标签：格式 模式 tcp ocs The 脚本 资源 单点 hello
在上一篇文章「Python 绝技 —— TCP 服务器与客户端」中，介绍了传输层的核心协议 TCP ，并运用 Python 脚本的 socket 模块演示了 TCP 服务器与客户端的通信过程。
本篇将按照同样的套路，先介绍传输层的另一个核心协议 UDP，再比较 TCP 与 UDP 的特点，最后借助 Python 脚本演示 UDP 服务器与客户端的通信过程。
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接、不可靠、基于数据报的传输层通信协议。
为了更直观地比较 TCP 与 UDP 的异同，笔者将其整理成以下表格：
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| 连接模式 | 面向连接（单点通信） | 无连接（多点通信） |
| 传输可靠性 | 可靠 | 不可靠 |
| 通信模式 | 基于字节流 | 基于数据报 |
| 报头结构 | 复杂（至少20字节） | 简单（8字节） |
| 传输速度 | 慢 | 快 |
| 资源需求 | 多 | 少 |
| 到达顺序 | 保证 | 不保证 |
| 流量控制 | 有 | 无 |
| 拥塞控制 | 有 | 无 |
| 应用场合 | 大量数据传输 | 少量数据传输 |
| 支持的应用层协议 | Telnet、FTP、SMTP、HTTP | DNS、DHCP、TFTP、SNMP |
Network Socket（网络套接字）是计算机网络中进程间通信的数据流端点，广义上也代表操作系统提供的一种进程间通信机制。
进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）的根本前提是能够唯一标示每个进程。在本地主机的进程间通信中，可以用 PID（进程 ID）唯一标示每个进程，但 PID 只在本地唯一，在网络中不同主机的 PID 则可能发生冲突，因此采用「IP 地址 + 传输层协议 + 端口号」的方式唯一标示网络中的一个进程。
小贴士：网络层的 IP 地址可以唯一标示主机，传输层的 TCP/UDP 协议和端口号可以唯一标示该主机的一个进程。注意，同一主机中 TCP 协议与 UDP 协议的可以使用相同的端口号。
所有支持网络通信的编程语言都各自提供了一套 socket API，下面以 Python 3 为例，讲解服务器与客户端建立 UDP 通信连接的交互过程：
可见，UDP 的通信过程比 TCP 简单许多，服务器少了监听与接受连接的过程，而客户端也少了请求连接的过程。客户端只需要知道服务器的地址，直接向其发送数据即可，而服务器也敞开大门，接收任何发往自家地址的数据。
小贴士：由于 UDP 采用无连接模式，可知 UDP 服务器在接收到客户端发来的数据之前，是不知道客户端的地址的，因此必须是客户端先发送数据，服务器后响应数据。而 TCP 则不同，TCP 服务器接受了客户端的连接后，既可以先向客户端发送数据，也可以等待客户端发送数据后再响应。
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(("127.0.0.1", 6000))
print("UDP bound on port 6000...")
while True:
data, addr = s.recvfrom(1024)
print("Receive from %s:%s" % addr)
if data == b"exit":
s.sendto(b"Good bye!\n", addr)
continue
s.sendto(b"Hello %s!\n" % data, addr)b"exit"，则向地址为 addr 的客户端发送结束响应信息 b"Good bye!\n"。发送完毕后，继续等待其他 UDP 客户端发来数据。b"exit"，则向地址为 addr 的客户端发送问候响应信息 b"Hello %s!\n"，其中 %s是客户端发来的 bytes 对象。发送完毕后，继续等待任意 UDP 客户端发来数据。与 TCP 服务器相比，UDP 服务器不必使用多线程，因为它无需为每个通信过程创建独立连接，而是采用「即收即发」的模式，又一次体现了 UDP 的无连接特性。
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
addr = ("127.0.0.1", 6000)
while True:
data = input("Please input your name: ")
if not data:
continue
s.sendto(data.encode(), addr)
response, addr = s.recvfrom(1024)
print(response.decode())
if data == "exit":
print("Session is over from the server %s:%s\n" % addr)
break
s.close()"exit" 时，则打印会话结束信息，终止与服务器交互数据的循环阶段，即将关闭套接字。将 UDP 服务器与客户端的脚本分别命名为 udp_server.py 与 udp_client.py，然后存至桌面，笔者将在 Windows 10 系统下用 PowerShell 进行演示。
小贴士：读者进行复现时，要确保本机已安装 Python 3，注意笔者已将默认的启动路径名
python改为了python3。
python3 ./udp_server.py，服务器绑定本地主机的 UDP 6000 端口，并打印信息 UDP bound on port 6000...，等待客户端发来数据；python3 ./udp_client.py，并向服务器发送字符串 Client1、Client2；Client1 发送空字符串，则被要求重新输入；Client2 先发送字符串 Alice，得到服务器的问候响应信息，再发送字符串 exit，得到服务器的结束响应信息，最后打印会话结束信息，终止与服务器的数据交互；Client1 发送字符串 exit，得到服务器的结束响应信息，并打印会话结束信息，终止与服务器的数据交互；本节介绍上述代码中用到的内建模块 socket，是 Python 网络编程的核心模块。
socket() 函数用于创建网络通信中的套接字对象。函数原型如下：
socket.socket(family=AF_INET, type=SOCK_STREAM, proto=0, fileno=None)创建完套接字对象后，需使用对象的内置函数完成网络通信过程。注意，以下函数原型中的「socket」是指 socket 对象，而不是上述的 socket 模块。
bind() 函数用于向套接字对象绑定 IP 地址与端口号。注意，套接字对象必须未被绑定，并且端口号未被占用，否则会报错。函数原型如下：
socket.bind(address)sendto() 函数用于向远程套接字对象发送数据。注意，该函数用于 UDP 进程间的无连接通信，远程套接字的地址在参数中指定，因此使用前不需要先与远程套接字连接。相对地，TCP 进程间面向连接的通信过程需要用 send() 函数。函数原型如下：
socket.sendto(bytes[, flags], address)"hello world!" 而言，需要用 encode() 函数转换为 bytes 对象 b"hello world!" 才能进行网络传输。| 隔开。详情可参考 Unix 函数手册中的 sendto(2)，flags 参数的常见取值有 MSG_OOB、MSG_EOR、MSG_DONTROUTE 等。sendto() 函数的返回值是发送数据的字节数。
recvfrom() 函数用于从远程套接字对象接收数据。注意，与 sendto() 函数不同，recvfrom() 函数既可用于 UDP 进程间通信，也能用于 TCP 进程间通信。函数原型如下：
socket.recvfrom(bufsize[, flags])|隔开。详情可参考 Unix 函数手册中的 recvfrom(2)，flags 参数的常见取值有 MSG_OOB、MSG_PEEK、MSG_WAITALL 等。recvfrom() 函数的返回值是二元组 (bytes, address)，其中 bytes 是接收到的 bytes 对象数据，address 是发送方的 IP 地址与端口号，用二元组 (host, port) 表示。注意，recv() 函数的返回值只有 bytes 对象数据。
close() 函数用于关闭本地套接字对象，释放与该套接字连接的所有资源。
socket.close()本文介绍了 UDP 协议的基础知识，并与 TCP 协议进行对比，再用 Python 3 实现并演示了 UDP 服务器与客户端的通信过程，最后将脚本中涉及到的 Python API 做成了的参考索引，有助于读者理解实现过程。
感谢各位的阅读，笔者水平有限，若有不足或错误之处请谅解并告知，希望自己对 TCP 和 UDP 的浅薄理解，能帮助读者更好地理解传输层协议。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/ichunqiu/p/9200723.html
