前言

最近做了一个小软件，记录一下相关内容。

已有条件

现在已有一个硬件设备作为客户端（暂称其为“电路”）。

基于SIM卡，电路可以通过UDP协议传输数据（程序已经内置在电路中），只需要修改配置文件（位于SD卡中，主要修改服务器端的IP和端口）即可。

需求

我面向的需求是这样的：我需要开发一个服务器端的程序，接收多个客户端发来的数据并开发可视化界面。

总结

从开发角度和技术角度来看，软件的基础和核心技术是使用UDP协议进行数据传输，并使用PyQt5和pyqtgraph做可视化界面（还用到了QThread和自定义的下拉复选框），开发过程中还涉及到了内网穿透和NATAPP。

理论基础：运输层

为使用UDP协议进行数据传输，我大致复习了一下计算机网络中的运输层。

功能

运输层实现两台主机中进程之间的通信，一个主机中的多个进程可以和另一台主机中的多个进程通信。

运输层实现上述功能的方案是端口（port）

两个主要协议

运输层有两个主要协议：

传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）
用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）

TCP

TCP是面向连接的
- 应用进程在传输数据前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接
TCP连接是点对点的
- 每一条TCP连接只能有两个端点
- TCP不提供广播或多播服务
TCP提供可靠交付的服务
- 通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达
TCP面向字节流
- 虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序交下来的数据仅仅看成一连串的无结构的字节流。
- TCP不保证接收方应用程序所收到的数据块和发送方应用程序所发出的数据块具有对应大小
- TCP保证接收方应用程序收到的字节流必须和发送方应用程序发出的字节流完全一样，同时接收方应用程序必须有能力识别收到的字节流，把它还原成有意义的应用层数据

UDP

UDP是无连接的
- 在传输数据前不需要先建立连接，主机在收到UDP报文后不需要给出任何确认
UDP是面向报文的
- 发送方：UDP对应用层交下来的报文，不合并也不拆分，添加首部后就交付给IP层
- 接收方：UDP对IP层交上来的UDP用户数据包，在去除首部后就直接交付给应用层的进程
UDP尽最大努力交付
- 不保证可靠交付
UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

Python中的UDP编程

Python中的UDP编程可以通过socket来实现，下面是一个简单样例

服务器端

import socket

server_ip = '127.0.0.1'
server_port = 9999

# 建立套接字
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # socket.SOCK_DGRAM代表是UDP通信
# 绑定IP和端口
s.bind((server_ip, server_port))
print('Bind UDP Server on %s:%s' % (server_ip, server_port))

while True:
    # 接收数据
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(addr, "\t", data)
    # 发送数据
    s.sendto(b'Received:%s'%data, addr)

客户端

import socket

server_ip = '127.0.0.1'
server_port = 59955

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)  # socket.SOCK_DGRAM代表是UDP通信
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 发送数据
    s.sendto(data, (server_ip, server_port))
    # 接收数据
    # print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()