网络通信 Python Socket UDP

前言

工作中遇到各种各样的网络通信。有MQTT和CoAP这样的物联网应用层协议，也有各种自定义的TCP或UDP协议。使用各种不同的计算机语言和框架开发网络通信，例如Java的Netty框架，C语言原始socket，Python Socket。各有各的使用场景，难易程度相差巨大。Netty上手困难，C语言编写复杂，Python Socket上手容易。
长久以来，UDP通信一直被误解为一种不可靠的通信手段，但是UDP简单使用，特别适合物联网终端。UDP没有三次握手和四次挥手，换个角度来说节约了网络流量，降低了设备的功耗。

示例简述

• 本例通过UDP Socket实现客户端和服务器
• 客户端主动发送一组数据至服务器，客户端收到服务器的响应后打印至控制台
• 服务器收到客户端的请求后，把请求内容原样返回值客户端
• 本例模拟，物联网终端设备与服务器通信，推荐使用bytes类型而不是string
• 开发环境 Windows PyCharm社区版 Python3.7

UDP客户端

udp-client.py

import socket
import binascii

# 指定服务器地址和端口号，务必根据实际情况修改
HOST = '127.0.0.1'
PORT = 50018
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
# 绑定本机50019端口
s.bind(('', 50019))

request = bytearray([0x31, 0x32, 0x33, 0x34])
s.sendto(request, (HOST, PORT))
response, server_address = s.recvfrom(1024)
print('received', binascii.hexlify(response), "from", server_address)

代码说明

• UDP客户端无需使用connect，但是UDP客户端也可以使用bind指定本机端口号
• 设置套接字类型为socket.SOCK_DGRAM，而TCP套接字类型为socket.SOCK_STREAM
• s.bind(('', 50019))绑定本地端口号为50019，绑定本地端口号后服务器将收到50019端口的请求，若不指定本机将会分配一个随机端口
• UDP套接字发送为sendto，接收为recvfrom

UDP服务器

udp-server.py

import socket
import binascii

HOST = ''
PORT = 50018

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind((HOST, PORT))

while True:
    request, client_address = s.recvfrom(1024)
    print('connected by', client_address,
          'received ', binascii.hexlify(request))
    if request:
        s.sendto(request, client_address)

代码说明

• HOST = '' "和s.bind((HOST, PORT))绑定本地主机所有IP地址
• HOST = '' "也可以写成0.0.0.0，同样为绑定本机所有IP地址
• 通过binascii.hexlify打印HEXSTRING

运行与测试

先启动UDP服务器，再启动UDP客户端。

服务器控制台可能输出

connected by ('127.0.0.1', 50019) received  b'31323334'
connected by ('192.168.3.18', 5009) received  b'31323334'

客户端控制台可能输出

received b'31323334' from ('127.0.0.1', 50018)

总结

• 相比于Java Netty框架编写UDP 客户端和服务器，Python实现一组UDP客户端和服务器真的是太容易了。

相关资料

• 本例代码仓库【 python-socket-demo】
• 物联网图书推荐 CoAP基础 徐凯《IoT开发实战: CoAP卷》 2017 机械工业出版社【 京东链接】
• 物联网图书推荐 CoAPs进阶 徐凯 崔红鹏《密码技术与物联网安全:mbedtls开发实战》2019 机械工业出版社 【京东链接】