Python中的网络编程之UDP

Python中的网络编程之UDP

一、Socket编程

1.什么是客户端/服务器架构？

服务器就是一系列硬件或软件，为一个或多个客户端（服务的用户）提供所需的“服务”。它存在唯一目的就是等待客户端的请求，并响应它们（提供服务），然后等待更多请求。说白了就是一个提供服务，一个请求服务得到相应的一个过程。

2.套接字：通信端点

套接字是计算机网络数据结构，它体现了上节中描述的“通信端点”的概念。在任何类型的通信开始之前，网络应用程序必须创建套接字。

可以将它们比作电话插孔，没有它将无法进行通信。

Python只支持AF_UNIX、AF_NETLINK、AF_TIPC 和 AF_INET ，重点使用基于网络的AF_INET.

3.套接字地址：主机-端口对

它是网络通信过程中端点的抽象表示，python使用元组保存:ADDR =(HOST,PORT)。

4.套接字类型

流式套接字(SOCK_STREAM):用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。

数据报套接字(SOCK_DGRAM):提供了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。

二、常见的套接字对象方法和属性

名 称	描 述
服务端	服务器套接字方法
s.bind(ADDR) 将地址	（主机名、端口号对）绑定到套接字上
s.listen([backlog])	设置并启动 TCP 监听器，如果指定backlog，则必须至少为0（如果低于0，则设置为0）；
s.accept()	被动接受 TCP 客户端连接，一直等待直到连接到达（阻塞）
客户端	客户端套接字方法
s.connect()	主动发起 TCP 服务器连接
s.connect_ex()	connect()的扩展版本，此时会以错误码的形式返回问题，而不是抛出一个异常
普通通用	普通的套接字方法
s.recv()	接收 TCP 消息
s.recv_into()	接收 TCP 消息到指定的缓冲区
s.send()	发送 TCP 消息
s.sendall()	完整地发送 TCP 消息
s.recvfrom()	接收 UDP 消息
s.recvfrom_into()	接收 UDP 消息到指定的缓冲区
s.sendto()	发送 UDP 消息
s.getpeername()	连接到套接字（TCP）的远程地址
s.getsockname()	当前套接字的地址
s.getsockopt()	返回给定套接字选项的值
s.setsockopt()	设置给定套接字选项的值
s.shutdown()	关闭连接
s.close()	关闭套接字
s.detach()	在未关闭文件描述符的情况下关闭套接字，返回文件描述符
s.ioctl()	控制套接字的模式（仅支持 Windows）
阻塞	面向阻塞的套接字方法
s.setblocking()	设置套接字的阻塞或非阻塞模式
s.settimeout()	设置阻塞套接字操作的超时时间
s.gettimeout()	获取阻塞套接字操作的超时时间
文件方法	面向文件的套接字方法
s.fileno()	套接字的文件描述符
s.makefile()	创建与套接字关联的文件对象
属性	数据属性
s.family	套接字家族
s.type	套接字类型
s.proto	套接字协议

三、创建套接字

函数 socket.socket 创建一个 socket，该函数带有两个参数：

• Address Family：可以选择 AF_INET（用于 Internet 进程间通信） 或者 AF_UNIX（用于同一台机器进程间通信）,实际工作中常用AF_INET
• Type：套接字类型，可以是 SOCK_STREAM（ 流式套接字，主要用于 TCP 协议）或者SOCK_DGRAM（数据报套接字， 主要用于 UDP 协议）

创建一个tcp socket（tcp套接字）：

import socket

# 创建tcp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# ...这里是使用套接字的功能（省略）...

# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

创建一个udp socket（udp套接字）：

import socket

# 创建udp的套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# ...这里是使用套接字的功能（省略）...

# 不用的时候，关闭套接字
s.close()

套接字使用流程 与 文件的使用流程很类似

• 创建套接字
• 使用套接字收/发数据
• 关闭套接字

四、UDP网络程序

创建一个基于udp的网络程序流程，具体步骤如下：

• 创建套接字
• 发送/接收数据
• 关闭套接字
  

代码–发送数据：

#coding=utf-8

from socket import *

# 1. 创建udp套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 准备接收方的地址
# '192.168.1.103'表示目的ip地址
# 8080表示目的端口
dest_addr = ('192.168.1.103', 8080)  # 注意 是元组，ip是字符串，端口是数字

