UDP协议, DNS

1.UDP协议

UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供简单不可靠信息传送服务

是一种无连接的传输层协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成。且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据。

 

2.UDP 通讯流程

UDP通讯流程与对讲机非常类似

买传呼机 == socket() 固定对讲频道 == bind() 收信号 == recvfrom() 发信号 == sendto() 由于不需要建立 连接所以省去 TCP的listen()和accept()这两步

3.UDP的使用

# 客户端
import  socket

c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:
    data = input(">>:")
    c.sendto(data.encode("utf-8"),("127.0.0.1",9999))
    msg = c.recvfrom(1024)
    print(msg)
    
# 服务器
import  socket
c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.bind(("127.0.0.1",9999))
while True:
    msg,addr = c.recvfrom(1024)
       c.sendto(msg.upper(),addr)

 

4.UDP与TCP的具体传输过程分析对比:

　　TCP在传输过程中需要保证数据的完整性，所以当数据从操作系统缓存发出时，并不会立即删除缓存数据，而是等待对方返回确认信息后才会删除，

　　而UDP发送后立即清空数据，所以数据发送是一次性的，无论成功还是失败，所以会造成数据丢失，当然TCP也会丢失但是会有自动重传机制。

 

不会粘包

另外UDP是基于数据报的，每一次发送都是一个单独的数据报，所以不会产生粘包问题

测试：

# 服务器 仅接受一次 并且接受长度 大于对方的发送数据长度
import  socket

c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.bind(("127.0.0.1",9991))
msg,addr = c.recvfrom(1024)
print(msg.decode("utf-8"))


# 客户端 发送两次数据
import  socket

c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.sendto("hello".encode("utf-8"),("127.0.0.1",9991))
c.sendto("world".encode("utf-8"),("127.0.0.1",9991))

 

注意1：发送方的数据长度应与接收方的接受长度统一，否则将丢失数据，windows下直接报错。

# 修改上例中的服务器
import  socket
c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.bind(("127.0.0.1",9991))
msg,addr = c.recvfrom(1)
print(msg.decode("utf-8"))
#输出：
# h 
# w

 

注意2：缓存区大小不可能无限大，如果要传输大数据超过UDP数据报大小，则需要在UDP基础上加上额外的应用层协议。

并且即使缓冲区足够仍会出现数据丢失，UDP的最大数据长度为 1472

以下是计算方式：

1.在链路层，由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为64+18-1500+18，其中的18是数据帧的头和尾，也就是说数据帧的内容最大为1500(不包括帧头和帧尾)，即MTU(Maximum Transmission Unit)为1500； 　 2.在网络层，因为IP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1500－20＝1480；　 3.在传输层，对于UDP包的首部要占用8字节，所以这的MTU为1480－8＝1472； 　　

所以，在应用层，你的Data最大长度为1472。当我们的UDP包中的数据多于MTU(1472)时，发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输，而在接收方IP层则需要进行数据报重组，由于UDP是不可靠的传输协议，如果分片丢失导致重组失败，将导致UDP数据包被丢弃。

 

 

5.基于UDP的时间服务器练习

向服务器发送带有时间格式的数据报

# 服务器
import socket
import time

c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.bind(("127.0.0.1",8888))

while True:
    fmt,addr = c.recvfrom(1024)
    c.sendto(time.strftime(fmt.decode("utf-8"),time.localtime()).encode("utf-8"),addr)

    
# 客户端
import socket
c = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
c.sendto("%Y-%m-%d %H:%M:%S %p".encode("utf-8"),("127.0.0.1",8888))
print(c.recvfrom(1024)[0])

 

7.UDP的应用:之DNS

网络请求的具体流程

我们的socket的程序要想完成通讯都需要知道服务器的IP的端口，而我们在使用浏览器访问网页时并没有指定服务器的IP和端口，这是为什么呢？

 

我们都知道，两台计算机要通讯则必须知道对方的IP地址，但是IP地址较复杂不方便记忆，造成用户上网成本高，体验差，于是就想到了给IP地址取别名的办法，这就是域名。如www.baidu.com

域名：

是给IP地址取的别名，同时为了在查询名字与地址对应关系时更快，所以给域名也划分了不同区域。

分类

1.1 国际顶级域名，工商企业.com .top，网络提供商.net,非营利性组织.org，教育.edu

1.2 国际域名，中国.cn，美国.us，日本.jp

但随之而来的问题是域名虽然简化了记忆，但是数据传输依然要依赖IP地址和端口，所以想要还要提供一个可以通过域名获取ip的机制，这就是DNS

DNS

全称域名解析服务器，其本质上就是一个大型数据库系统

DNS访问流程：

当我们要访问一个地址如www.baidu.com时

1.浏览器首先会询问本地DNS服务器(即网络运营商如电信，联通)，以获取对应的IP，

2.如果本地DNS中没有想要的记录，则本地DNS,会询问根(1级)域名服务器，全球有13台

根域名服务器中不可能存储全世界所有IP所以它仅存储顶级(2级)域名服务器的IP

例如：COM域主服务器的IP，NET域主服务器的IP

3.于是本地DNS得到COM域服务器IP后向其发送请求，

4.由于一个域名可以对应多个IP所以还需要向三级域名主机发出请求

5.最后将返回的IP信息缓存到本地DNS中备用

 

DNS的问题

这样一来就造成一个问题 当一个已存在的域名更换IP后在一段时间内是无法访问的，因为子域名服务器需要到达指定时间后才会自动刷新纪录

 

8.目前的问题

TCP中只能处理一个客户端的数据

UDP虽然看起来可以同时处理，但本质上也是按照顺序来处理的

为了提高用户访问速度，必需找到一种可以使得服务器可以同时处理多个客户端请求的能力

这就需要使用并发编程了