UDP网络通信（发送端+接收端）实例 —— Python

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简介
在网络通信编程中，用的最多的就是UDP和TCP通信了，原理这里就不分析了，网上介绍也很多，这里简单列举一下各自的优缺点和使用场景

通信方式	优点	缺点	适用场景
UDP	及时性好，快速	视网络情况，存在丢包	与嵌入式设备通信，实时控制 场景
TCP	丢包会自动重发，理论上不用担心丢包问题	延时相对大一些	通信可靠性场景，比如IoT设备 控制，状态同步

一、socket
我们要进行网络通信，那么就要用到socket，socket即网络套接字，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。
在 Python 中，使用socket 模块的函数 socket 就可以创建一个socket对象，socket()函数的参数分别有family, type, proto。

1.其中family参数是指协议域，又称为协议族（family），常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、...等等，AF_INET指ipv4，AF_INET6即为ipv6；
2.然后是type，type指定socket类型，有SOCK_STREAM（流式套接字，主要用于 TCP 协议）和SOCK_DGRAM（数据报套接字，主要用于 UDP 协议）等等；
3.proto就是指定的协议，常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议，但是type和proto不可以随意组合，当proto参数为0或者不填时，会自动选择type类型对应的默认协议。

二、UDP发送数据
首先我们要导入socket包

import socket

创建一个udp套接字，ipv4协议，使用SOCK_DGRAM参数，不填proto，就会默认自动选择udp协议；

# 1、创建一个UDP套接字
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

然后我们把要接收数据的那一端的ip地址和端口号放在一个元组里准备好

​​​# 2. 准备接收方的地址和端口，'127.0.0.1:9999'表示目的ip地址，9999表示目的端口号
udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)  # 注意这是一个元组，其中ip地址是字符串，端口号是数字​

  准备好后就可以使用sendto函数进行发送了，要注意，需要对字符串进行编码才可以发送

# 3. 发送数据到指定的ip和端口
udp_socket.sendto("Hello,I am a UDP socket.".encode('utf-8'), dest_addr)

发送完就可以关闭套接字了

# 4. 关闭套接字
udp_socket.close()

例程一：UDP server端，UDP数据接收

​
​
#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
udp通信例程：udp server端，修改udp_addr元组里面的ip地址，即可实现与目标机器的通信，
此处以单机通信示例，ip为127.0.0.1，实际多机通信，此处应设置为目标客户端ip地址
"""

from time import sleep
import socket


def main():
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 绑定端口
    udp_socket.bind(udp_addr)

    # 等待接收对方发送的数据
    while True:
        recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收的最大字节数
        # 打印接收到的数据
        print("[From %s:%d]:%s" % (recv_data[1][0], recv_data[1][1], recv_data[0].decode("utf-8")))

if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    print("udp server ")
    main()

​

​

 代码解析 

1.socket函数中第二个参数就是通信类型，此处SOCK_DGRAM 就是指定使用UDP通信
2.服务端需要使用bind函数绑定端口，客户端不需要，因为客户端发送的时候已经带了端口参数

例程二：UDP client端，UDP数据发送

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
udp通信例程：udp client端，修改udp_addr元组里面的ip地址，即可实现与目标机器的通信，
此处以单机通信示例，ip为127.0.0.1，实际多机通信，此处应设置为目标服务端ip地址
"""

from time import sleep
import socket

def main():
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 发送数据到指定的ip和端口,每隔1s发送一次，发送10次
    for i in range(10):
        udp_socket.sendto(("Hello,I am a UDP socket for: " + str(i)) .encode('utf-8'), udp_addr)
        print("send %d message" % i)
        sleep(1)

