آموزش برنامه نویسی شبکه در پایتون

امروز با آموزش برنامه نویسی شبکه در پایتون (سوکت نویسی) همراه شما هستیم..

شرحی بر مفهوم Socket

سوکت ها (Sockets) در واقع endpoint های موجود در یک کانال ارتباطی دو طرفه هستند. سوکت ها می توانند در بستر یک فرایند یا بین دو فرایند در دستگاه واحد و یا حتی چندین فرایند در دستگاه های مستقر در قاره و نقاط جغرافیایی مختلف با یکدیگر تبادل داده داشته باشند. از دیدگاه kernel و هسته سیستم عامل، socket صرفا نقطه نهایی تبادل داده و ارتباط می باشد. از دیدگاه اپلیکیشن و برنامه تحت شبکه، socket یک توصیف گر و شناسه فایل که به آن امکان و مجوز درج و خواندن داده در / از شبکه را می دهد، قلمداد می شود. در واقع Socket ترکیبی از آدرس دستگاه (IP) و آدرس درگاه (port number) می باشد.

سوکت ها بر روی انواع کانال های ارتباطی قابل پیاده سازی می باشند که از جمله آن ها می توان به Unix domain socket، TCP، UDP و غیره ... اشاره کرد. کتابخانه socket کلاس های اختصاصی ارائه می دهد که علاوه بر انتقال داده های معمولی، Interface های از نوع generic که دیگر انواع عملیات انتقال و غیره را تحت پوشش قرار می دهد، مدیریت می نماید.

برای درک مفهوم سوکت و کار با آن، لازم است با واژگان زیر آشنا شوید :

• عبارت domain :خانواده پروتکل هایی که به عنوان مکانیزم انتقال مورد استفاده قرار می گیرد (انتقال داده در بستر شبکه بر اساس آن ها صورت می گیرد). این مقادیر ثوابتی همچون AF_INET، PF_INET، PF_UNIX، PF_X25 و غیره .. هستند.
• عبارت type :عبارت است از نوع ارتباطاتی که بین دو endpoint برقرار می شود. این عبارت معمولا SOCK_STREAM را برای پروتکل های connection-oriented (امن و تضمین دهنده ی تحویل اطلاعات) و SOCK_DGRAM را ویژه پروتکل های connectionless (غیر امن با سرعت بالا که تحویل داده ها را تضمین نمی کند) شامل می شود.
• عبارت protocol : به طور پیش فرض بر روی 0 تنظیم می شود، این مفهوم غالبا جهت معرفی نوع دیگر از پروتکل داخل یک domain و type بکار می رود.
• عبارت hostname : شناسه و اسم اینترفیس شبکه است:
  یک رشته که می تواند اسم سرویس دهنده (hostname)، آدرس IP نسخه ی 4، آدرس IPV6 (آدرس IP ورژن 6) با ساختار نگارشی دو نقطه باشد. یک رشته " " که آدرس INADDR_BROADCAST را تعریف می کند. یک رشته با طول صفر که INADDR_ANY را تعریف می کند یا یک عدد صحیح اختصاص داده شده به hostname که معرف یک سیستم در آن شبکه است.
• عبارت port : هر سرویس دهنده به کلاینت هایی که یک یا چند پورت را صدا می زنند، گوش می دهد. پورت می تواند شماره ی پورت Fixnum باشد، یک رشته دربردارنده ی شماره ی پورت یا اسم سرویس باشد.

آموزش برنامه نویسی شبکه در پایتون : ماژول Socket

به منظور ایجاد یک Socket، لازم است تابع socket.socket() در ماژول socket را فراخوانی نمایید که سینتکس و دستور کلی آن به صورت زیر می باشد :

s = socket.socket (socket_family, socket_type, protocol=0)

در زیر شرح هر یک از این پارامترها را مشاهده می کنید :

• پارامتر socket_family : این پارامتر، همان طور که در بالا توضیح داده شد، می تواند AF_UNIX یا AF_INET باشد.
• پارامتر socket_type : این پارامتر می تواند یا SOCK_STREAM و یا SOCK_DGRAM باشد.
• پارامتر protocol : این پارامتر اختیاری بوده و به صورت پیش فرض بر روی 0 تنظیم می شود.

پس از تعریف آبجکت socket، می توانید با استفاده از توابع لازم، برنامه های سمت سرویس دهنده و سمت سرویس گیرنده ی خود را تعریف نمایید. جداول زیر لیست توابع لازم برای این منظور را معرفی می کند :

متدهای Server Socket

• متد s.bind() : این متد آدرس (hostname یا اسم سرویس دهنده، جفت آدرس پورت یاport number pair) را به socket به صورت دو طرفه وصل می کند.
• متد s.listen() : این متد یک گوش فرادهنده (Listener) به TCP تنظیم و راه اندازی می کند.
• متد s.accept() : این متد درخواست اتصال به سرویس دهنده را می پذیرد و به عبارتی ارتباط معلق را به سرور معرفی می کند.

