Python網(wǎng)絡(luò)編程UDP協(xié)議分析

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UDP協(xié)議概述

• UDP協(xié)議——User Datagram Protocol，即用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，UDP協(xié)議是無連接、不可靠、高效率數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

• UDP協(xié)議優(yōu)點：開銷小、速度快、無連接。

• UDP協(xié)議缺點：無確認(rèn)重傳和排序、無流控制、無錯誤恢復(fù)。

• UDP協(xié)議是面向報文的傳輸協(xié)議，它對報文既不拆分也不合并，而是給報文添加頭部后就向下交給IP層。發(fā)現(xiàn)錯誤時不要重傳，只是簡單地把錯誤的報文扔掉、或給應(yīng)用程序提供警告。

• UDP協(xié)議廣泛運用在強調(diào)數(shù)據(jù)傳輸速率的多媒體應(yīng)用領(lǐng)域，例如網(wǎng)絡(luò)聊天、在線視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲、實時監(jiān)控、路由協(xié)議中修改路由表等。

• TCP協(xié)議遇到丟包或錯誤時要求重傳，因而導(dǎo)致傳輸速率大幅降低。

• UDP協(xié)議遇到丟包或錯誤時不要求重傳，因為一個報文丟失后幾秒內(nèi)會有新的報文替代它，所以UDP協(xié)議傳輸速率比TCP協(xié)議高很多。

• 應(yīng)用程序需要根據(jù)需要自定義應(yīng)用層協(xié)議來處理報文丟失、錯誤、失序的情況。

• 編寫UDP應(yīng)用程序需要審慎考慮合適的報文長度：

• 局域網(wǎng)最大傳輸單元(Maximum Transmission Unit，MTU)默認(rèn)是1500字節(jié)。

• UDP協(xié)議頭部是8字節(jié)、IP層協(xié)議頭部是20字節(jié)。

• 單條報文建議長度是1024字節(jié)，最大長度不得超過65507字節(jié)(報文加頭部總長不得超過65535字節(jié))。

• 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好時報文長度及接收緩存建議設(shè)大一些，可以減少報文接收不及時導(dǎo)致丟包的概率。

udp協(xié)議服務(wù)端

1. 創(chuàng)建socket實例。

   sk = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

   
   

   注意：type=socket.SOCK_DGRAM是指定關(guān)鍵字參數(shù)，不能“缺省type=”，該參數(shù)用來指定使用udp協(xié)議。

2. 綁定ip和端口。

   sk.bind(('127.0.0.1',9001))

   
   

   說明：該方法有一個參數(shù)，類型是元組(元組的第一個元素是IP，第二個元素是端口)。無返回值。

3. 從UDP客戶端收報文。

   message,addrress = sk.recvfrom(1024)

   
   

   說明：該方法參數(shù)是接收消息長度。返回值是元組，元組第一項是消息，第二項是ip及端口。

4. 發(fā)送報文給UDP客戶端。

   sk.sendto(message,address)

   
   

   說明：該方法有二個參數(shù)，第一個參數(shù)是要發(fā)送的消息，必須是bytes型；第二個參數(shù)是元組(元組的第一個元素是IP，第二個元素是端口)。返回值是發(fā)送的字節(jié)數(shù)。

udp協(xié)議客戶端

1. 創(chuàng)建socket實例。

   sk = socket.socket()

   
   

2. 發(fā)報文給UDP服務(wù)端。

   sk.sendto(message.encode(),('127.0.0.1',9001))

   
   

   說明：該方法有二個參數(shù)，第一個參數(shù)是要發(fā)送的消息，必須是bytes型；第二個參數(shù)是元組(元組的第一個元素是IP，第二個元素是端口)。返回值是發(fā)送的字節(jié)數(shù)。

3. 從UDP服務(wù)端收報文。

   message = sk.recv(1024).decode()

   
   

   說明：該方法參數(shù)是接收消息長度。返回值是消息。

案例：udp協(xié)議聊天室

• 服務(wù)端

  import socket
  
  HOST = '127.0.0.1'  # IP地址PORT = 50007  # 端口max_connect = 5def main():accounts = {
       
       
       }with socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) as sk:sk.bind((HOST, PORT))while True:msg, address = sk.recvfrom(1024)rev = msg.decode().split('|||')accounts[rev[0]] = addressif rev[1] in accounts:sk.sendto(msg, accounts[rev[1]])if __name__ == "__main__":main()

  
  

  說明：這個是UDP協(xié)議簡易聊天室服務(wù)端模型，服務(wù)端接收到客戶端發(fā)來的消息，會記錄客戶端的ip和端口以及賬號，并更新到字典中。遇到發(fā)往目標(biāo)賬戶的消息在字典中時，會將信息轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)賬戶，從而實現(xiàn)多人聊天功能。
  注意：代碼目前沒有緩存消息，當(dāng)要發(fā)送的目標(biāo)不在線時，該消息會被丟棄。

• 客戶端

  import socketfrom threading import Threadimport sys
  
  HOST = '127.0.0.1'  # IP地址PORT = 50007  # 端口class Transceiver:def __init__(self, conn, server, account: str, target: str, buffer: int = 1024) -> None:self.conn = conn  # socket實例self.server = server  # 目標(biāo)ip及端口self.buffer = buffer  # 緩存區(qū)大小self.path = (account + '|||' + target + '|||').encode()  # 己方賬號def send(self, message: str) -> None:"""發(fā)送消息"""if type(message) is str:  # 判斷消息類型message = message.encode()  # 將消息轉(zhuǎn)成bytes型，缺省參數(shù)是utf8編碼self.conn.sendto(self.path + message, self.server)  # 發(fā)送消息def recv(self):"""接收消息"""message, _ = self.conn.recvfrom(self.buffer)message = message.decode('utf8').split('|||')return message[1], message[2]  # 返回消息字符串def main():def send(m, message):m.send(message)def recv(m):while True:try:source, data = m.recv()print(f'收到"{source}"發(fā)來的信息：{data}')except:passwith socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) as sk:account = input("請輸入你的賬號：")target = input("請輸入你想聊天的賬號：")m = Transceiver(sk, (HOST, PORT), account, target)t = Thread(target=recv, args=(m,))t.setDaemon(True)t.start()while True:message = input('請輸入你要發(fā)送的信息：')if not message:continueif message == 'q' or message == 'Q':sys.exit(0)Thread(target=send, args=(m, message)).start()if __name__ == "__main__":main()

  
  

  說明：這個是udp協(xié)議簡易聊天室客戶端模型，客戶端登錄時首先輸入自己的賬號和對方的賬號，然后進入循環(huán)，循環(huán)輸入發(fā)給對方賬號的消息，另開了子收獲進程接受服務(wù)端轉(zhuǎn)發(fā)來的消息。

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