сетевое приложение на python
Создание клиент-сервер на Python для зародышей
Приветик. В данной статье не будет никакой занудной теории по типу «А чТо ТаКоЕ СЕРВЕР. «. Мы будем вкратце описывать работу клиент-сервер, а также приведём примеры. Данная статья будет интересна тем, кто не до конца понимает как работает клиент-сервер, кто забивает в череп гвозди, чтобы повысить содержание железа и стать умнее, кто думает что клиент-сервер это что-то заоблачное для обычного начинающего кодера.
Итак, приступим к описанию принципов работы:
Сервер, на IP адресе по порту ожидает подключения на указанный IP адрес с портом . IP машины и IP приёма должны быть одинаковы. Порты имеют значения в диапазоне 0-65535.
Сервер видит что кто-то хочет посмотреть нюдсы Иванова Ивана и просто отсылает их обратно клиенту.
— Вот так мы максимально кратко расписали клиент-сервер. Распишем немного побольше.
— ЭЙ СТОЙ! А чо ещё за TCP и UPD?
— Секундочку.
Что такое UPD и TCP?
Вкратце это технологии передачи данных между двумя устройствами. Они оба разные как лолихантер и милфхантер. Приведём парочку примеров:
— Эй, Санёк, я тут камни нашёл. Можно я в тебя его кину?
— Хорошо, Шанёк, кидай
— Разрешение кидать получено!
*Кинул камни настолько мягко и последовательно, что Санёк успел словить все*
Это был пример работы TCP. Он превосходит UPD в целостности данных, строго последовательным отправлением данных и большей надёжности, но в отличии от него меньшей скоростью.
— Эй, Санёк, лови!
*Кинул камни так сильно, что Санёк сразу дал дёру, успев сначала словить большую часть камней*
— *****, не поймал, в лицо попал
Это был пример работы UPD. В отличии от своего «прилежного» брата он более быстрый в закидывании камня. Но вместо строгой последовательности отправки данных, кидает всё что видит.
Теперь черпанём немного практики.
Для начала сделаем вечно получающий информацию сервер.
Для передачи информации через сокеты в Python используем socket
Теперь же нам надо сделать слушалку.
Теперь у нас есть почтовый ящик и заранее готовая коробка с посылкой. Теперь нам нужно проверять наш почтовый ящик. Наш почтовый ящик вмещает 1 КБ (1024 байт). Поэтому нам нужно каждый раз открывать ящик, забирать оттуда данные и продолжать до тех пор, пока ящик не опустеет.
Вот так мы будем получать информацию о том, что нам отправили. Это как будто вы перевернули почтовый ящик вверх дном и высыпаете оттуда всё до конца.
— Но зачем в начале нам отправлять данные?
Таким образом мы показываем клиенту что готовы работать. Если бы мы этого не сделали, клиент бы стоял молчал.
Раз уж с сервером окончено перейдём к клиенту
Ну вот, теперь при запуске клиента по IP, от сервера мы получим «Привет», а сервер получит наше «И тебе привет!», а также продолжит ждать от нас ответ.
Прошу акцентировать внимание, что эти каналы легко прослушать, а по сему для передачи личных данных желательно пользоваться алгоритмами шифрования (например идеально подойдёт RSA).
Немного дополнительных вопросов:
Можно ли при помощи сокетов сделать консоль? Как реализовать в нём команды?
Конечно. Команды можно реализовать просто отправкой сообщения, а после получения обработкой через условия.
Как сделать таймаут?
Что если я укажу чужой адрес в прослушивании сервера?
Вам просто выбьет ошибку.
Можно ли по сокетам передавать фото, видео и т.д.?
Да, конечно. Фото и видео это просто данные. Их можно прочесть, а соответственно и отправить.
Небольшая справочка по основным командам для создания сокетов:
Дополнительные источники, полезные ссылки:
И на этом мы закончим вступление клиент-сервер в Python для зародышей. Напомню что данная статья не создана для Truehard кодеров, она создана для тех кто не разбирается в сокетах и хочет понять как с ними работать.
