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。
以下是Ping服务器程序的完整代码。你的任务是写出Ping客户端程序。
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)
服务器程序在一个无限循环中监听到来的UDP数据包。当数据包到达时，如果生成一个随机整数大于或等于4，则服务器将数字转为大写并将其发送回客户端。
UDP为应用程序提供了不可靠的传输服务。消息可能因为路由器队列溢出，硬件错误或其他原因，而在网络中丢失。但由于在内网中很丢包甚至不丢包，所以在本实验室的服务器程序添加人为损失来模拟网络丢包的影响。服务器创建一个随机整数，由它确定传入的数据包是否丢失。
您需要实现以下客户端程序。
客户端向服务器发送10次ping。因为UDP是不可靠的协议，所以从客户端发送到服务器的数据包可能在网络中丢失。因此，客户端不能无限期地等待ping消息的回复。客户等待服务器回答的时间至多为一秒，如果在一秒内没有收到回复，您的客户端程序应该假定数据包在网络传输期间丢失。您需要查找Python文档，以了解如何在数据报套接字上设置超时值。
具体来说，您的客户端程序应该
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：
Ping sequence_number time
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。
您需要上交完整的客户端代码和屏幕截图，以验证您的ping程序是否按需求运行。
客户端源码：
import time
from socket import *
host = '127.0.0.1'
port = 12000
clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
clientSocket.connect((host, port))
clientSocket.settimeout(1)
num = 10
sended = 0
received = 0
lost = 0
maxRTT = 0.0
minRTT = 0.0
sum = 0.0
for i in range(num):
sendTime = time.time()
sendMsg = ('Ping %d %s' % (i + 1, sendTime)).encode()
try:
clientSocket.sendto(sendMsg, (host, port))
sended = sended + 1
recvMsg, addr = clientSocket.recvfrom(1024)
received = received + 1
rtt = time.time() - sendTime
print('Sequence %d: Reply from %s RTT = %.3fs' % (i + 1, host, rtt))
sum += rtt
if i == 0:
maxRTT = rtt
minRTT = rtt
else:
if rtt < minRTT:
minRTT = rtt
if rtt > maxRTT:
maxRTT = rtt
except Exception as e:
lost = lost + 1
print('Sequence %d: Request timed out' % (i + 1))
clientSocket.close()
print('host: %s ping statistic:' % host)
print('\t package: sended = %d, received = %d, lost = %d (%d%% lost rate)' %(sended, received, lost, int(1.0 * lost / sended * 100)))
if received > 0:
print('rtt statistic: ')
print('\t min = %.3fs, max = %.3fs, avg = %.3fs' % (minRTT, maxRTT, 1.0 * sum / received))
在这段源码中，我模仿Windows的ping程序，成功实现了类似的效果。
我认为服务端这边需要在读取客户端发的消息中，提取客户端的发送时间，并将其与服务器当前时间相减而得到RTT时延，以此来判定是否超时。
另外，心跳检测应规定每X秒都由客户端发送一条简短的消息到服务端，服务端存储一个客户端状态列表，更新最后状态更新时间。
同时服务端应该有一个tick机制，即每隔Y秒都检查一遍客户端状态列表，如果上次状态更新时间与当前时间超过了设置的阈值，则判定该客户端已经离线。
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