使用Python語言通過PyQt5和socket實現UDP服務器

本文轉載自查看原文 2020-08-10 15:12 2106 UDP/ python/ pyqtgraph/ QThread/ NATAPP/ PyQt5/ 內網穿透/ socket/ 計算機網絡

前言

最近做了一個小軟件，記錄一下相關內容。

已有條件

現在已有一個硬件設備作為客戶端（暫稱其為“電路”）。

基於SIM卡，電路可以通過UDP協議傳輸數據（程序已經內置在電路中），只需要修改配置文件（位於SD卡中，主要修改服務器端的IP和端口）即可。

需求

我面向的需求是這樣的：我需要開發一個服務器端的程序，接收多個客戶端發來的數據並開發可視化界面。

總結

從開發角度和技術角度來看，軟件的基礎和核心技術是使用UDP協議進行數據傳輸，並使用PyQt5和pyqtgraph做可視化界面（還用到了QThread和自定義的下拉復選框），開發過程中還涉及到了內網穿透和NATAPP。

理論基礎：運輸層

為使用UDP協議進行數據傳輸，我大致復習了一下計算機網絡中的運輸層。

功能

運輸層實現兩台主機中進程之間的通信，一個主機中的多個進程可以和另一台主機中的多個進程通信。

運輸層實現上述功能的方案是端口（port）

兩個主要協議

運輸層有兩個主要協議：

傳輸控制協議TCP（Transmission Control Protocol）
用戶數據報協議UDP（User Datagram Protocol）

TCP

TCP是面向連接的
- 應用進程在傳輸數據前必須先建立連接，數據傳送結束后要釋放連接
TCP連接是點對點的
- 每一條TCP連接只能有兩個端點
- TCP不提供廣播或多播服務
TCP提供可靠交付的服務
- 通過TCP連接傳送的數據，無差錯、不丟失、不重復，並且按序到達
TCP面向字節流
- 雖然應用程序和TCP的交互是一次一個數據塊（大小不等），但TCP把應用程序交下來的數據僅僅看成一連串的無結構的字節流。
- TCP不保證接收方應用程序所收到的數據塊和發送方應用程序所發出的數據塊具有對應大小
- TCP保證接收方應用程序收到的字節流必須和發送方應用程序發出的字節流完全一樣，同時接收方應用程序必須有能力識別收到的字節流，把它還原成有意義的應用層數據

UDP

UDP是無連接的
- 在傳輸數據前不需要先建立連接，主機在收到UDP報文后不需要給出任何確認
UDP是面向報文的
- 發送方：UDP對應用層交下來的報文，不合並也不拆分，添加首部后就交付給IP層
- 接收方：UDP對IP層交上來的UDP用戶數據包，在去除首部后就直接交付給應用層的進程
UDP盡最大努力交付
- 不保證可靠交付
UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信

Python中的UDP編程

Python中的UDP編程可以通過socket來實現，下面是一個簡單樣例

服務器端

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
# 綁定IP和端口
s.bind((server_ip, server_port))
print('Bind UDP Server on %s:%s' % (server_ip, server_port))

while True:
    # 接收數據
    data, addr = s.recvfrom(1024)
    print(addr, "\t", data)
    # 發送數據
    s.sendto(b'Received:%s'%data, addr)

客戶端

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']:
    # 發送數據
    s.sendto(data, (server_ip, server_port))
    # 接收數據
    # print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.close()