Сокеты в Python для начинающих
Предисловие
В далеком для меня 2010 году я писал статью для начинающих про сокеты в Python. Сейчас этот блог канул в небытие, но статья мне показалась довольно полезной. Статью нашел на флешке в либровском документе, так что это не кросспост, не копипаст — в интернете ее нигде нет.
Что это
Для начала нужно разобраться что такое вообще сокеты и зачем они нам нужны. Как говорит вики, сокет — это программный интерфейс для обеспечения информационного обмена между процессами. Но гораздо важнее не зазубрить определение, а понять суть. Поэтому я тут постараюсь рассказать все как можно подробнее и проще.
Существуют клиентские и серверные сокеты. Вполне легко догадаться что к чему. Серверный сокет прослушивает определенный порт, а клиентский подключается к серверу. После того, как было установлено соединение начинается обмен данными.
Рассмотрим это на простом примере. Представим себе большой зал с множеством небольших окошек, за которыми стоят девушки. Есть и пустые окна, за которыми никого нет. Те самые окна — это порты. Там, где стоит девушка — это открытый порт, за которым стоит какое-то приложение, которое его прослушивает. То есть, если, вы подойдете к окошку с номером 9090, то вас поприветствуют и спросят, чем могут помочь. Так же и с сокетами. Создается приложение, которое прослушивает свой порт. Когда клиент устанавливает соединение с сервером на этом порту именно данное приложение будет ответственно за работу этим клиентом. Вы же не подойдете к одному окошку, а кричать вам будут из соседнего 🙂
После успешной установки соединения сервер и клиент начинают обмениваться информацией. Например, сервер посылает приветствие и предложение ввести какую-либо команду. Клиент в свою очередь вводит команду, сервер ее анализирует, выполняет необходимые операции и отдает клиенту результат.
Сервер
Сейчас создайте два файла — один для сервера, а другой для клиента.
В Python для работы с сокетами используется модуль socket:
Прежде всего нам необходимо создать сокет:
Здесь ничего особенного нет и данная часть является общей и для клиентских и для серверных сокетов. Дальше мы будем писать код для сервера. Это вполне логично — зачем нам писать клиентское приложение, если некуда подключаться 🙂
Теперь нам нужно определиться с хостом и портом для нашего сервера. Насчет хоста — мы оставим строку пустой, чтобы наш сервер был доступен для всех интерфейсов. А порт возьмем любой от нуля до 65535. Следует отметить, что в большинстве операционных систем прослушивание портов с номерами 0 — 1023 требует особых привилегий. Я выбрал порт 9090. Теперь свяжем наш сокет с данными хостом и портом с помощью метода bind, которому передается кортеж, первый элемент (или нулевой, если считать от нуля) которого — хост, а второй — порт:
Теперь у нас все готово, чтобы принимать соединения. С помощью метода listen мы запустим для данного сокета режим прослушивания. Метод принимает один аргумент — максимальное количество подключений в очереди. Напряжем нашу бурную фантазию и вспомним про зал с окошками. Так вот этот параметр определяет размер очереди. Если он установлен в единицу, а кто-то, явно лишний, пытается еще подстроится сзади, то его пошлют 🙂 Установим его в единицу:
Ну вот, наконец-то, мы можем принять подключение с помощью метода accept, который возвращает кортеж с двумя элементами: новый сокет и адрес клиента. Именно этот сокет и будет использоваться для приема и посылке клиенту данных.
Вот и все. Теперь мы установили с клиентом связь и можем с ним «общаться». Т.к. мы не можем точно знать, что и в каких объемах клиент нам пошлет, то мы будем получать данные от него небольшими порциями. Чтобы получить данные нужно воспользоваться методом recv, который в качестве аргумента принимает количество байт для чтения. Мы будем читать порциями по 1024 байт (или 1 кб):
Как мы и говорили для общения с клиентом мы используем сокет, который получили в результате выполнения метода accept. Мы в бесконечном цикле принимаем 1024 байт данных с помощью метода recv. Если данных больше нет, то этот метод ничего не возвращает. Таким образом мы можем получать от клиента любое количество данных.
Дальше в нашем примере для наглядности мы что-то сделаем с полученными данными и отправим их обратно клиенту. Например, с помощью метода upper у строк вернем клиенту строку в верхнем регистре.
