UDP

1. socket 簡介

2. UDP

 

 

1. socket 簡介

網絡編程，是指讓在不一樣的電腦上的軟件可以進行數據傳遞，即進程之間的通訊。

本地的進程間通訊（IPC）

例若有：隊列、同步（互斥鎖、條件變量等）等，這些通訊方式都是一臺機器上不一樣進程之間的通訊方式。

網絡中的進程間通訊

首要解決的問題是如何惟一標識一個進程，不然通訊無從談起！

在本地能夠經過進程PID來惟一標識一個進程，可是在網絡中這是行不通的。

其實TCP/IP協議族已經幫咱們解決了這個問題，網絡層的「ip地址」能夠惟一標識網絡中的主機，而傳輸層的「協議+端口」能夠惟一標識主機中的應用程序（進程）。

這樣利用ip地址、協議、端口就能夠標識網絡的進程了，網絡中的進程通訊就能夠利用這個標誌與其它進程進行交互。

socket

socket（簡稱套接字）是進程間通訊的一種方式，它與其餘進程間通訊的一個主要不一樣是：它能實現不一樣主機間的進程間通訊，咱們網絡上各類各樣的服務大多都是基於 Socket 來完成通訊的。例如咱們天天瀏覽網頁、QQ 聊天、收發 email 等等。

建立socket

在 Python 中使用 socket 模塊的函數 socket ：

socket.socket(AddressFamily, Type)

函數 socket.socket 建立一個 socket，返回該 socket 的描述符，該函數帶有兩個參數：

• Address Family：能夠選擇 AF_INET（用於 Internet 進程間通訊） 或者 AF_UNIX（用於同一臺機器進程間通訊），實際工做中經常使用AF_INET。
• Type：套接字類型，能夠是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用於TCP協議）或者 SOCK_DGRAM（數據報套接字，主要用於UDP協議）。

示例：

1 >>> import socket
2 >>> # 建立了一個TCP Socket
3 >>> tcp_s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
4 >>> tcp_s  
5 <socket.socket fd=548, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0>
6 >>> # 建立了一個UDP Socket
7 >>> udp_s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
8 >>> udp_s  
9 <socket.socket fd=620, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_DGRAM, proto=0>

 

2. UDP

2.1 UDP介紹

UDP(User Data Protocol)——用戶數據報協議，是一個無鏈接的簡單的面向數據報的運輸層協議。

特色：

• 不具備可靠性的數據報協議。它只是把應用程序傳給IP層的數據報發送出去，可是並不能保證它們能到達目的地，所以可否到達目的地，到達目的地的時間以及內容的正確性都是不能被保證的。
• 因爲UDP在傳輸數據報前不用在客戶和服務器之間創建一個鏈接，且沒有超時重發等機制，包數據順序亂掉時也沒有糾正的功能，再加上UDP自己的處理既簡單又高效，故而傳輸速度很快。
• 將數據封裝爲數據包，每一個數據報都是一個獨立的信息，包括完整的源地址或目的地址，每一個數據包的大小限制在64K中。

應用場景：（注重速度流暢）

UDP是面向消息的協議，通訊時不須要創建鏈接，數據的傳輸天然是不可靠的，UDP通常用於多點通訊和實時的數據業務，好比

• 音視頻等多媒體通訊（即時通訊，由於它們即便偶爾丟失一兩個數據包，也不會對接收結果產生太大影響）
• 廣播通訊（廣播、多播）
• TFTP(簡單文件傳送）
• SNMP（簡單網絡管理協議）
• RIP（路由信息協議，如報告股票市場，航空信息）
• DNS(域名解釋）

UDP操做簡單，並且僅須要較少的監護，所以一般用於局域網高可靠性的分散系統中client/server應用程序。例如視頻會議系統，並不要求音頻視頻數據絕對的正確，只要保證連貫性就能夠了，這種狀況下顯然使用UDP會更合理一些。

UDP網絡通訊過程：

 

2.2 UDP基礎示例

發送、接收數據

建立一個udp客戶端程序的流程較爲簡單，具體步驟以下：

1. 建立客戶端套接字
2. 發送/接收數據
3. 關閉套接字

示例：

 1 import socket
 2 
 3 # 1. 建立套接字
 4 udpSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
 5 
 6 # 2. 準備接收方的地址
 7 sendAddr = ("192.168.3.4", 8080)
 8 
 9 # 3. 從鍵盤獲取要發送的數據
10 sendData = input("請輸入要發送的數據：")
11 
12 # 4. 發送數據到指定的電腦上
13 udpSocket.send(sendData.encode(), sendAddr)
14 # encode()：將 str 轉爲 bytes。
15 # decode()：將 bytes 轉爲 str。如咱們從網絡或磁盤上讀取了字節流，那麼讀到的數據就是 bytes。
16 
17 # 5. 等待接收方發送過來的數據
18 recvData = udpSocket.recv(1024)  # 1024表示本次接收數據的最大字節數
19 
20 # 6. 顯示對方發送的數據
21 print(recvData)
22 
23 # 7. 關閉套接字
24 udpSocket.close()

