Python UDP編程

1. UDP

UDP，用戶數據報傳輸協議，它位于TCP/IP協議的傳輸層，是一種無連接的協議，它發送的報文不能確定是否完整地到達了另外一端

  • TCP是建立可靠連接，并且通信雙方都可以以流的形式發送數據。相對TCP，UDP則是面向無連接的協議。
  • 使用UDP協議時，不需要建立連接，只需要知道對方的IP地址和端口號，就可以直接發數據包。但是，能不能到達就不知道了。
  • 雖然用UDP傳輸數據不可靠，但它的優點是和TCP比，速度快，對于不要求可靠到達的數據，就可以使用UDP協議。
  • 我們來看看如何通過UDP協議傳輸數據。和TCP類似，使用UDP的通信雙方也分為客戶端和服務器。服務器首先需要綁定端口

2. TCP/IP協議(族)

早期的計算機網絡，都是由各廠商自己規定一套協議，IBM、Apple和Microsoft都有各自的網絡協議，互不兼容
為了把全世界的所有不同類型的計算機都連接起來，就必須規定一套全球通用的協議，為了實現互聯網這個目標，互聯網協議簇（Internet Protocol Suite）就是通用協議標準。
因為互聯網協議包含了上百種協議標準，但是最重要的兩個協議是TCP和IP協議，所以，大家把互聯網的協議簡稱TCP/IP協議

3. 端口

根據IP找到這臺電腦，根據端口port找到進程。

  1. 端口號
    在linux系統中，端口可以有65536（2的16次方）個之多！
    既然有這么多，操作系統為了統一管理，所以進行了編號，這就是端口號
    端口是通過端口號來標記的，端口號只有整數，范圍是從0到65535
  2. 知名端口（Well Known Ports）
    知名端口是眾所周知的端口號，范圍從0到1023
80端口分配給HTTP服務
21端口分配給FTP服務

可以理解為，一些常用的功能使用的號碼是估計的，好比 電話號碼110、10086、10010一樣
一般情況下，如果一個程序需要使用知名端口的需要有root權限

  1. 動態端口（Dynamic Ports）
    動態端口的范圍是從1024到65535
    之所以稱為動態端口，是因為它一般不固定分配某種服務，而是動態分配。
    動態分配是指當一個系統進程或應用程序進程需要網絡通信時，它向主機申請一個端口，主機從可用的端口號中分配一個供它使用。
    當這個進程關閉時，同時也就釋放了所占用的端口號。
  2. 怎樣查看端口 ？
    用“netstat －an”查看端口狀態 本地地址后面的就是端口號
C:\Users\Administrator>netstat -an

活動連接

  協議  本地地址          外部地址        狀態
  TCP    0.0.0.0:135            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    0.0.0.0:443            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    0.0.0.0:445            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    0.0.0.0:902            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    0.0.0.0:912            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    0.0.0.0:1688           0.0.0.0:0              LISTENING
..............
..............

用“netstat －ano”查看端口狀態，還有pid

C:\Users\Administrator>netstat -ano

活動連接

  協議  本地地址          外部地址        狀態           PID
  TCP    0.0.0.0:135            0.0.0.0:0              LISTENING       904
  TCP    0.0.0.0:443            0.0.0.0:0              LISTENING       2268
  TCP    0.0.0.0:445            0.0.0.0:0              LISTENING       4
  TCP    0.0.0.0:902            0.0.0.0:0              LISTENING       2056
  TCP    0.0.0.0:912            0.0.0.0:0              LISTENING       2056
  TCP    0.0.0.0:1688           0.0.0.0:0              LISTENING       3648
  TCP    0.0.0.0:2425           0.0.0.0:0              LISTENING       3016

