9.12. UDP socket¶

在 Python 中，UDP 流量是透過資料包（datagram）socket 上的兩個方法來傳送與接收的：sendto() 用來向選定的目的地發送一個資料包，recvfrom() 用來接收一個資料包並得知它來自何處。每次呼叫都會搬移一則自成一體的訊息；不存在任何連線狀態。

9.12.1. 傳送資料包¶

最簡單的 UDP 傳送，是在 socket 建構式之上加一行 Python 程式碼:

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto(b"hello", ("192.168.1.20", 9000))
s.close()

這會將 b"hello" 送往 192.168.1.20 上的連接埠 9000，然後不再過問。MicroPython 會挑選一個臨時來源連接埠；指令碼不需要繫結任何東西。

將同一份酬載傳送到多個目的地，只是一個迴圈而已，因為 socket 在多次傳送之間是可重複使用的，而且沒有連線需要建立:

targets = [
    ("192.168.1.20", 9000),
    ("192.168.1.21", 9000),
    ("192.168.1.22", 9000),
]

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:
    for addr in targets:
        s.sendto(b"hello", addr)

9.12.2. 接收資料包¶

要接收資料包，socket 必須佔用一個已知的連接埠，讓傳送方將其作為目的地使用。這就是 bind() 呼叫的作用:

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(("0.0.0.0", 9000))

while True:
    data, src = s.recvfrom(1024)
    print("from", src, "got", data)

"0.0.0.0" 位址表示「相機上的每一個 IPv4 介面」，無論是哪個 Wi-Fi 或乙太網路介面把封包帶進來，連接埠 9000 都屬於這個 socket。

recvfrom() 的 1024 引數，是要讀入所回傳緩衝區的最大位元組數。超過此大小的 UDP 資料包會被截斷；請挑選一個能配合應用程式所預期最大資料包的數值。

recvfrom() 回傳 (data, src)：接收到的位元組，以及傳送方的位址。傳送方的位址正是要回覆的對象，這讓撰寫一個小型的請求／回應協定變得容易:

while True:
    request, src = s.recvfrom(1024)
    if request == b"ping":
        s.sendto(b"pong", src)

預設情況下，recvfrom() 會封鎖，直到有資料包抵達。讓它不要封鎖的各種模式（逾時、非封鎖 socket、asyncio）都在使用 asyncio 的 Socket 中介紹。

9.12.3. 一個請求與一個回覆¶

兩段簡短的指令碼：一段送出請求，一段接收並回覆。

接收端:

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(("0.0.0.0", 9000))

while True:
    req, src = s.recvfrom(64)
    print("got", req, "from", src)
    s.sendto(b"ack: " + req, src)

傳送端:

import socket

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:
    s.settimeout(2.0)                              # 2 s reply window
    s.sendto(b"ping", ("192.168.1.20", 9000))
    try:
        reply, _ = s.recvfrom(64)
        print("reply:", reply)
    except OSError:
        print("no reply in 2 s -- packet lost?")

傳送端中有幾點值得留意：

沒有 bind()，也沒有 connect()。UDP 用戶端只管傳送即可。
settimeout() 為接收呼叫設定了一個期限。如果兩秒內沒有回覆抵達，該呼叫會拋出 OSError，而非永遠封鎖，這是偵測封包遺失的一種自然方式。
with 區塊會自動關閉 socket。

9.12.4. 資料包大小限制¶

理論上 UDP 資料包最大可達約 64 KB，但實務上的限制小得多。傳送方與接收方之間路徑上的每一段連結，都有一個 最大傳輸單元（Maximum Transmission Unit，MTU），也就是該連結在單一影格中能承載的最大位元組區塊。乙太網路與 Wi-Fi 都將此值限制在約 1500 位元組，而幾乎每一條網際網路路徑在某處都會回溯到這個限制。

當一個資料包超過它必須跨越之連結的 MTU 時，網路層會將它切割成較小的 分段（fragment），並在目的地重新組合。UDP 本身永遠看不到這種切割，但分段具有幾項不便的特性：

只要其中任何一個分段遺失，整個資料包在接收方都會被丟棄，因為沒有逐分段的重傳機制。遺失機率會隨著分段數量增加而升高。
某些網路與防火牆會將分段封包視為可疑而直接丟棄。
重新組合會在接收方耗用記憶體，而在微控制器上記憶體是相當稀缺的。

在相機上的實務準則是：讓 UDP 訊息遠低於 1500 位元組。約 1400 位元組可為 IP 與 UDP 標頭、路徑所增加的任何隧道（tunneling）負擔，以及乙太網路、Wi-Fi 與 VPN 連結之間 MTU 的小幅變動預留空間。需要傳送超過此大小的應用程式，應在應用層將資料切塊，或改用 TCP，因為 TCP 會自動處理切割與重新組合。

9.12.5. 常見陷阱¶

忘了 UDP 可能遺失封包。 在安靜的本地網路上運作完美的程式碼，有時會在較繁忙或範圍較廣的網路上以難以察覺的方式失敗。請始終為訊息可能沒有抵達的情況做好設計。
接收方在傳送方傳送前尚未繫結。 送往無人監聽之連接埠的資料包會被悄悄丟棄。請先啟動接收方。
傳送大於路徑 MTU 的資料包。 請參閱前一節，讓訊息保持在約 1400 位元組以下。

上述模式涵蓋了相機所會用到的幾乎每一種 UDP 用途。下一頁將針對 TCP 做相同的說明。