執行效果：

會變的端口號：

從新運行屢次腳本，而後在「網絡調試助手」中，看到的現象以下：

• 每從新運行一次網絡程序，發送方的端口號會變化，不同的緣由在於，這個數字標識這個網絡程序，當從新運行時，若是沒有肯定到底用哪一個，系統默認會隨機分配。
• 這個網絡程序在運行的過程當中，這個IP+端口號就惟一標識了這個程序，因此若是其餘電腦上的網絡程序若是想要向此程序發送數據，那麼就須要向這個數字（即端口）標識的程序發送便可。

 

2.3 UDP綁定信息

通常狀況下，在一臺電腦上運行的網絡程序會有不少，而各自用的端口號不少狀況下也不知道。爲了避免與其餘的網絡程序佔用同一個端口號，每每在編程中，udp的端口號通常不綁定。

可是若是須要作成一個接收方的程序的話，是須要綁定的。正如若是報警電話天天都在變，想必世界就會亂了。因此通常服務性的程序，每每須要一個固定的端口號，這就是所謂的端口綁定。

示例：

 1 import socket
 2 
 3 # 建立套接字
 4 udpSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
 5 
 6 # 綁定本地的相關信息，若是一個網絡程序不綁定，系統就會隨機分配
 7 binAddr = ("", 7788)  # IP地址和端口號，IP通常不用寫，表示本機的任何一個IP
 8 udpSocket.bind(binAddr)
 9 
10 # 接收方的地址信息
11 sendAddr = ("192.168.234.1", 8080)
12 
13 # 發送數據
14 sendData = udpSocket.sendto("haha".encode(), sendAddr)
15 
16 # 等待接收方發送過來的數據
17 recvData = udpSocket.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收數據的最大字節數
18 
19 # 顯示對方發送的數據
20 print(recvData)
21 
22 # 關閉套接字
23 udpSocket.close()

執行效果：

 

2.4 UDP小應用

應用1：echo服務器，即把接收的數據再發送回去

 1 import socket
 2 import time
 3 
 4 
 5 # 建立套接字
 6 udpSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 # 綁定本地的相關信息，若是一個網絡程序不綁定，系統就會隨機分配
 9 binAddr = ("", 7788)  # IP地址和端口號，IP通常不用寫，表示本機的任何一個IP
10 udpSocket.bind(binAddr)
11 
12 # 接收方的地址信息
13 sendAddr = ("192.168.234.1", 8080)
14 
15 num = 1
16 
17 def repeat():
18     # 等待對方發送來的數據
19     recvData = udpSocket.recvfrom(1024)  # 1024即本次接收數據的最大字節數
20     # 將接收的數據再次發送回去
21     udpSocket.sendto(recvData[0], sendAddr)
22     # 統計信息
23     print("已經將接收到的第%d個信息返回給對方，數據內容爲：%s" % (num, recvData[0].decode()))    
24 
25 # 若不使用 try..except... 重試機制，而會出現「遠程主機強制關閉鏈接」的報錯
26 while True:
27     try:
28         repeat()
29     except:
30         repeat()
31     
32 # 關閉套接字
33 udpSocket.close()

注意，若出現「ConnectionResetError: [WinError 10054] 遠程主機強迫關閉了一個現有的鏈接」：出現這種緣由表明遠程過於頻繁，因此遠程懷疑是惡意攻擊。

可使用 try...except...重試，在報錯時從新調用該方法使其從新抓取，直至抓取成功。

執行效果：

應用2：聊天室

模擬一個聊天室，顯示全部接收到的數據。

 1 import socket
 2 import time
 3 
 4 
 5 # 建立套接字
 6 udpSocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
 7 
 8 # 綁定本地的相關信息，若是一個網絡程序不綁定，系統就會隨機分配
 9 binAddr = ("", 7788)  # IP地址和端口號，IP通常不用寫，表示本機的任何一個IP
10 udpSocket.bind(binAddr)
11 
12 # 接收方的地址信息
13 sendAddr = ("192.168.234.1", 8080)
14 
15 
16 def repeat():
17     # 等待對方發送來的數據
18     recvData = udpSocket.recvfrom(1024)  # 1024即本次接收數據的最大字節數
19     # 打印消息記錄
20     print("【%s】%s：%s"%(time.ctime(), recvData[1][0], recvData[0].decode()))   
21 
22 
23 while True:
24     try:
25         repeat()
26     except:
27         repeat()
28     
29     
30 # 關閉套接字
31 udpSocket.close()

執行效果：