    # 5. 关闭套接字
    udp_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    print("udp client ")
    main()

例程三：多线程实现UDP数据收发

#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
python多线程通信
"""

from time import sleep
import socket
import threading

# 定义全局变量
t1_count = 0
t2_count = 0


def udp_received_hundle(s):
    global t1_count
    print("this is thread 1 running")
    while True:
        t1_count += 1
        print("thread 1 第 %s 次运行" % t1_count)
        recv_data = s.recvfrom(1024)  # 1024表示本次接收的最大字节数
        # 打印接收到的数据
        print("[From %s:%d]:%s" % (recv_data[1][0], recv_data[1][1], recv_data[0].decode("utf-8")))


def udp_send_hundle(s):
    global t2_count
    print("this is thread 2 running")
    while True:
        t2_count += 1
        print("")
        print("thread 2 第 %s 次运行" % t2_count)
        s.sendto(("Hello,I am a UDP socket for: " + str(t2_count)).encode('utf-8'), udp_addr)
        print("send %d message" % t2_count)
        print("")
        sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    print("当前版本： ", __version__)
    # 初始化
    # udp 通信地址，IP+端口号
    udp_addr = ('127.0.0.1', 9999)
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    # 绑定端口:
    udp_socket.bind(udp_addr)

    # 定义线程
    thread_list = []
    t1 = threading.Thread(target=udp_received_hundle, args=(udp_socket, ))
    thread_list.append(t1)
    t2 = threading.Thread(target=udp_send_hundle, args=(udp_socket, ))
    thread_list.append(t2)

    for t in thread_list:
        t.setDaemon(True)
        t.start()
    for t in thread_list:
        t.join()

    print("exit all task.")
    print('all process end.')

代码解析
这里用到了多线程，虽然python中的多线程是假的多线程，实际上是一个线程分时复用，这里我们不深究，如果平常用到也就几个小任务跑一跑，抄我这个作业就ok。
多线程实际上是从t.join()后才开始正式运行的，这里一定要注意，不能漏了这个函数。
udp的收发与上面的例程几乎是一样的。
代码运行效果如下

当前版本：  1.0.0
this is thread 1 running
thread 1 第 1 次运行
this is thread 2 running

thread 2 第 1 次运行
send 1 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 1
thread 1 第 2 次运行

thread 2 第 2 次运行
send 2 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 2
thread 1 第 3 次运行

thread 2 第 3 次运行
send 3 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 3
thread 1 第 4 次运行

thread 2 第 4 次运行
send 4 message

[From 127.0.0.1:9999]:Hello,I am a UDP socket for: 4
thread 1 第 5 次运行

thread 2 第 5 次运行
send 5 message

 使用网络调试助手，测试程序
注意，如果不是在本机windows系统上运行python程序，在Ubuntu虚拟机或者其他局域网内的机器上运行，要把windows的防火墙关了！！！
然后我们让其每隔一秒发送一次，发送10次，发送成功

完整代码：

​#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# Author: William

import socket,time

def main():
    # 1、创建一个UDP套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 2. 准备接收方的地址和端口，'192.168.0.107'表示目的ip地址，8080表示目的端口号
    dest_addr = ('192.168.8.226', 12341)  # 注意这是一个元组，其中ip地址是字符串，端口号是数字

    # 3. 发送数据到指定的ip和端口
    for i in range(10):
        udp_socket.sendto("Hello,I am a UDP socket.".encode('utf-8'), dest_addr)
        time.sleep(1)

    # 4. 关闭套接字
    udp_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

​

三、UDP接收数据
在之前发送数据的时候，我们可以看到，其端口号是一直在变得，那么我们要接收数据，就需要知道其端口号是什么，所以我们要先固定一个端口号，使用bind函数

# 2. 绑定本地的相关信息，如果不绑定，则系统会随机分配一个端口号
local_addr = ('', 12344)  # 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)

接收数据使用recvfrom函数，其参数为接收的最大数据长度

# 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

接收完后将其打印出来：

# 4、打印接收到的数据
print(recv_data)

运行，通过网络调试助手发送数据

 可以看到，打印出来的信息是一个元组，第一项接收到的字符串，第二项也是一个元组，包含对方的IP地址和端口号
完整代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# Author: William

import socket,time

def main():
    # 1、创建一个UDP套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 2. 绑定本地的相关信息，如果不绑定，则系统会随机分配一个端口号
    local_addr = ('', 12344)  # 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、打印接收到的数据
    print(recv_data)

