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UDP網絡應用程序開發

UDP初識

• UDP（User Datagram Protocol）是一種無連接的傳輸層協議，它不保證數據傳輸的可靠性和有序性，但具有傳輸速度快的優點。
• UDP協議可以用于音頻、視頻、游戲等實時應用場景，因為這些應用對數據傳輸的實時性要求較高，而對數據傳輸的可靠性和有序性要求較低。
• UDP通信的優點是速度快，適用于實時應用場景，但缺點是不可靠，容易丟失數據，因此在需要保證數據傳輸可靠性的場景下不適用。
  UDP通信的基本流程如下：

1. 發送端將要發送的數據打包成UDP數據包，包括目標IP地址、目標端口號、數據長度和數據內容等信息。

2. 發送端將UDP數據包發送給目標主機。

3. 接收端接收到UDP數據包后，將數據包中的信息解析出來，包括發送端IP地址、發送端端口號、數據長度和數據內容等信息。

4. 接收端根據發送端的IP地址和端口號，將數據傳輸到相應的應用程序中進行處理。

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UDP知識要點

1. UDP網絡通信本質不區分客戶端和服務端，在實際應用中，通常會將發送數據的一方稱為客戶端，將接收數據的一方稱為服務端。
   • 在實際應用中，客戶端通常是發送請求的一方，服務端通常是提供服務的一方。例如，在客戶端與服務端之間進行網絡游戲通信時，客戶端會向服務端發送游戲請求，服務端會接收請求并處理，然后再將處理結果發送回客戶端。在這種情況下，客戶端和服務端的角色是明確的。
2. UDP協議可以直接通過對方IP地址和端口號發送數據，而不需要像TCP協議那樣需要先建立連接。
   • 在UDP協議中，發送數據時需要指定目標主機的IP地址和端口號，數據直接發送到目標主機。接收數據時，可以通過綁定本地IP地址和端口號來指定接收數據的地址和端口號，然后等待數據的到來。當有數據到達時，就可以直接從數據包中獲取發送方的IP地址和端口號，從而實現直接通信。
3. 在UDP協議中，可以指定一個固定的端口用于發送和接收數據，也可以讓操作系統自動選擇一個空閑端口。
   • 在發送UDP數據時，可以指定源端口和目標端口。如果指定了源端口，那么每次發送數據時就會使用該端口。如果未指定源端口，操作系統會自動選擇一個空閑端口，然后發送數據。在接收UDP數據時，可以指定一個固定的端口來接收數據。如果未指定端口，操作系統會自動選擇一個空閑端口來接收數據。

socket類的使用

• 參看python之TCP的網絡應用程序開發的socket類的使用部分的內容
• 栗子

1. 創建UDP套接字對象：

   import socket# 創建UDP套接字對象
   udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
   

2. 綁定本地IP地址和端口號：

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

3. 發送UDP數據：

   # 發送UDP數據
   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數據：

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

5. 關閉UDP套接字對象：

   # 關閉UDP套接字對象
   udp_socket.close()
   

UDP發送數據開發流程分析

• 服務端：
  1. 創建UDP套接字對象
  2. 綁定本地IP地址和端口號
  3. 接收UDP數據
  4. 發送UDP數據
  5. 關閉UDP套接字對象
• 客戶端：
  1. 創建UDP套接字對象
  2. 發送UDP數據
  3. 接收UDP數據
  4. 關閉UDP套接字對象

UDP服務客戶端通信栗子

• UDP服務端

import socketif __name__ == '__main__':# 創建UDP套接字對象udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 設置為非阻塞模式udp_socket.setblocking(False)# 綁定本地IP地址和端口號local_addr = ('127.0.0.1', 8888)udp_socket.bind(local_addr)while True:try:# 接收UDP數據recv_data, remote_addr = udp_socket.recvfrom(1024)print('Received from %s:%s' % remote_addr)print(recv_data.decode('utf-8'))# 發送UDP數據send_data = 'Hello, UDP客戶端!'udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), remote_addr)except BlockingIOError:pass# 發送UDP數據send_data = 'Hello, UDP客戶端!'udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), remote_addr)# 關閉UDP套接字對象udp_socket.close()

• UDP客戶端

import socket
if __name__ == '__main__':# 創建UDP套接字對象udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 設置為非阻塞模式udp_socket.setblocking(False)# 發送UDP數據dest_addr = ('127.0.0.1', 8888)send_data = 'Hello, UDP服務端!'udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)# 接收UDP數據while True:try:recv_data, remote_addr = udp_socket.recvfrom(1024)print('Received from %s:%s' % remote_addr)print(recv_data.decode('utf-8'))breakexcept BlockingIOError:pass# 關閉UDP套接字對象udp_socket.close()

UDP廣播發送

• 廣播地址(Broadcast Address)是專門用于同時向網絡中所有工作站進行發送的一個地址

• 廣播地址是一個特殊的IP地址，用于向一個網絡中的所有設備發送數據。在IPv4中，廣播地址是由主機地址全為1和網絡地址組成的地址。例如，如果你的網絡地址是192.168.1.0，那么廣播地址就是192.168.1.255。

import socketif __name__ == '__main__':# 創建UDP套接字對象 將UDP套接字對象設置為廣播模式udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)# 設置廣播選項 socket.SO_BROADCAST廣播udp_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)# 廣播地址dest_addr = ('192.168.1.255', 8888)# 發送UDP數據send_data = 'Hello, UDP broadcast!'udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), dest_addr)# 關閉UDP套接字對象udp_socket.close()