36. UDP网络编程

一、什么是UDP协议

  相对于 TCP 协议，UDP 协议则是面向无连接的协议。使用 UDP 协议时，不必要建立连接，只必要知道对象的 IP 地址和端标语，就可以直接发数据包。但是，数据无法保证一定到达。固然用 UDP 传输数据不可靠，但它的优点是比 TCP 协议的速率快。对于不要求可靠到达的数据而言，就可以使用 UDP 协议。

   UDP 每次发送数据的时候，都必要写上汲取方的 IP 和 PORT；
  二、UDP网络编程

2.1、创建UDP服务器

  创建 UDP 服务器的伪代码如下：

1. import socket                       # 导入socket模块
3. ss =  socket.socket()               # 创建服务器套接字
4. ss.bind()                           # 套接字与地址绑定
6. while True:                         # 监听连接
7.    cs = ss.recvfrom()/ss.sendto()   # 对话（接收/发送）
9. ss.close()                          # 关闭服务器套接字

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  UDP 和 TCP 服务器之间的一个显著差别是，由于数据报套接字是无连接的，以是就没有为了通讯成功而使一个客户端连接到一个独立的套接字 “转换” 的操作。这些服务器仅仅汲取消息，并有可能回复数据。

1. from socket import socket
2. from socket import AF_INET, SOCK_DGRAM, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR
3. from time import ctime
5. HOST = "127.0.0.1"
6. PORT = 8080
7. ADDRESS = (HOST, PORT)
9. udp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)                        # 创建服务器套接字
10. udp_server.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)              # 解决端口占用问题
11. udp_server.bind(ADDRESS)                                        # 套接字与地址绑定
13. while True:                                                     # 通信循环
14.     recv_data, client_addr = udp_server.recvfrom(1024)          # 服务端接收消息，单次最大接收为1024个字节
15.     print(f"收到客户端【{client_addr}】数据：{recv_data.decode('utf-8')}")
16.     udp_server.sendto(f"【{ctime()}】 {recv_data.decode('utf-8')}".encode("utf-8"), client_addr)     # 服务端发送消息
18. udp_server.close()                                              # 关闭服务器套接字

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  对 socket() 的调用的差别之处仅仅在于，我们现在必要一个 数据报/UDP 套接字范例，但是 bind() 的调用方式与 TCP 服务器版本的相同。由于 UDP 是无连接的，以是这里没有调用 “监听传入的连接”。
2.2、创建UDP客户端

  创建 UDP 服务器的伪代码如下：

1. import socket                       # 导入socket模块
3. cs =  socket.socket()               # 创建客户端套接字
5. while True:                         # 通信循环
6.     cs.sendto()/cs.recvfrom()       # 对话（发送/接收）
8. cs.close()                          # 关闭客户端套接字

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  UDP 客户端循环工作方式几乎和 TCP 客户端一样。唯一的区别是，事先不必要建立与 UDP 服务器的连接，只是简单的发送一条消息并期待服务器的回复。

1. from socket import socket
2. from socket import AF_INET, SOCK_DGRAM
4. HOST = "127.0.0.1"
5. PORT = 8080
6. ADDRESS = (HOST, PORT)
8. udp_client = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)                            # 创建客户器套接字
10. while True:                                                         # 通信循环
11.     send_data = input("请输入要发送的数据: ").strip()
12.     udp_client.sendto(send_data.encode("utf-8"), ADDRESS)           # 客户端发送数据
14.     recv_data, server_addr = udp_client.recvfrom(1024)              # 客户端接收数据，单次最大接收为1024个字节
15.     print(f"收到服务端【{server_addr}】返回的数据：{recv_data.decode('utf-8')}")
17. udp_client.close()                                                  # 关闭客户端套接字

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2.3、实行UDP服务器和客户端

  如果先运行客户端，那么将无法进行任何连接，由于没有服务器期待接受请求。服务器可以视为一个被动同伴，由于必须首先建立本身，然后被动的期待连接。另一方面，客户端是一个主动的合作同伴，由于它主动发起一个连接。换句话说，首先启动服务器（在任何客户端试图连接之前）。
  在开发中，创建这种 “友爱的” 退出方式的一种方法就是，将服务器的 while 循环放在一个 try-except 语句中的 except 子句中，并监控 EOFError 或 KeyboardInterrupt 异常，这样你就可以在 except 或 finally 子句中关闭服务器的套接字。
三、UDP广播