Теперь можно и закрыть соединение:
Собственно сервер готов. Он принимает соединение, принимает от клиента данные, возвращает их в виде строки в верхнем регистре и закрывает соединение. Все просто 🙂 В итоге у вас должно было получиться следующее:
Клиент
Думаю, что теперь будет легче. Да и само клиентское приложение проще — нам нужно создать сокет, подключиться к серверу послать ему данные, принять данные и закрыть соединение. Все это делается так:
Думаю, что все понятно, т.к. все уже разбиралось ранее. Единственное новое здесь — это метод connect, с помощью которого мы подключаемся к серверу. Дальше мы читаем 1024 байт данных и закрываем сокет.
Python 3 – Сетевое программирование
Python также имеет библиотеки, обеспечивающие более высокий уровень доступа к определенным сетевым протоколам уровня приложения, таким как FTP, HTTP и т. д.
В этой главе вы узнаете о самой известной концепции как программирование сетевых сокетов.
Что такое сокеты?
Сокеты – это конечные точки двунаправленного канала связи. Сокеты могут взаимодействовать в процессе, между процессами на одной машине или между процессами на разных континентах.
Сокеты могут быть реализованы по нескольким различным типам каналов: сокеты домена Unix, TCP, UDP и т. д. Библиотека socket предоставляет определенные классы для обработки общих транспортов, а также общий интерфейс для работы с остальными.
У сокетов есть своя лексика:
№ | Термины и описание | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | Domain – Семейство протоколов, которое используется в качестве транспортного механизма. Эти значения являются константами, такими как AF_INET, PF_INET, PF_UNIX, PF_X25 и т. д. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | type – Тип связи между двумя конечными точками, обычно SOCK_STREAM для протоколов, ориентированных на соединение, и SOCK_DGRAM для протоколов без установления соединения. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | protocol – Обычно нуль, он может использоваться для идентификации варианта протокола внутри домена и типа. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | hostname – Идентификатор сетевого интерфейса:Модуль socketЧтобы создать сокет, вы должны использовать функцию socket.socket(), доступную в модуле socket, который имеет общий синтаксис: Вот описание параметров: Когда у вас есть объект socket, вы можете использовать необходимые функции для создания своей клиентской или серверной программы. Ниже приведен список необходимых функций: Способы подключения сервера
Методы сокета клиента
Общие методы сокета
Простой серверЧтобы писать интернет-серверы, мы используем функцию socket, доступную в модуле socket, для создания объекта socket. Затем объект socket используется для вызова других функций для настройки сервера сокетов. Теперь вызовите функцию bind(hostname, port), чтобы указать порт для вашей службы на данном хосте. Затем вызовите метод accept возвращаемого объекта. Этот метод ожидает, когда клиент подключится к указанному вами порту, а затем вернет объект connection, который представляет соединение с этим клиентом. Простой клиентДавайте напишем очень простую клиентскую программу, которая открывает соединение с портом 12345 и данным хостом. Это очень просто создать сокет клиента, используя функцию модуля socket в Python. socket.connect(hosname, port ) открывает соединение TCP с Hostname и port. Как только у вас открыт сокет, вы можете читать его, как любой объект ввода-вывода. Когда это будет сделано, не забудьте закрыть его, так как вы закроете файл. Следующий код – очень простой клиент, который подключается к данному хосту и порту, считывает любые доступные данные из сокета и затем выходит: Теперь запустите файл server.py в фоновом режиме, а затем запустите файл client.py, чтобы увидеть результат. Это приведет к следующему результату: Интернет-модули PythonСписок некоторых важных модулей программирования сети/интернета в Python.
