序号、ACK重试；

4.跨外网受NAT限制，内网广播只能在同一个路由器里面；

5.NAT是什么？TCP能不能客户端直接连客户端（P2P）？

NAT是网络地址转换，家用路由器把内网私网IP转换成公网IP。默认情况下，两个处在不同内网里的TCP客户端，不能直接互相连接；因为内网机器没有独立公网IP，路由器默认拒绝外部主动进来的连接。

TCP：做P2P很麻烦，TCP是面向连接，需要三次握手，打洞难度高，很少直接TCP打洞。

6.网段由IP和子网掩码决定，看IP前面几段；端口是本机区分程序的，和网段无关；

7.224.0.0.0~239.255.255.255 本身就是IPv4预留的组播地址段；IPv6组播以ff开头，例如ff02::100；

8.UDP怎么保证不丢包？

UDP底层无确认、无重传，原生不保证可靠。需要应用层自己做：包序号、ACK应答、超时重传、去重；也可以用KCP等现成可靠UDP库；高可靠优先TCP。

9.TCP和UDP区别

TCP：面向连接，三次握手；可靠，有序、重传、流量/拥塞控制；开销大。
UDP：无连接；不可靠，不保证到达、不排序；开销小，速度快。

10.TCP和UDP的适用场景：

TCP 适合不能丢数据、不能乱序：

文件传输、HTTP/HTTPS、数据库访问、登录聊天、远程控制、支付。

UDP（快、无连接，允许少量丢包：适合追求实时性，丢一点没关系）：

视频通话、直播、游戏、局域网设备发现（广播/组播）、DNS查询。