  UDP 广播是一种网络通讯的方式，在广域网或局域网中，UDP 广播可以向多个目的主机发送数据包，使得网络中的全部装备都能汲取到广播消息。使用广播之后，socket 只必要发送一次 UDP 数据，就可以发送给本局域网中的任何一台电脑相同的数据。

1. import socket                       # 导入socket模块
3. ss =  socket.socket()               # 创建服务器套接字
4. ss.setsockopt()                     # 设置UDP套接字允许广播
5. ss.bind()                           # 套接字与地址绑定
7. while True:                         # 监听连接
8.    cs = ss.recvfrom()/ss.sendto()   # 对话（接收/发送）
10. ss.close()                          # 关闭服务器套接字

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1. from socket import socket
2. from socket import AF_INET, SOCK_DGRAM, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST
3. from time import ctime
5. HOST = "127.0.0.1"
6. PORT = 8080
7. ADDRESS = (HOST, PORT)
9. BROADCAST_HOST = "<broadcast>"                                              # <broadcast>会自动改为本局域网的广播ip
10. BROADCAST_PORT = 8086
11. BROADCAST_ADDRESS = (BROADCAST_HOST, BROADCAST_PORT)
13. udp_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)                                    # 创建服务器套接字
14. udp_server.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, 1)                          # 设置UDP允许广播
15. udp_server.bind(ADDRESS)                                                    # 套接字与地址绑定
17. while True:                                                                 # 通信循环
18.     content = input("请输入你要广播的内容：")
19.     udp_server.sendto(f"【{ctime()}】{content}".encode("utf-8"), BROADCAST_ADDRESS)  # 服务端发送广播内容
21.     data, client_addr = udp_server.recvfrom(1024)                           # 服务端接收消息，单次最大接收为1024个字节
22.     print(f"收到客户端【{client_addr}】返回的数据：{data.decode('utf-8')}")
24. udp_server.close()                                                          # 关闭服务器套接字

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四、UDP聊天室

1. from socket import socket
2. from socket import AF_INET, SOCK_DGRAM, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR
3. from time import ctime
4. from threading import Thread
5. from queue import Queue
7. HOST = "127.0.0.1"
8. PORT = 8080
9. ADDRESS = (HOST, PORT)
11. udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)                            # 创建服务器套接字
12. udp_socket.setsockopt(SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1)                  # 解决端口占用问题
13. udp_socket.bind(ADDRESS)                                            # 套接字与地址绑定
15. def send_msg(q):
16.     while True:
17.         dest_ip = input("请输入对方的IP地址：").strip()
18.         dest_port = int(input("请输入对方的PORT：").strip())
19.         while True:
20.             msg = input("请输入要发送的数据：").strip()
21.             if not msg:
22.                 break
23.             udp_socket.sendto(f"{msg}".encode("utf-8"), (dest_ip, dest_port))
24.             info = f"【{ctime()}】向【{(dest_ip, dest_port)}】发送数据：{msg}"
25.             q.put(info)
27. def recv_msg(q):
28.     while True:
29.         try:
30.             msg, dest_address = udp_socket.recvfrom(1024)           # 服务端接收消息，单次最大接收为1024个字节
31.             info = f"【{ctime()}】收到【{dest_address}】发送的数据：{msg.decode('utf-8')}"
32.             q.put(info)
33.             print(info)
34.         except:
35.             pass
37. def chat_history(q):
38.     while True:
39.         content = q.get()                                           # 从Queue中读取数据
40.         # 将数据写入到文件中
41.         with open("./chat.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
42.             f.write(content)
43.             f.write("\n")
45. if __name__ == "__main__":
46.     q = Queue()                                                     # 创建一个队列
48.     send_msg_thread = Thread(target=send_msg, args=(q,))            # 创建一个新的线程对象，用来发送数据
49.     recv_msg_thread = Thread(target=recv_msg, args=(q,))            # 创建一个新的线程对象，用来接受数据
50.     chat_history_thread = Thread(target=chat_history, args=(q,))    # 创建一个新的线程对象，用来保存聊天记录
52.     send_msg_thread.start()
53.     recv_msg_thread.start()
54.     chat_history_thread.start()
56.     send_msg_thread.join()
57.     recv_msg_thread.join()
58.     chat_history_thread.join()
60.     udp_socket.close()

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