# 3. 从键盘获取数据
send_data = input("请输入要发送的数据:")

# 4. 发送数据到指定的电脑上的指定程序中
udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)

# 5. 关闭套接字
udp_socket.close()

代码–发送接收数据：

#coding=utf-8

from socket import *

# 1. 创建udp套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 准备接收方的地址
dest_addr = ('192.168.236.129', 8080)

# 3. 从键盘获取数据
send_data = input("请输入要发送的数据:")

# 4. 发送数据到指定的电脑上
udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)

# 5. 等待接收对方发送的数据
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收的最大字节数

# 6. 显示对方发送的数据
# 接收到的数据recv_data是一个元组
# 第1个元素是对方发送的数据
# 第2个元素是对方的ip和端口
print(recv_data[0].decode('gbk'))
print(recv_data[1])

# 7. 关闭套接字
udp_socket.close()

五、UDP的绑定端口问题

一般情况下，在一台电脑上运行的网络程序有很多，为了不与其他的网络程序占用同一个端口号，往往在编程中，udp的端口号一般不绑定

但是如果需要做成一个服务器端的程序的话，是需要绑定的，想想看这又是为什么呢？

如果报警电话每天都在变，想必世界就会乱了，所以一般服务性的程序，往往需要一个固定的端口号，这就是所谓的端口绑定

#coding=utf-8

from socket import *

# 1. 创建套接字
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

# 2. 绑定本地的相关信息，如果一个网络程序不绑定，则系统会随机分配
local_addr = ('', 7788) #  ip地址和端口号，ip一般不用写，表示本机的任何一个ip
udp_socket.bind(local_addr)

# 3. 等待接收对方发送的数据
recv_data = udp_socket.recvfrom(1024) #  1024表示本次接收的最大字节数

# 4. 显示接收到的数据
print(recv_data[0].decode('gbk'))

# 5. 关闭套接字
udp_socket.close()

六、UDP聊天器

import socket


def send_msg(udp_socket):
    """获取键盘数据，并将其发送给对方"""
    # 1. 从键盘输入数据
    msg = input("\n请输入要发送的数据:")
    # 2. 输入对方的ip地址
    dest_ip = input("\n请输入对方的ip地址:")
    # 3. 输入对方的port
    dest_port = int(input("\n请输入对方的port:"))
    # 4. 发送数据
    udp_socket.sendto(msg.encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port))


def recv_msg(udp_socket):
    """接收数据并显示"""
    # 1. 接收数据
    recv_msg = udp_socket.recvfrom(1024)
    # 2. 解码
    recv_ip = recv_msg[1]
    recv_msg = recv_msg[0].decode("utf-8")
    # 3. 显示接收到的数据
    print(">>>%s:%s" % (str(recv_ip), recv_msg))


def main():
    # 1. 创建套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 2. 绑定本地信息
    udp_socket.bind(("", 7890))
    while True:
        # 3. 选择功能
        print("="*30)
        print("1:发送消息")
        print("2:接收消息")
        print("="*30)
        op_num = input("请输入要操作的功能序号:")

        # 4. 根据选择调用相应的函数
        if op_num == "1":
            send_msg(udp_socket)
        elif op_num == "2":
            recv_msg(udp_socket)
        else:
            print("输入有误，请重新输入...")

if __name__ == "__main__":
    main()

七、python3编码转换

str->bytes:encode编码
bytes->str:decode解码
字符串通过编码成为字节码，字节码通过解码成为字符串。

>>> text = '我是文本'
>>> text
'我是文本'
>>> print(text)
我是文本
>>> bytesText = text.encode()
>>> bytesText
b'\xe6\x88\x91\xe6\x98\xaf\xe6\x96\x87\xe6\x9c\xac'
>>> print(bytesText)
b'\xe6\x88\x91\xe6\x98\xaf\xe6\x96\x87\xe6\x9c\xac'
>>> type(text)
<class 'str'>
>>> type(bytesText)
<class 'bytes'>
>>> textDecode = bytesText.decode()
>>> textDecode
'我是文本'
>>> print(textDecode)
我是文本

其中decode()与encode()方法可以接受参数，其声明分别为:

bytes.decode(encoding="utf-8", errors="strict")
str.encode(encoding="utf-8", errors="strict")

其中的encoding是指在解码编码过程中使用的编码(此处指“编码方案”是名词)，errors是指错误的处理方案。

str.encode()
bytes.decode()