python之UDP网络应用程序开发

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UDP网络应用程序开发

UDP初识

• UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，它不保证数据传输的可靠性和有序性，但具有传输速度快的优点。
• UDP协议可以用于音频、视频、游戏等实时应用场景，因为这些应用对数据传输的实时性要求较高，而对数据传输的可靠性和有序性要求较低。
• UDP通信的优点是速度快，适用于实时应用场景，但缺点是不可靠，容易丢失数据，因此在需要保证数据传输可靠性的场景下不适用。
  UDP通信的基本流程如下：

1. 发送端将要发送的数据打包成UDP数据包，包括目标IP地址、目标端口号、数据长度和数据内容等信息。

2. 发送端将UDP数据包发送给目标主机。

3. 接收端接收到UDP数据包后，将数据包中的信息解析出来，包括发送端IP地址、发送端端口号、数据长度和数据内容等信息。

4. 接收端根据发送端的IP地址和端口号，将数据传输到相应的应用程序中进行处理。

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UDP知识要点

1. UDP网络通信本质不区分客户端和服务端，在实际应用中，通常会将发送数据的一方称为客户端，将接收数据的一方称为服务端。
   • 在实际应用中，客户端通常是发送请求的一方，服务端通常是提供服务的一方。例如，在客户端与服务端之间进行网络游戏通信时，客户端会向服务端发送游戏请求，服务端会接收请求并处理，然后再将处理结果发送回客户端。在这种情况下，客户端和服务端的角色是明确的。
2. UDP协议可以直接通过对方IP地址和端口号发送数据，而不需要像TCP协议那样需要先建立连接。
   • 在UDP协议中，发送数据时需要指定目标主机的IP地址和端口号，数据直接发送到目标主机。接收数据时，可以通过绑定本地IP地址和端口号来指定接收数据的地址和端口号，然后等待数据的到来。当有数据到达时，就可以直接从数据包中获取发送方的IP地址和端口号，从而实现直接通信。
3. 在UDP协议中，可以指定一个固定的端口用于发送和接收数据，也可以让操作系统自动选择一个空闲端口。
   • 在发送UDP数据时，可以指定源端口和目标端口。如果指定了源端口，那么每次发送数据时就会使用该端口。如果未指定源端口，操作系统会自动选择一个空闲端口，然后发送数据。在接收UDP数据时，可以指定一个固定的端口来接收数据。如果未指定端口，操作系统会自动选择一个空闲端口来接收数据。

socket类的使用

• 参看python之TCP的网络应用程序开发的socket类的使用部分的内容
• 栗子

1. 创建UDP套接字对象：

   import socket
   
   # 创建UDP套接字对象
   udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
   

2. 绑定本地IP地址和端口号：

   # 绑定本地IP地址和端口号
   local_addr = ('127.0.0.1', 8888)
   udp_socket.bind(local_addr)
   

3. 发送UDP数据：

   # 发送UDP数据
   dest_addr = ('127.0.0.1', 9999)
   send_data = 'Hello, UDP!'
   udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)
   

4. 接收UDP数据：

   # 接收UDP数据
   recv_data, remote_addr = udp_socket.recvfrom(1024)
   print('Received from %s:%s' % remote_addr)
   print(recv_data.decode('utf-8'))
   

5. 关闭UDP套接字对象：

   # 关闭UDP套接字对象
   udp_socket.close()
   

UDP发送数据开发流程分析

• 服务端：
  1. 创建UDP套接字对象
  2. 绑定本地IP地址和端口号
  3. 接收UDP数据
  4. 发送UDP数据
  5. 关闭UDP套接字对象
• 客户端：
  1. 创建UDP套接字对象
  2. 发送UDP数据
  3. 接收UDP数据
  4. 关闭UDP套接字对象

UDP服务客户端通信栗子

• UDP服务端

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 创建UDP套接字对象
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 设置为非阻塞模式
    udp_socket.setblocking(False)

    # 绑定本地IP地址和端口号
    local_addr = ('127.0.0.1', 8888)
    udp_socket.bind(local_addr)

    while True:
        try:
            # 接收UDP数据
            recv_data, remote_addr = udp_socket.recvfrom(1024)
            print('Received from %s:%s' % remote_addr)
            print(recv_data.decode('utf-8'))

            # 发送UDP数据
            send_data = 'Hello, UDP客户端!'
            udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), remote_addr)
        except BlockingIOError:
            pass
    # 发送UDP数据
    send_data = 'Hello, UDP客户端!'
    udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), remote_addr)

    # 关闭UDP套接字对象
    udp_socket.close()

• UDP客户端

import socket
if __name__ == '__main__':
    # 创建UDP套接字对象
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 设置为非阻塞模式
    udp_socket.setblocking(False)

    # 发送UDP数据
    dest_addr = ('127.0.0.1', 8888)
    send_data = 'Hello, UDP服务端!'
    udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)

    # 接收UDP数据
    while True:
        try:
            recv_data, remote_addr = udp_socket.recvfrom(1024)
            print('Received from %s:%s' % remote_addr)
            print(recv_data.decode('utf-8'))
            break
        except BlockingIOError:
            pass

    # 关闭UDP套接字对象
    udp_socket.close()

UDP广播发送

• 广播地址(Broadcast Address)是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址

• 广播地址是一个特殊的IP地址，用于向一个网络中的所有设备发送数据。在IPv4中，广播地址是由主机地址全为1和网络地址组成的地址。例如，如果你的网络地址是192.168.1.0，那么广播地址就是192.168.1.255。

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 创建UDP套接字对象 将UDP套接字对象设置为广播模式
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 设置广播选项 socket.SO_BROADCAST广播
    udp_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)

    # 广播地址
    dest_addr = ('192.168.1.255', 8888)

    # 发送UDP数据
    send_data = 'Hello, UDP broadcast!'
    udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)

    # 关闭UDP套接字对象
    udp_socket.close()