目录
一、实验内容
二、实验代码
三、实验结果
四、附加实验
一、实验内容
在本实验中，您将学习使用Python进行UDP套接字编程的基础知识。您将学习如何使用UDP套接字发送和接收数据报，以及如何设置适当的套接字超时。在实验中，您将熟悉Ping应用程序及其在计算统计信息（如丢包率）中的作用。
您首先需要研究一个用Python编写的简单的ping服务器程序，并实现对应的客户端程序。这些程序提供的功能类似于现代操作系统中可用的标准ping程序功能。然而，我们的程序使用更简单的UDP协议，而不是标准互联网控制消息协议（ICMP）来进行通信。 ping协议允许客户端机器发送一个数据包到远程机器，并使远程机器将数据包返回到客户（称为回显）的操作。另外，ping协议允许主机计算它到其他机器的往返时间。
具体来说，您的客户端程序应该
1. 使用UDP发送ping消息（注意：不同于TCP，您不需要首先建立连接，因为UDP是无连接协议。） 2. 从服务器输出响应消息 3. 如果从服务器受到响应，则计算并输出每个数据包的往返时延（RTT）（以秒为单位）， 4. 否则输出“请求超时”
以下代码完整实现了一个ping服务器。您需要在运行客户端程序之前编译并运行此代码。*而且您不需要修改此代码。在这个服务器代码中，30％的客户端的数据包会被模拟丢失。你应该仔细研究这个代码，它将帮助你编写ping客户端。
# UDPPingerServer.py
# We will need the following module to generate randomized lost packets import random
from socket import *
import random
# Create a UDP socket
# Notice the use of SOCK_DGRAM for UDP packets
serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
# Assign IP address and port number to socket
serverSocket.bind(('', 12000))
while True:
# Generate random number in the range of 0 to 10
rand = random.randint(0, 10)
# Receive the client packet along with the address it is coming from
message, address = serverSocket.recvfrom(1024)
# Capitalize the message from the client
message = message.upper()
# If rand is less is than 4, we consider the packet lost and do not respond
if rand < 4:
continue
# Otherwise, the server responds
serverSocket.sendto(message, address)
在开发过程中，您应该先在计算机上运行`UDPPingerServer.py`，并通过向`localhost`（或127.0.0.1）发送数据包来测试客户端。调试完成代码后，您应该能看到ping服务器和ping客户端在不同机器上通过网络进行通信。
本实验中的ping消息格式使用最简单的方式。客户端消息只有一行，由以下格式的ASCII字符组成：其中*sequence_number*从1开始，一直到10，共10条消息，而*time*则是客户端发送消息时的时间。
二、实验代码
# UDPPingerclient.py
from socket import *
import time
# 定义ip地址和端口号
servername = '127.0.0.1'
serverport = 12000
# 创建一个UDP套接字
clientsocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
for i in range(10):
# 记录当前时间
time1 = time.time()
# 根据题目的要求来组装Ping消息
outputdate = 'Ping' + str(i) + ' ' + str(time1)+' '
# 设置超时时间为1秒
clientsocket.settimeout(1)
# 向服务器发送消息
clientsocket.sendto(outputdate.encode(), (servername, serverport))
try:
# 等待服务器相应，计算往返时间
message, serveradress = clientsocket.recvfrom(2048)
# 计算数据往返时间
timedff = time.time() - time1
print(message.decode() + 'RTT:' + str(timedff))
except:
# 如果超时或者发生其他错误，则打印lost和当前Ping的编号
print("lost" + str(i))
需要注意的点：
AF_INET和SOCK_DGRAM是常量，它们分别表示IPv4地址族和UDP套接字类型。在这个例子中，我们使用的是IPv4和UDP。sendto()是UDP套接字对象的一个方法，用于将消息通过UDP协议发送给指定的目标地址和端口。它接受两个参数：第一个参数是要发送的消息，必须是一个字节序列（即一个字符串需要通过encode()方法转换成字节序列），第二个参数是目标地址和端口的元组。在这个例子中，目标地址是servername，端口是serverport。decode()是Python的一个内置方法，用于将字节序列解码为字符串类型。在这个例子中，接收到的UDP数据报被解码为字符串类型，以便进行后续处理。
三、实验结果
首先，必须先运行UDPPingerServer.py程序，再运行UDPPingerclient.py程序。示意图如下：
四、附加实验
目前，程序计算每个数据包的往返时间（RTT），并单独打印出来。请按照标准ping程序的模式修改。您需要在客户端每次ping后显示最小，最大和平均RTT。另外，还需计算丢包率（百分比）。
只需要将UDPPingerclient.py的代码稍作修改即可，实验代码以及运行结果如下：
from socket import *
import time
# 定义ip地址和端口号
servername = '127.0.0.1'
serverport = 12000
# 创建一个UDP套接字
clientsocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
print('正在Ping',servername,"数据：")
recenum=0 # 发送成功的个数
maxdifftime=-1 # 最大往返时间
mindifftime=2 # 最小往返时间
avgdifftime=0 # 平均往返时间
for i in range(10):
# 记录当前时间
time1 = time.time()
# 根据题目的要求来组装Ping消息
outputdate = 'Ping' + str(i) + ' ' + str(time1)+' '
# 设置超时时间为1秒
clientsocket.settimeout(1)
# 向服务器发送消息
clientsocket.sendto(outputdate.encode(), (servername, serverport))
try:
# 等待服务器相应，计算往返时间
message, serveradress = clientsocket.recvfrom(2048)
# 计算数据往返时间
timedff = time.time() - time1
print(message.decode()+' ',"来自",servername,"的回复：字节=",str(len(outputdate)),"RTT:",str(timedff))
recenum+=1
avgdifftime+=timedff
if(timedff>maxdifftime):
maxdifftime=timedff
if(timedff mindifftime=timedff except: # 如果超时或者发生其他错误，则打印lost和当前Ping的编号 print("lost" + str(i)) print(servername,"的Ping统计信息：") print("已发送：10","已接受：",str(recenum),"已丢失：",str(10-recenum),"丢包率：",str((10-recenum)/0.1)+"%") if(recenum!=0): print("往返时间的估计时间（以秒为单位）：") print("最大值：",maxdifftime,"最小值：",mindifftime,"平均值：",avgdifftime/recenum) 注：我们可以发现，最后生成的与往返时间相关的值都是0.0，初步判定原因是可能是因为服务器响应的时间太短了，导致计算得到的 timedff 值非常小，小到比你初始化的 maxdifftime 还要小，所以在计算过程中 maxdifftime 的值没有被更新。可以尝试延长超时时间或者加大数据包的大小，使服务器响应的时间变长。 相关链接
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