متدهای Receiver Socket

• متد s.connect() : این متد اتصال به سرویس دهنده ی را بر اساس TCP راه اندازی می کند.

متدهای کلی ماژول socket

• متد s.recv() : این متد پیغام TCP را دریافت می کند.
• متد s.send() : متد حاضر پیغام TCP را ارسال می کند.
• متد s.recvfrom() : متد جاری پیغام UDP را دریافت می کند.
• متد s.sendto() : این متد پیغام UDP را ارسال می کند.
• متد s.close() : این متد socket را می بندد.
• متد socket.gethostname() : اسم سرویس دهنده (hostname) را در خروجی برمی گرداند.

پیاده سازی بخش مربوط به سرویس دهنده

جهت پیاده سازی بخش مربوط به سمت سرور، تابع socket کپسوله سازی شده در ماژول socket را فراخوانی کرده و ابتدا یک آبجکت socket می سازیم. سپس به واسطه ی این آبجکت، دیگر توابع لازم را جهت تنظیم و راه اندازی سرویس دهنده ی socket صدا می زنیم.

حال متد bind(hostname, port) را جهت مشخص کردن یک port برای سرویس خود در دستگاه میزبان یا سرویس دهنده فراخوانی نمایید.

سپس، متد accept() را بر روی آبجکت s (آبجکت ساخته شده ی socket) جهت معرفی ارتباط معلق به ماشین سرور فراخوانی می کنید. این متد صبر می کند که سرویس گیرنده به port یا آدرس درگاه تعیین شده، متصل شود و متعاقبا آبجکت connection را که نشانگر اتصال آن سرویس گیرنده (کلاینت) است در خروجی برمی گرداند.

#!/usr/bin/python           # This is server.py file
import socket               # Import socket module
s = socket.socket()         # Create a socket object
host = socket.gethostname() # Get local machine name
port = 12345                # Reserve a port for your service.
s.bind((host, port))        # Bind to the port
s.listen(5)                 # Now wait for client connection.
while True:
c, addr = s.accept()     # Establish connection with client.
print 'Got connection from', addr
 c.send('Thank you for connecting')
c.close()                # Close the connection

پیاده سازی بخش مربوط به سرویس گیرنده

در این بخش از آموزش، یک اپلیکیشن ساده سمت سرویس گیرنده می نویسیم که اتصال به پورت معین 12345و دستگاه سرویس (سرویس دهنده) را فراهم می آورد. به راحتی می توانید یک کلاینت یا سرویس گیرنده ی socket به واسطه ی تابع مربوطه از ماژول socket ایجاد کرد.

متد socket.connect(hosname, port ) یک اتصال بر اساس پروتکل TCP به hostname (دستگاه سرویس دهنده ی مربوطه بر اساس شماره ی port) باز می کند. این متد بر اساس اسن ماشین سرور و آدرس پورت اتصال را جهت تبادل داده برقرار می نماید.

پس از باز کردن socket، می توانید اطلاعات آن را مانند سایر آبجکت های IO بخوانید. لازم است در پایان، سوکت را بسته و اتصال را خاتمه می دهید.کد زیر همان طور که مشاهده می کنید، بخش مربوط به سرویس گیرنده و در واقع یک کلاینت ساده است که به دستگاه سرویس دهنده و شماره درگاه مربوطه وصل شده، تمامی داده های مورد نیاز را از socket می خواند و در نهایت با فراخوانی تابع close() بر روی آبجکت s، سوکت را بسته و اتصال را خاتمه می دهد.

#!/usr/bin/python           # This is client.py file
import socket               # Import socket module
s = socket.socket()         # Create a socket object
host = socket.gethostname() # Get local machine name
port = 12345                # Reserve a port for your service.
s.connect((host, port))
print s.recv(1024)
s.close                     # Close the socket when done

حال جهت مشاهده ی خروجی، ابتدا فایل server.py زیر را در پس زمینه اجرا و سپس فایل client.py نام برده را اجرا کنید.

# Following would start a server in background.
$ python server.py & 
# Once server is started run client as follows:
$ python client.py

خروجی زیر را برمی گرداند :

Got connection from ('127.0.0.1', 48437)
Thank you for connecting

ماژول های برنامه نویسی تحت شبکه برای Python / Python Internet modules

در زیر لیستی از ماژول های مهم و پرکاربرد پایتون در زمینه ی برنامه نویسی تحت شبکه را مشاهده می کنید.

با آموزش های دیگر در زمینه آموزش پایتون همراه ما باشید...