Socket 通信之 UDP 通信

Posted 2023-03-15

参考技术A 前段时间，我们在 这篇文章 中谈到了多进程和进程之间的通信方式，主要谈到了本地进程之间使用队列（Queue）进程通信，如果我们要通信的进程不在同一台主机上，我们就无法使用队列进行通信了，这时就需要使用 Socket（套接字）。
Socket 是应用层和传输层之间的一层抽象协议，可以用来进行进程间通信，一般有 UDP 和 TCP 两种通信方式，前者速度稍快，稳定性不好，无法丢包重传。后者速度稍慢一点，但稳定性很好，可以丢包重传。
本文首先介绍使用 Socket 进行 UDP 通信。

使用 Socket 进行 UDP 通信的流程如下：

下面依次进行讲解。

要进行 Socket 通信，我们需要使用 socket 模块，首先需要创建一个 Socket 对象。下面是两种创建方式：

如果我们需要向别的主机发送数据，我们需要改主机的 IP 地址和相应的端口号。在使用 Socket 进行通信时，需要将两个信息写在一元组中，元组的第一项为目标主机 IP 地址，第二项为接受数据的端口号：

其中，IP 地址使用字符串类型，端口号使用数字类型。

如果不绑定端口，每次使用 Socket 时都会由操作系统动态分配一个端口，我们也可以绑定为某个固定的端口。这样做的好处是：如果我们想要接受其他主机的信息，其他主机可以直接向这个端口发送数据，如果使用动态端口的话，发送方并不知道目标端口是什么，因此无法向接收方发送数据。
绑定端口需要使用 Socket 对象的 bind 方法：

bind 方法接受一个元组作为参数，元组的第一项为绑定的 IP 地址，第二项为绑定的端口号。我们可以把第一项指定为本机上的任意一个 IP 地址，也可以设置为一个空字符串 "" ，表示本机上任意合法的 IP 地址。

使用 UDP 套接字协议时，发送数据使用 Socket 对象的 sendto 方法，接受数据使用 Socket 对象的 recvfrom 方法。这两个方法的使用方式如下：

sendto 方法接受两个参数：发送的数据和目标主机的 IP 和端口元组，在 Python3 中，发送的数据应该转为 byte 类型发送，Python2 中可以直接发送字符串。
recvfrom 接受一个参数：本次接受的最大数据尺寸。该方法是阻塞的，只有在接收到数据后才能进行后续的操作。

就像使用文件那样，在使用完套接字后，需要关闭它，调用 close 方法即可。

上面我们介绍了 Socket 的使用方式，下面我们来做一个单工通信的例子（一方负责发送信息，一方负责接收信息）。
我们这里来创建两个文件：用以发送信息的 send.py 和用以接收信息的 recv.py。该实例在虚拟机中模拟（注意将虚拟机设置为桥接模式）。
创建 send.py：

创建 recv.py：

运行结果如下：

上面实现了一个单工通信的例子：一方负责发，一方负责接收。下面我们继续实现一个双工通信的例子，使双方都能够收发消息。
由于接收和发送消息时是使用 while 循环不断轮询的，因此要实现同时发送和接受，我们需要进行多任务处理。
新建一个 msg.py：

这里我们使用 3000 端口发送数据，3001 端口接收数据，运行程序时只需填写目标主机的 IP 地址，就可以进行通信。
运行效果：

我们还可以进行局域网内的广播，只需对 Socket 加上一条设置：

同时，发送广播需要一个广播地址，以及目标主机接受广播的端口：

上面的设置只能给 0 网段的主机发送广播，要想给局域网中所有的主机发送广播，可以这样设置：

下面我们新建一个 send.py 用来发送广播：

新建一个 recv.py 用来接收广播：

运行效果如图：

完。