面试题：Python中UDP客户端开发之数据发送

Question

在Python开发UDP客户端时，如何确保发送的数据能够正确到达服务器端，并且如何处理可能出现的网络丢包情况？请结合代码示例说明。

Answer 1

确保数据正确到达服务器端及处理网络丢包

1. 使用校验和：在UDP协议中，虽然本身有校验和，但为了额外确保数据完整性，我们可以在应用层再计算一次校验和。发送端计算数据的校验和并一同发送，接收端重新计算校验和并与接收到的校验和对比。
2. 设置超时重传：如果在一定时间内没有收到服务器的确认（ACK），就重新发送数据。
3. 序列号：为每个数据包添加序列号，以便接收端可以按序重组数据，并且可以检测到丢包。

代码示例

import socket
import hashlib
import time

# UDP 客户端
def udp_client():
    client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    server_address = ('localhost', 10000)
    message = "Hello, Server!".encode('utf-8')
    sequence_number = 0

    while True:
        # 计算校验和
        checksum = hashlib.md5(message + str(sequence_number).encode('utf-8')).hexdigest()
        packet = f"{sequence_number}:{checksum}:{message.decode('utf-8')}".encode('utf-8')

        client_socket.settimeout(1)  # 设置超时时间为1秒
        try:
            client_socket.sendto(packet, server_address)
            start_time = time.time()
            while True:
                data, server = client_socket.recvfrom(1024)
                received_sequence, received_checksum = data.decode('utf-8').split(':')[:2]
                if received_sequence == str(sequence_number) and received_checksum == checksum:
                    print("数据正确到达服务器并收到确认")
                    break
                if time.time() - start_time > 1:
                    print("超时，重新发送")
                    break
        except socket.timeout:
            print("超时，重新发送")
            continue

        sequence_number += 1
        time.sleep(1)  # 间隔1秒发送下一个包

    client_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    udp_client()

代码说明

1. 校验和计算：使用hashlib.md5计算包含序列号和数据的校验和。
2. 设置超时：使用client_socket.settimeout(1)设置每次发送数据后的等待超时时间为1秒。
3. 重传机制：如果在超时时间内没有收到正确的确认信息，重新发送数据包。
4. 序列号：每次发送数据时，序列号加1，用于数据包的标识和排序。