4. ip地址

  1. ip地址：用來在網絡中標記一臺電腦的一串數字，比如192.168.1.1；在本地局域網上是惟一的。
  2. ip地址的分類
    每一個IP地址包括兩部分：網絡地址和主機地址
  1. A類IP地址
    一個A類IP地址由1字節的網絡地址和3字節主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“0”，
    地址范圍1.0.0.1-126.255.255.254
    二進制表示為：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111110 11111111 11111111 11111110
    可用的A類網絡有126個，每個網絡能容納1677214個主機
  2. B類IP地址
    一個B類IP地址由2個字節的網絡地址和2個字節的主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“10”，
    地址范圍128.1.0.1-191.255.255.254
    二進制表示為：10000000 00000001 00000000 00000001 - 10111111 11111111 11111111 11111110
    可用的B類網絡有16384個，每個網絡能容納65534主機
  3. C類IP地址
    一個C類IP地址由3字節的網絡地址和1字節的主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“110”
    范圍192.0.1.1-223.255.255.254
    二進制表示為: 11000000 00000000 00000001 00000001 - 11011111 11111111 11111110 11111110
    C類網絡可達2097152個，每個網絡能容納254個主機
  4. D類地址用于多點廣播
    D類IP地址第一個字節以“1110”開始，它是一個專門保留的地址。
    它并不指向特定的網絡，目前這一類地址被用在多點廣播（Multicast）中
    多點廣播地址用來一次尋址一組計算機
    地址范圍224.0.0.1-239.255.255.254
  5. E類IP地址
    以“1111”開始，為將來使用保留
    E類地址保留，僅作實驗和開發用
  6. 私有ip
    在這么多網絡IP中，國際規定有一部分IP地址是用于我們的局域網使用，也就
    是屬于私網IP，不在公網中使用的，它們的范圍是：
10.0.0.0～10.255.255.255
172.16.0.0～172.31.255.255
192.168.0.0～192.168.255.255
  1. 注意
    IP地址127．0．0．1~127．255．255．255用于回路測試，
    如：127.0.0.1可以代表本機IP地址，用http://127.0.0.1 就可以測試本機中配置的Web服務器。

4. socket簡介

socket(簡稱 套接字) 是進程間通信的一種方式，它與其他進程間通信的一個主要不同是：
它能實現不同主機間的進程間通信，我們網絡上各種各樣的服務大多都是基于 Socket 來完成通信的
創建socket

socket.socket(AddressFamily, Type)

說明：
函數 socket.socket 創建一個 socket，返回該 socket 的描述符，該函數帶有兩個參數：
1 Address Family：可以選擇 AF_INET（用于 Internet 進程間通信） 或者 AF_UNIX（用于同一臺機器進程間通信）,實際工作中常用AF_INET
2 Type：套接字類型，可以是 SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于 TCP 協議）或者 SOCK_DGRAM（數據報套接字，主要用于 UDP 協議）

import socket

mdpSocket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

創建Socket時，SOCK_DGRAM指定了這個Socket的類型是UDP

5. udp網絡程序-發送數據

socket函數

mySocket = socket(family, type)

函數socket()的參數family用于設置網絡通信的域，函數socket()根據這個參數選擇通信協議的族。通信協議族在文件sys/socket.h中定義。


函數socket()的參數type用于設置套接字通信的類型，主要有SOCKET_STREAM（流式套接字）、SOCK——DGRAM（數據包套接字）等。
并不是所有的協議族都實現了這些協議類型，例如，AF_INET協議族就沒有實現SOCK_SEQPACKET協議類型。


做一個簡單的服務端,綁定一個端口

import socket

udpSocket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
bindAdress =('',10086)
udpSocket.bind(bindAdress)#綁定一個端口
while True:
    recvDate,recvAddr = udpSocket.recvfrom(1024)#如果沒有收到發往這個綁定端口的消息，會一直阻塞在這里
    recvMsg = '【Receive from %s : %s】：%s'%(recvAddr[0],recvAddr[1],recvDate.decode('gbk'))
    print(recvMsg)

發消息的客戶端

import socket

mySocket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
sendAddr=('192.168.11.67',10086)
msg = input('>>')
msg = msg.encode('gbk')
mySocket.sendto(msg,sendAddr)
mySocket.close()

發送123到10086端口

G:\tools\python3.5\python.exe E:/workspace/day26/01_socket.py
>>123

服務端收到消息

G:\tools\python3.5\python.exe E:/workspace/day26/08_服務端綁定端口.py
【Receive from 192.168.11.67 : 54658】：123

6. udp網絡通信過程

Paste_Image.png

7. 總結

  1. udp是TCP/IP協議族中的一種協議能夠完成不同機器上的程序間的數據通信
  2. udp服務器、客戶端
    udp的服務器和客戶端的區分：往往是通過請求服務和提供服務來進行區分
    1.請求服務的一方稱為：客戶端
    2.提供服務的一方稱為：服務器
  3. udp綁定問題
    一般情況下，服務器端，需要綁定端口，目的是為了讓其他的客戶端能夠正確發送到此進程
    客戶端，一般不需要綁定，而是讓操作系統隨機分配，這樣就不會因為需要綁定的端口被占用而導致程序無法運行的情況
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