python网络通信（二）——基于UDP网络编程

目录

 一、socket

二、传输协议

三、UDP数据发送

发送数据

接收数据

四、echo服务器

五、聊天程序

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 一、socket

       （该图片单单只为了学习一个英语单词）

         socket也叫做套接字，是应用层和传输层之间的桥梁，利用socket我们可以通过网络完成进程间通信：

         应用层封装好数据给socket，socket会将数据传递给传输层，经过一层层的传输，通过网络传给另一台电脑，再经过一层层解析，解析到socket后，socket将数据给应用层。

        socket本质是编程接口（API），是对TCP/IP协议的封装，封装成的socket更容易使用TCP/IP协议，它是面向客户-服务器模型设计的，针对客户和服务器的程序提供了不同的系统调用。

        服务器可以看做大型的计算机，功能更强，数据大部分都存放在服务器里，可以在自己的电脑或者手机下载一个客户端，客户端里面存放的数据量并不大，比如说，手机下载一个爱奇艺的客户端，想下载视频，那么需要socket发送一个请求到服务器，服务器接收到信号之后再将数据传输给手机，手机才能下载。

        socket（套接字）之间的连接可以分为三个步骤：服务器监听（服务器等待别人连接）、客户端请求（告诉服务器自己想干什么）、连接确认（双方确认连接）。

        接下来创建一个套接字对象：

from socket import *#导入套接字模块
s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#s是一个socket对象，拥有发送和接收网络数据的能力

        函数里有两个参数必须写：AF_INET规定使用IPV4协议用于Internet进程间的通信，下一个参数可以是SOCK_STREAM（TCP协议）或者SOCK_DGRAM（UDP协议）

        ---TCP慢但是稳定不会丢失数据

        ---UDP快但是可能会丢失数据，被黑客攻击

二、传输协议

        UDP——User Datagram Protocol，用户数据报协议。

        是无连接的、简单的、面向数据报的传输层协议，在发送数据时，不会跟对方建立连接，且不确定对方是否能收到，只是简单的将数据传输过去，并不能保证能不能到达目的地，因为UDP传输数据时不用建立连接，并且没有超时重发等机制，所以传输数据速度很快，适用于QQ之类的。

        TCP——Transmission Control Protocol，传输控制协议

        是一个面向连接的协议，就是说建立连接时，必须确定建立了一个连接，一个TCP的连接必须经过三次对话，主机A想跟主机B对话，则主机A向主机B发送一个连接请求的数据包，接着主机B向主机A发送一个同意的连接，主机A收到后，向B发送一个数据包，确认主机B的要求，三次对话完成，然后才传输正式的数据。TCP占用的资源更多结构更复杂，TCP可以更保证数据的正确性，可以保证数据传输的顺序。

        网络通信时，双方的协议应该一样。

三、UDP数据发送

发送数据

        sendto函数可以实现数据发送，函数中添加元组，元组里是IP地址和端口号，通过IP地址和端口号找到接收方。（代码中的IP和端口是从网络调试助手看到的）

from socket import *

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#IPv4协议，UDP协议
s.sendto("hello",("192.168.0.106",8080))#向IP是192.168.0.106的8080端口发送hello

        我们利用网络调试助手接收数据，协议是UDP，跟发送方相同，端口号默认可用动态端口（8080），可以换成其他可用端口，编程中做相应的修改即可，点击打开。

 程序运行后会报错：

因为网络之间数据发送要使用字节流，应使用encode()，就可以将前面的字符串转换为字节流 ：

s.sendto("hello".encode(),("192.168.0.106",8080))

修改后会如下：

 通过网络调试助手可以看到发送方的网络地址和端口号：

因为程序没有绑定端口号，所以每次运行程序发送数据的端口可能会变。

        如果发送中文，会发现乱码，因为python中文默认是UTF-8编码，而网络调试助手是GB2312编码，发送的数据编码和解码不一样，所以会乱码，所以我们的python指定使用GB2312编码：

from socket import *

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#IPv4协议，UDP协议
s.sendto("你好".encode("gb2312"),("192.168.0.106",8080))

