45网络编程_UDP

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UDP编程：

>netstat -anp tcp | find "9998"   #win下

#echo "123abc" | nc -u 127.0.0.1 9998

应用：

无连接协议，基于如下假设：网络足够好、消息不会丢包、包不会乱序；

1、音频、视频传输，一般丢些包，问题不大，最多丢些图像、听不清说话，再次说话即可；

2、海量采集数据，如传感器发来的数据，丢几十、几百条数据也没关系；

3、DNS协议，数据内容小，一个包就能查询到结果，不存在乱序、丢包，重新请求解析；

注：

即使在LAN，也不能保证不丢包，且包的到达不一定有序；

一般来说，UDP性能优于TCP，但可靠性要求高的场合还是选择用TCP；

QUIC，quick udp internet connection，google，是谷歌制定的一种基于UDP的低时延的互联网传输层协议。在2016年11月国际互联网工程任务组(IETF)召开了第一次QUIC工作组会议，受到了业界的广泛关注。这也意味着QUIC开始了它的标准化过程，成为新一代传输层协议；

UDP服务端编程步骤：

创建socket对象，sock=socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM);

绑定ip和port，bind()方法；

传输数据：

         recvfrom(bufsize[,flags])，接收数据，获取一个二元组(string,address)；

         sendto(string,address)，发送数据，发送某信息给某地址；

释放资源；

例：

import socket

sock = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

addr = ('127.0.0.1', 9998)

sock.bind(addr)

data, clientaddr = sock.recvfrom(1024)

print(clientaddr)

msg = 'ack: {}'.format(data.decode())

sock.sendto(msg.encode(), clientaddr)

输出：

('127.0.0.1', 9999)

例，ChatServerUdp：

ver1：

class ChatServerUdp:

    def __init__(self, ip='127.0.0.1', port=9998):

        self.sock = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

        self.addr = (ip, port)

        self.event = threading.Event()

        self.clients = set()   #集合，去重，client主动退出后要清此数据结构

    def start(self):

        self.sock.bind(self.addr)

        threading.Thread(target=self._recv, name='recv').start()

    def stop(self):

        for c in self.clients:   #业务中udp的server关闭时不会通知client

            self.sock.sendto(b'end', c)

        self.sock.close()   #udp的socket关闭很快，不会有很多垃圾

        self.event.set()

    def _recv(self):   #_recv中使用多线程场景，在一对多情况下，server发送消息和接收消息出现不匹配时，用另一线程单独处理发送数据，否则接收和发送是同步，只有等发送完才能继续再次接收

        while not self.event.is_set():

            data, client = self.sock.recvfrom(1024)

            data = data.strip().decode()

            if data == 'quit':

                self.clients.remove(client)

                continue   #关键，接收下个client的消息

            self.clients.add(client)

            print(self.clients)

            msg = 'ack: {}'.format(data)

            for c in self.clients:

                self.sock.sendto(msg.encode(), c)

if __name__ == '__main__':

    cs = ChatServerUdp()

    cs.start()

    myutils.show_threads()

例：

ver2：

增加ack和heartbeat机制；

心跳即一端定时发往另一端信息，一般每次发的数据越少越好，心跳时间间隔约定好就行，ack响应，一端收到另一端的消息后返回的信息；

心跳包设计：

c主动，一般由client发hb-->server，server并不需要发ack-->client，只需要记录client还活着就行；

s主动，server发hb扫一遍client，一般需要client发ack响应来表示活着，server没收到ack就断开与client连接，server移除其信息，这种实现较为复杂，用的少；

c-s双向，用的更少；

class ChatServerUdp:

    def __init__(self, ip='127.0.0.1', port=9998, interval=10):

        self.sock = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

        self.addr = (ip, port)

        self.event = threading.Event()

        self.clients = {}

        self.interval = interval

    def start(self):

        self.sock.bind(self.addr)

        threading.Thread(target=self._recv, name='recv').start()

    def stop(self):

        for c in self.clients:

            self.sock.sendto(b'end', c)

        self.sock.close()

        self.event.set()

    def _recv(self):

        while not self.event.is_set():

            lostset = set()

            data, client = self.sock.recvfrom(1024)

