1. UDP组播的特性

UDP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的UDP数据报，组内成员都可以接收到，其功能类似于QQ群。

组播报文的目的地址使用D类IP地址，D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。用同一个IP多播地址接收多播数据报的所有主机构成了一个组，称为多播组（或组播组）。所有的信息接收者都加入到一个组内，并且一旦加入之后，流向组地址的数据报立即开始向接收者传输，组中的所有成员都能接收到数据报。组中的成员是动态的，主机可以在任何时间加入和离开组。

所以，采用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。多播组地址中，有一部分由官方分配，称为永久多播组。永久多播组保持不变的是它的IP地址，组中的成员构成可以发生变化。永久多播组中成员的数量可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来的供永久多播组使用的IP组播地址，可以被临时多播组利用。

关于组播IP地址，有如下的一些约定：

• 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。

所以，若是在家庭或办公室局域网内测试UDP组播功能，可以使用的组播地址范围是239.0.0.0 ?239.255.255.255。

QUdpSocket支持UDP组播，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 收发等功能的实现与单播UDP完全相同。

2. UDP组播实例程序的功能

设计一个UDP组播实例程序,进行组播通信。下图是运行的程序界面。程序加入地址为239.255.10.1的多播组，绑定端口35300进行通信。

从图中可以看到，程序可以发送和接收组播数据报，且在自己主机上发出的数据报，自己也可以接收到。

3. 组播功能的程序实现

程序的主窗口是基于QMainWindow的类MainWindow，界面由UI设计器设计，其类定义如下（忽略UI设计器生成的槽函数）：

class MainWindow : public QMainWindow
{
	Q_OBJECT
public:
  MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
  ~MainWindow();
private:
  Ui::MainWindow *ui;
  QLabel *LabSocketState;//状态栏标签
  QUdpSocket *udpSocket;
  QHostAddress groupAddress; //组播地址
  QString getLocalIP();//获取本机 IP 地址
private slots:
  //自定义槽函数
  void onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState socketState);
  void onSocketReadyRead();//读取 socket 传入的数据
};

其中定义了一个QHostAddress类型变量groupAddress，用于记录组播地址。下面是MainWindow的构造函数的代码：

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
: QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{
  ui->setupUi(this);
  LabSocketState=new QLabel("Socket 状态：");
  LabSocketState->setMinimumWidth(200);
  ui->statusbar->addWidget(LabSocketState);
  QString localIP=getLocalIP();//本地主机名
  this->setWindowTitle(this->windowTitle()+" 本机IP: "+localIP);
  udpSocket=new QUdpSocket(this);
  udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption,1);
  connect(udpSocket,SIGNAL(stateChanged(QAbstractSocket::SocketState)),
  	this,SLOT(onSocketStateChange(QAbstractSocket::SocketState)));
  onSocketStateChange(udpSocket->state());
  connect(udpSocket,SIGNAL(readyRead()), this,SLOT(onSocketReadyRead()));
}

其中使用了QUdpSocket::setSocketOption()函数，对socket进行参数设置。

udpSocket->setSocketOption(QAbstractSocket::MulticastTtlOption,1);

将socket的QAbstractSocket::MulticastTtlOption值设置为1。MulticastTtlOption是UDP组播的数据报的生存期，数据报每跨1个路由会减1。缺省值为1，表示多播数据报只能在同一路由下的局域网内传播。

要进行UDP组播通信，UDP客户端必须先加入UDP多播组，也可以随时退出多播组。主窗口上的“加入组播”和“退出组播”按钮的代码如下：

void MainWindow::on_actionStart_triggered()
{//加入组播
  QString IP=ui->comboIP->currentText();
  groupAddress=QHostAddress(IP);//多播组地址
  quint16 groupPort=ui->spinPort->value(); //端口
  if(udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4, groupPort, QUdpSocket::ShareAddress)){
    udpSocket->joinMulticastGroup(groupAddress); //加入多播组
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**加入组播成功");
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**组播地址 IP: " + IP);
    ui->plainTextEdit->appendPlainText("**绑定端口： "+QString::number(groupPort));
    ui->actionStart->setEnabled(false);
    ui->actionStop->setEnabled(true);
    ui->comboIP->setEnabled(false);
  }else{
  	ui->plainTextEdit->appendPlainText ("**绑定端口失败");
  }
}

void MainWindow::on_actionStop_triggered()
{//退出组播
  udpSocket->leaveMulticastGroup (groupAddress);//退出组播
  udpSocket->abort(); //解除绑定
  ui->actionStart->setEnabled(true);
  ui->actionStop->setEnabled(false);
  ui->comboIP->setEnabled(true);
  ui->plainTextEdit->appendPlainText("** 已退出组播，解除端口绑定");
}

加入组播之前，必须先绑定端口，绑定端口的语句是：

udpSocket->bind(QHostAddress::AnyIPv4,groupPort,QUdpSocket::ShareAddress)

这里指定地址为QHostAddress::AnyIPv4，端口为多播组统一的一个端口。

使用QUdpSocket::joinMulticastGroup()函数加入多播组:

udpSocket->joinMulticastGroup(groupAddress);

多播组地址groupAddress由界面上的组合框里输入。注意，局域网内的组播地址的范围是239.0.0.0?239.255.255.255,绝对不能使用本机地址作为组播地址。

退出多播组，使用QUdpSocket::leaveMulticastGroup()函数:

udpSocket->leaveMulticastGroup(groupAddress);

加入多播组后，发送组播数据报也是使用writeDatagram()函数，只是目标地址使用的是组播地址，在readyRead()信号的槽函数里用readDatagram()读取数据报。下面是发送和读取数据报的代码：

void MainWindow::on_btnSend_clicked()
{ //发送组播消息
  quint16 groupPort=ui->spinPort->value();
  QString msg=ui->edtMsg->text();
  QByteArray datagram=msg.toUtf8();
  udpSocket->writeDatagram(datagram,groupAddress,groupPort);
  ui->plainTextEdit->appendPlainText("[multicst] "+msg);
  ui->edtMsg->clear();
  ui->edtMsg->setFocus();
}

void MainWindow::onSocketReadyRead()
{//读取数据报
  while(udpSocket->hasPendingDatagrams()){
    QByteArray datagram;
    datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());
    QHostAddress peerAddr;
    quint16 peerPort;
    udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(), &peerAddr, &peerPort);
    QString str=datagram.data();
    QString peer=" [From "+peerAddr.toString()+": "+QString::number(peerPort)+"]";
    ui->plainTextEdit->appendPlainText(peer+str);
  }
}

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