Пожалуйста, проверьте все упомянутые выше библиотеки для работы с протоколами FTP, SMTP, POP и IMAP. Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Сокеты в PythonСегодня мы рассмотрим пример программирования сокетов Python. Мы создадим серверные и клиентские приложения на Python. Программирование сокетовЧтобы понять программирование сокетов Python, нам нужно знать о трех интересных темах – Socket Server, Socket Client и Socket. Итак, что такое сервер? Сервер – это программное обеспечение, которое ожидает запросов клиентов и обслуживает или обрабатывает их соответственно. С другой стороны, клиент запрашивает эту услугу. Клиентская программа запрашивает некоторые ресурсы к серверу, и сервер отвечает на этот запрос. Socket – это конечная точка двунаправленного канала связи между сервером и клиентом. Сокеты могут обмениваться данными внутри процесса, между процессами на одной машине или между процессами на разных машинах. Для любого взаимодействия с удаленной программой мы должны подключаться через порт сокета. Основная цель этого руководства по программированию сокетов – познакомить вас с тем, как сервер сокетов и клиент взаимодействуют друг с другом. Вы также узнаете, как написать программу сервера сокетов в Python. ПримерРанее мы говорили, что клиент сокета запрашивает некоторые ресурсы у сервера, и сервер отвечает на этот запрос. Итак, мы разработаем и серверную, и клиентскую модель, чтобы каждый мог общаться с ними. Шаги можно рассматривать так: Сервер сокетовМы сохраним программу сервера сокетов, как socket_server.py. Чтобы использовать соединение, нам нужно импортировать модуль сокета. Затем последовательно нам нужно выполнить некоторую задачу, чтобы установить соединение между сервером и клиентом. Мы можем получить адрес хоста с помощью функции socket.gethostname(). Рекомендуется использовать адрес порта пользователя выше 1024, поскольку номер порта меньше 1024 зарезервирован для стандартного интернет-протокола. Смотрите приведенный ниже пример кода сервера: Итак, наш сервер сокетов работает на порту 5000 и будет ждать запроса клиента. Если вы хотите, чтобы сервер не завершал работу при закрытии клиентского соединения, просто удалите условие if и оператор break. Цикл while используется для бесконечного запуска серверной программы и ожидания клиентского запроса. Клиент сокетаМы сохраним клиентскую программу сокета python как socket_client.py. Эта программа похожа на серверную, за исключением привязки. Основное различие между серверной и клиентской программой состоит в том, что в серверной программе необходимо связать адрес хоста и адрес порта вместе. Смотрите ниже пример кода клиента сокета: ВыводЧтобы увидеть результат, сначала запустите программу сервера сокетов. Затем запустите клиентскую программу. После этого напишите что-нибудь из клиентской программы. Затем снова напишите ответ от серверной программы. Наконец, напишите «до свидания» из клиентской программы, чтобы завершить обе программы. Ниже короткое видео покажет, как это работало на моем тестовом прогоне примеров программ сервера сокетов и клиента. Обратите внимание, что сервер сокетов работает на порту 5000, но клиенту также требуется порт сокета для подключения к серверу. Этот порт назначается случайным образом при вызове клиентского соединения. В данном случае это 57822. Заметки Python #18: Сетевое программированиеВот мы и добрались до самого главного — обсуждения взаимодействия между сервером и клиентом. Как они соединяются друг с другом? Какие протоколы нужно использовать и что такое сокет? ПротоколTCP используют, чтобы формировать между компьютерами двусторонний канал обмена данными. Благодаря TCP пакеты гарантированно доставляются с соблюдением порядка их очередности, с автоматическим разбиением данных на пакеты и контролем их передачи. В то же время TCP работает медленно, так как потерянные пакеты многократно повторно отправляются, а операций, выполняемых над пакетами, слишком много. Протокол UDP — низкоуровневый. С его помощью компьютеры могут отправлять и получать информацию в виде отдельных пакетов, не создавая логическое соединение. В отличие от TCP, взаимодействия по протоколу UDP не отличаются надежностью. Это усложняет управление ими в приложениях, в которых при обмене информацией нужны гарантии. Поэтому большинство интернет-приложений используют TCP. Сервер, принимая соединение присваивает своему сокету определенный порт. Порт — число в заголовках пакетов TCP, UDP, указывающее, для какого приложения в системе предназначен данный IP-пакет. Использовать порты с номерами 0-1023 нельзя — они зарезервированы под служебные сетевые протоколы (например, 21 — FTP, 80 — HTTP и т.д.). Клиент, отправляя данные тоже должен создать свой сокет. Два сокета с обоих сторон создают виртуальное соединение по которому будет идти передача данных. Нужно отметить, что при работе с протоколом TCP, создается два сокета: один из них — слушающий (listen). Он переходит в режим ожидания и активизируется при появлении нового соединения. При этом можно проверять актуальные активные соединения, установить периодичность операции. Второй — сокет для обмена данных с клиентом (accept). Это два разных сокета, не путайте Работа с сокетами в Python
