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UDP编程与Socket

• 相关测试命令
  1. windows查找udp是否启动端口：
     • netstart -anp udp | find "9999"
     • netstart -anbp udp | findstr 9999
  2. linux下发给服务端数据
     • echo "123abc" | nc -u 172.0.0.1 9999

UDP服务端编程

• UDP服务端编程流程
  

1. 创建socket对象。socket.SOCK_DGRAM
2. 绑定IP和Port,bind()方法
3. 传输数据
   • 接收数据，socket.recvfrom(bufsize[,flags]),获得一个二元组(string,address)
   • 发送数据，socket.sendto(string,address)发给某地址某信息
4. 释放资源

import logging
import sys
import socket

logging.basicConfig(format="%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s",stream=sys.stdout,level=logging.INFO)

server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) #创建一个基于UDP的socket
server.bind(("127.0.0.1",3999)) #立即绑定一个udp端口
# data = server.recv(1024) #阻塞等待数据
data,radde = server.recvfrom(1024) #阻塞等待数据(value,(ip,port))
logging.info("{}-{}".format(radde,data))
server.sendto("{} server msg = {}".format(server.getsockname(),data).encode(),radde)
server.close()

• UDP客户端编写流程

  1. 创建socket对象。socket.SOCK_DGRAM
  2. 发送数据，socket_sendto(string,address)发给某地址信息
  3. 接收数据，socket.recvfrom(bufsize[,flags]),获得一个二元组(string,address)
  4. 释放资源

• 第一个版本

import logging
import sys
import socket

logging.basicConfig(format="%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s",stream=sys.stdout,level=logging.INFO)

client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
raddr = "127.0.0.1",3999
client.connect(raddr) #connect方法会自动分配一个本地的UDP地址，和设置UDP的链接对象raddr地址
logging.info(client)
client.send(b"hello") #由于使用了connect方法，所以不指定终端也能发送
client.sendto(b"why",raddr) #也可以使用指定地址发送
data,radde = client.recvfrom(1024)
logging.info("{}-{}".format(radde,data))
client.close()

• 第二个版本，不使用connect指定目标

import logging
import sys
import socket

logging.basicConfig(format="%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s",stream=sys.stdout,level=logging.INFO)

client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
raddr = "127.0.0.1",3999
client.sendto(b"hello",raddr)
logging.info(client)
data,laddr = client.recvfrom(1024)
logging.info("{}-{}".format(data,laddr))
client.close()

• 注意：UDP是无链接协议，所以可以只有任何一端，例如客户端数据发往服务端，服务端存在与否无所谓。
• UDP编程中bind、connect、send、sendto、recv、recvfrom方法使用
• UDP的socket对象创建后，是没有占用本地地址和端口的。

练习–UDP版本群聊

• 服务端代码

""" author:xdd date:2019-06-17 09:20 """
import logging
import sys
import socket
import threading
import datetime
logging.basicConfig(format="%(asctime)s %(threadName)s %(thread)d %(message)s",stream=sys.stdout,level=logging.INFO)
class ChatUDPServer:
def __init__(self,ip="127.0.0.1",port=3999,timeout=10):
self.socket = socket.socket(type = socket.SOCK_DGRAM)
self.laddr = ip,port
self.event = threading.Event()
self.timeout = timeout
self.clients = { 
}
def start(self):
socket = self.socket
socket.bind(self.laddr)
threading.Thread(target=self.run,name="run").start()
def run(self):
socket = self.socket
clients = self.clients
while not self.event.is_set():
try:
data,raddr = socket.recvfrom(1024)
except:
continue
utctime = datetime.datetime.now().timestamp()
if data.strip() == b"by": #如果用户自己发送by表示要退出
self.clients.pop(raddr)
continue
clients[raddr] = utctime
if data.strip() == b"^hh^": #如果是心跳，就忽略
continue
msg = "[{}] {}".format(raddr,data)
logging.info(msg)
outclient = [] #记录超时的链接地址
for cr,tm in clients.items():
if 0 <= utctime - tm <= self.timeout:
socket.sendto(msg.encode(),cr)
else:
outclient.append(cr)
for cr in outclient: #超时后删除
self.clients.pop(cr)
def stop(self):
try:
self.event.set()
self.socket.close()
finally:
self.clients.clear()
@classmethod
def main(cls):
chserver = cls()
chserver.start()
while True:
cmd = input(">>>>")
if cmd.strip() == "quit":
chserver.stop()
threading.Event().wait(1)
break
logging.info(threading.enumerate())
logging.info(chserver.clients)
ChatUDPServer.main()

• UDP版本客户端代码

""" author:xdd date:2019-06-17 10:26 """
import logging
import sys
import socket
import threading
logging.basicConfig(format="%(asctime)s %(thread)d %(threadName)s %(message)s",stream=sys.stdout,level=logging.INFO)
class UdpClient:
def __init__(self,ip="127.0.0.1",prost = 3999,heartbeattime = 5):
self.socket = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
self.raddr = ip,prost
self.event = threading.Event()
self.heartbeattime = heartbeattime
def start(self):
self.socket.connect(self.raddr)
self.send("hello")
threading.Thread(target=self.heartbeat,name="heartbeat").start()
threading.Thread(target=self.run,name="client").start()
#发送心跳包，保持链接
def heartbeat(self):
while not self.event.wait(self.heartbeattime):
self.send("^hh^")
logging.info("心跳结束")
def run(self):
while not self.event.is_set():
try:
data,raddr = self.socket.recvfrom(1024)
except:
continue
logging.info("[ {} msg ] {}".format(raddr,data))
def send(self,msg):#发送消息
socket = self.socket
socket.send(msg.encode())
def stop(self):#停止
self.event.set()
self.socket.close()
@classmethod
def main(cls):
client = cls()
client.start()
while True:
cmd = input(">>>")
if cmd.strip() == "quit":
client.stop()
break
else:
client.send(cmd)
UdpClient.main()

1. 服务端代码
   • 增加心跳heartbeat机制或ack机制。这些机制同样可以用在TCP通信的时候。
   • 心跳，就是一端定时发往另一端的信息，一般每次数据越少越好。心跳时间间隔约定好就行。
   • ack即响应，一端收到另一端的消息后返回的确认信息。

• 心跳机制
  1. 一般来说是客户端定时发往服务端的，服务端并不需要ack回复客户端，只需要记录该客户端还活着就行了。
  2. 如果是服务端定时发往客户端的，一般需要客户端ack响应来表示活着，如果没有收到ack的客户端，服务端 移除其信息。这种实现较为复杂，用的较少。
  3. 也可以双向都发心跳的，用的更少。

UDP协议的应用

• UDP是无连接协议，它基于以下假设：
  1. 网络足够好
  2. 消息不会丢包
  3. 包不会乱序
• 但是，即使是在局域网，也不能保证不丢包，而且包的到达不一定有序。
• 应用场景
  1. 视频、音频传输，一般来说，丢些包，问题不大，最多丢些图像、听不清话语，可以重新发话语来解决。 海量采集数据，例如传感器发来的数据，丢几十、几百条数据也没有关系。
  2. DNS协议，数据内容小，一个包就能查询到结果，不存在乱序，丢包，重新请求解析。
• 一般来说，UDP性能优于TCP，但是可靠性要求高的场合的还是要选择TCP协议。