然后就可以正常的发送信息：

可以将地址、内容都赋值给变量，进行优化 ：

from socket import *

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)#IPv4协议，UDP协议
addr = ("192.168.0.106",8080)
date = input("请输入内容：")

s.sendto(date.encode("gb2312"),addr)

效果如下：

接收数据

 如果想使用VS接收数据，则

s.recvfrom(1024)

程序运行到这里时会阻塞，等待接收数据，1024表示本次接收所能接收的最大字节数，程序接收完后应该：

s.close()

因为对象s是占用一定空间的，当用不到s后，应该及时的关闭。代码如下：

from socket import *#导入模块

addr = ("192.168.0.106",8080)#准备接收方的地址

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
s.sendto("你好鸭".encode("gb2312"),addr)#发送内容，转换为字节流
redate = s.recvfrom(1024)
print(redate)
s.close()

运行结果如下：

网络调试助手接收到信息后会自动得到对方的地址（如图中的远程主机），所以网络调试助手发送数据时知道往哪里发送。

收到的数据是一个元组，第一个元素是内容，开头是“b”，表示是一个字节流，想得到收到的消息，应该：

print(redate[0].decode())#0是第一个元素，decode转换为字符串

又因为网络调试助手是GB2312编码，所以应该指定为GB2312解码：

print(redate[0].decode("gb2312"))

效果如下：

 ps：如果是字符串常量，在字符串前加”b”，效果跟加encode一样

s.sendto(b"hhhh",addr)

 内容可以是 ASCII范围内的字符和其它十六进制形式的字符数据，但不能是中文等非ASCII字符。

前面是网络端口先接受数据，这样网络端口发送数据时才能知道往哪里发，如果是网络端口直接发送，则编程时应该先绑定一个IP地址和端口号：

s.bind(("",8888))

IP会自动是本机IP，所以没必要指定。但发现网络调试助手不能主动跟别人发送数据，所以还是应该主动给网络调试助手发送一个数据，此时，得到发送数据的端口就是8888。

四、echo服务器

        echo服务器是非常有用的用于调试和检测的工具，协议的作用也很简单，就是接收到什么原样发回。

        新建一个python文件写入：

from socket import *#导入模块

udpSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udpSock.bind(("",8888))#绑定一个端口
while True:#使其不停的做收发
    recvData = udpSock.recvfrom(1024)#首先接收发送来的数据
    udpSock.sendto(recvData[0],recvData[1])#将数据发送回去
udpSock.close()

原程序为：

from socket import *#导入模块

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
s.bind(("",7777))
addr = ("113.54.204.147",8888)
s.sendto("hello,你好".encode(),addr)
redata = s.recvfrom(1024)
print(redata[0].decode())

都运行之后会发现发送什么，就会返还什么，程序的作用就是可以测试网络通不通。

五、聊天程序

一个文件写入：

from socket import *#导入模块

udpSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
udpSock.bind(("",8888))#绑定一个端口
addr = ("113.54.204.147",7777)
while True:
    recvData = udpSock.recvfrom(1024)
    print(recvData[0].decode())
    data = input("想说啥：")
    udpSock.sendto(data.encode(),addr)
udpSock.close()

另一个写入：

from socket import *#导入模块

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
s.bind(("",7777))
addr = ("113.54.204.147",8888)
while True:
    data = input("：")
    s.sendto(data.encode(),addr)
    recvData = s.recvfrom(1024)
    print(recvData[0].decode())
s.close()

因为都是python编写，用的是utf-8，所以不用再指定。

此时是一个半双工程序，就是说收发消息不能同时进行，因为执行接收时会阻塞，不能发送消息。

其实可以通过并发编程来实现，但是在多进程中不能使用input()。