            data = data.strip().decode()

            current = datetime.datetime.now().timestamp()

            if data == '^hb^' or data == 'reg':

                print('hb')

                self.clients[client] = current

                continue

            elif data == 'quit':

                self.clients.pop(client, None)

                logging.info('{} leaving'.format(client))

                continue

            self.clients[client] = current

            print(self.clients)

            msg = 'ack: {} {}\n{}\n'.format(*client, data)

            logging.info(msg)

            for c, stamp in self.clients.items():

                if current - stamp > self.interval:

                    lostset.add(c)

                else:

                    self.sock.sendto(msg.encode(), c)

            for c in lostset:

                self.clients.pop(c)

if __name__ == '__main__':

    cs = ChatServerUdp()

    cs.start()

    myutils.show_threads()

UDP客户端编程步骤：

创建socket对象，socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)；

发送数据：sendto(string,address)，发送某信息给某地址；

释放资源；

udp客户端编程中，只能在sendto()后，才能recvfrom()，否则OSError；

例：

sock = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

addr = ('127.0.0.1', 9998)

data = 'test_data'.encode()

sock.sendto(data, addr)   #方式1，使用sendto()和recvfrom()，建议用此种方式

data, saddr = sock.recvfrom(1024)   #也可用recv()，只不过不知道谁发的消息了

print(data, saddr)

sock.close()

# sock.connect(addr)   #方式2，用connect()连接后才能用send()或sendto()，没有connect()连接只能用sendto()；此方式可能会有问题，client-->server正常，server-->client，server上连client的端口不对了

# sock.send(data)

# data, saddr = sock.recvfrom(1024)

# print(data, saddr)

# sock.close()

例：

addr = ('127.0.0.1', 9998)

event = threading.Event()

def recv1(sock:socket.socket, event:threading.Event):

    while not event.is_set():

        data, saddr = sock.recvfrom(1024)

        logging.info('recv: {} ; from: {}'.format(data, saddr))

sock1 = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

sock1.sendto('udp client1 send'.encode(), addr)

threading.Thread(target=recv1, args=(sock1, event)).start()   #recvfrom()必须在sendto()或connect()之后，否则OSError，即recvfrom()操作之前应该先sendto()或connect()；如果用connect()，则远端必须有服务

def recv2(sock:socket.socket, event:threading.Event):

    while not event.is_set():

        data, saddr2 = sock.recvfrom(1024)

        logging.info('recv: {} ; from: {}'.format(data, saddr2))

sock2 = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

sock2.connect(addr)

threading.Thread(target=recv2, args=(sock2, event)).start()

threading.Event().wait(5)

sock2.sendto('udp client2 send'.encode(), addr)

event.wait(2)

sock2.send('udp client2.1 send'.encode())

while True:

    if input('>>> ').strip() == 'quit':

        sock1.close()

        sock2.close()

        event.wait(3)

        break

logging.info('end')

例，ChatClientUdp：

注：此代码有问题，在发送hb后一直阻塞

class ChatClientUdp:

    def __init__(self, ip='127.0.0.1', port=9998, interval=5):

        self.sock = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)

        self.addr = (ip, port)

        self.event = threading.Event()

        self.interval = interval

        self.sock.connect(self.addr)

        self._sendhb()

    def start(self):

        # self.sock.send(b'reg')

        threading.Thread(target=self._sendhb, name='hb', daemon=True).start()

        # threading.Thread(target=self._recv, name='recv').start()

        # self._recv()

    def stop(self):

        self.send()

        self.sock.close()

        self.event.wait(2)

        self.event.set()

    def _sendhb(self):

        while not self.event.wait(5):

            self.sock.sendto(b'^hb^', self.addr)

    def send(self, msg:str='quit'):

        self.sock.sendto(msg.encode(), self.addr)

    def _recv(self):

        while not self.event.is_set():

            data, addr = self.sock.recvfrom(1024)

            logging.info('recv {} from {}'.format(data, addr))

cc = ChatClientUdp()

cc.start()

while True:

    data = input('plz input string>>> ')

    if data == 'quit':

        cc.stop()

        break

    else:

        cc.send(data)

logging.info('end')