Работа ТСР протоколаЧтобы понять, как с сокетом работает протокол ТСР, посмотрим на изображение ниже. Пояснение будет в коде программы (для примера мы отправляем клиенту текущее время) Серверная часть:Функция socket() инициализирует создание сокета. В ней передаются два параметра: communication domain и type of socket. AF_INET — это коммуникационный домен, который задает сетевую направленность нашему сокету. Тип сокета — SOCK_STREAM — он определяет сокет как потоковый, то есть реализующий последовательный, надежный двусторонний поток байтов по протоколу ТСР. Создалась конечная точка подключения — сокет. Функция socket() возвращает нам файловый дескриптор, который позволяет работать с сокетом, как с файлом — записывать и считывать данные в/из него. Метод encode применяется здесь, т.к. данные нужно отправлять по сети в виде байтов. # серверная часть s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # Создается сокет протокола TCP while True: Если вы работаете в среде программирования, то разрешите вашему серверу работать в вашей локальной сети: Клиентская частьКлиент устанавливает соединение с помощью метода connect (в нашем случае, localhost, т.к. сервер и клиент на одной машине). Как мы уже знаем, сервер отправляет нам последовательность кодированных байтов — наша задача декодировать их в строки юникода from socket import * s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # создаем аналогичный сокет, как у сервера Результат клиентской части (после запуска сервера): Результат серверной части (после подключения клиента): Как происходит кодирование/декодирование данных?Строки, байты, изменяемые строки байтов:
Отправка и приём сообщенийВ качестве примера можно рассмотреть простой механизм отправки сообщений от клиента к серверу и обратно. Сервер получает приветствие от клиента и отправляет ответ клиенту. Клиент, соответственно, отправляет приветствие серверу и получает от него ответ from socket import * s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # Создаем сокет TCP # клиентская часть s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # Создаем сокет TCP JSON Instant MessagingJIM — протокол для обмена данных между клиентом и сервером, который работает через TCP-сокеты (SOCK_STREAM) и передачу JSON-объектов. Все сетевые операции проходят в байтовом представлении. Данные в JSON-формате в протоколе JIM всегда содержат два поля: action и time. Поле action задает характер действия — авторизация или отправка сообщения и т.п. Поле time показывает время отправки данного сообщение (используется UNIX-время — определяется как количество секунд, прошедших с полуночи (00:00:00 UTC) 1 января 1970 года) JSON-объекты в JIM имеют ограничение по количеству символов. Например, сам текст сообщения ограничен 500 символами. Остальные ограничения: Поле action — «Действие», 15 символов Поле response — «Код ответа сервера», 3 символа (цифры) Поле name — «Имя пользователя или название чата». Здесь максимум 25 символов; Весь скомпилированный JSON-объект должен уложиться в 640 символов.АутентификацияДля того, чтобы инициализировать процесс аутентификации, надо создать такой JSON-объект: Ответы сервера будут содержать поле response, и может быть еще одно (необязательное) поле alert/error с текстом ошибки. Подключение, отключение, авторизацияАвторизация — не обязательное условие при использовании JIM, т.е. его могут использовать любые пользователи. Если авторизация будет нужна на каком-то этапе, сервер выдаст алерт с кодом 401. Если аутентификация всё же нужна, то сервер может выдать один из нескольких вариантов респонзов: < < < Отключение от сервера должно сопровождаться сообщением “quit”: В сети/ не в сетиДля того, чтобы обозначить своё присутствие в «онлайне», клиент должен отправлять специальное presence сообщение с полем type В свою очередь, сервер посылает специальный probe-запрос для проверки доступности клиента: Алерты и ошибки сервера
Обмен сообщениямиЭкшн msg для сервера означает одно — ему надо передать сообщение адресату из поля to. Если не задана кодировка в поле encoding, то сервер будет считывать данные в ascii-формате Сообщение в «чат»Тоже самое, что и отправка обычному пользователю, только в поле to ставится решетка с названием чатрума
|