    # 5. 关闭套接字
    udp_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

四、UDP收发数据
实现这样一个功能，通过UDP发送10次消息，然后等待接收，将接收的数据及其来源打印出来：

完成代码：

​
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# Author: William

import socket,time

def main():
    # 1、创建一个UDP套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 2. 绑定本地的相关信息，如果不绑定，则系统会随机分配一个端口号
    udp_socket.bind(('', 12344))

    # 3. 发送数据到指定的ip和端口,每隔1s发送一次，发送10次
    for i in range(10):
        udp_socket.sendto("Hello,I am a UDP socket.".encode('utf-8'), ('192.168.8.226', 12341))
        time.sleep(1)

    # 4. 等待接收对方发送的数据
    while(True):
        recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
        # 打印接收到的数据
        print("[From %s:%d]:%s"%(recv_data[1][0],recv_data[1][1],recv_data[0].decode("utf-8")))

    # 5. 关闭套接字
    udp_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    main()

​

五、同时收发数据
现在实现这样一个功能，即运行程序，然后在控制台输入字符串发送出去，同时，还可以接收数据，我使用多线程来实现这个程序，不过要实现方便接收，我们在程序的开始，将IP地址和端口号打印出来，实现效果如下：

实现代码：

​
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
# Author: William

import socket,time,threading

def recv_thread(socket):
    # 等待接收对方发送的数据
    while(True):
        try:
            recv_data = socket.recvfrom(1024)
            # 打印接收到的数据
            print("[From %s:%d]:%s"%(recv_data[1][0],recv_data[1][1],recv_data[0].decode("utf-8")))
        except Exception:
            break

def main():
    # 1、创建一个UDP套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 2、绑定本地的相关信息，如果不绑定，则系统会随机分配一个端口号
    udp_socket.bind(('', 12344))

    # 3、打印本机ip地址和端口号
    print("local ipaddr and port->",socket.gethostbyname(socket.gethostname())+":12344")

    # 4、创建一个线程，用来接收数据
    t = threading.Thread(target=recv_thread, args=(udp_socket,))
    t.start()

    # 5、等待输入数据,然后发送出去，直到输入的数据为'quit'
    while(True):
        print("please input a string.input 'quit' to quit.")
        send_data = input()
        if send_data == "quit":
            break
        else:
            udp_socket.sendto(send_data.encode('utf-8'), ("192.168.8.226",12341))

    # 6、关闭套接字
    udp_socket.close()

def main1():
    # 1、创建一个UDP套接字
    udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

    # 2. 准备接收方的地址和端口，'192.168.0.107'表示目的ip地址，8080表示目的端口号
    dest_addr = ('192.168.8.226', 12341)  # 注意这是一个元组，其中ip地址是字符串，端口号是数字

    # 3. 发送数据到指定的ip和端口
    for i in range(1):
        udp_socket.sendto("Hello,I am a UDP socket.".encode('utf-8'), dest_addr)
        time.sleep(1)

    # 4. 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

    # 5、打印接收到的数据
    print(recv_data)
    # 4. 关闭套接字
    udp_socket.close()

if __name__ == '__main__':
    main()


​

结语
这里只是UDP的简单使用，给大家一个示例参考，在实际应用过程中，涉及到复杂数据通信，还需要使用通信协议，协议收发，解包等函数，另外数据缓存也很关键，尤其是大数据量的情况下，通常会用到队列相关知识，这一部分就留给大家自行研究吧，如果这篇文章对你有用，不妨点赞关注，你的支持是我最大的动力。

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