Сетевые приложения на Python

Применяемая в IP-сетях архитектура клиент-сервер использует IP-пакеты для коммуникации между клиентом и сервером. Клиент отправляет запрос серверу, на который тот отвечает. В случае с TCP/IP между клиентом и сервером устанавливается соединение (обычно с двусторонней передачей данных), а в случае с UDP/IP – клиент и сервер обмениваются пакетами (дейтаграммамми) с негарантированной доставкой.

Каждый сетевой интерфейс IP-сети имеет уникальный в этой сети адрес (IP-адрес). Упрощенно можно считать, что каждый компьютер в сети Интернет имеет собственный IP-адрес. При этом в рамках одного сетевого интерфейса может быть несколько сетевых портов. Для установления сетевого соединения приложение клиента должно выбрать свободный порт и установить соединение с серверным приложением, которое слушает (listen) порт с определенным номером на удаленном сетевом интерфейсе. Пара IP-адрес и порт характеризуют сокет (гнездо) – начальную (конечную) точку сетевой коммуникации. Для создания соединения TCP/IP необходимо два сокета: один на локальной машине, а другой – на удаленной. Таким образом, каждое сетевое соединение имеет IP-адрес и порт на локальной машине, а также IP-адрес и порт на удаленной машине.

Модуль socket обеспечивает возможность работать с сокетами из Python. Сокеты используют транспортный уровень согласно семиуровневой модели OSI (Open Systems Interconnection, взаимодействие открытых систем), то есть относятся к более низкому уровню, чем большинство описываемых в этом разделе протоколов.

Уровни модели OSI:

Физический

Поток битов, передаваемых по физической линии. Определяет параметры физической линии.

Канальный (Ethernet, PPP, ATM и т. п.)

Кодирует и декодирует данные в виде потока битов, справляясь с ошибками, возникающими на физическом уровне в пределах физически единой сети.

Сетевой (IP)

Маршрутизация информационных пакетов от узла к узлу.

Транспортный (TCP, UDP и т. п.)

Обеспечивает прозрачную передачу данных между двумя точками соединения.

Сеансовый

Управляет сеансом соединения между участниками сети. Начинает, координирует и завершает соединения.

Представления

Обеспечивает независимость данных от формы их представления путем преобразования форматов. На этом уровне может выполняться прозрачное (с точки зрения вышележащего уровня) шифрование и дешифрование данных.

Приложений (HTTP, FTP, SMTP, NNTP, POP3, IMAP и т.д.)

Поддерживает конкретные сетевые приложения. Протокол зависит от типа сервиса.

Каждый сокет относится к одному из коммуникационных доменов. Модуль socket поддерживает домены UNIX и Internet. Каждый домен подразумевает свое семейство протоколов и адресацию. Данное изложение будет затрагивать только домен Internet, а именно протоколы TCP/IP и UDP/IP, поэтому для указания коммуникационного домена при создании сокета будет указываться константа socket.AF_INET.

Рассмотрим простейшую клиент-серверную пару. Сервер будет принимать строку и отвечать клиенту. Сетевое устройство иногда называют хостом (host), поэтому будет употребляться этот термин по отношению к компьютеру, на котором работает сетевое приложение.

Сервер:
[code lang=”Python”] import socket
# Create a TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_address = (‘localhost’, 10000)
print(‘starting up on %s port %s’ % server_address)
sock.bind(server_address)
sock.listen(1)
while True:
print(‘waiting for a connection’)
connection, client_address = sock.accept()
try:
print(‘connection from’, client_address)
while True:
data = connection.recv(16)
print(‘received "%s"’ % data)
if data:
print(‘sending data back to the client’)
connection.sendall(data)
else:
print(‘no more data from’, client_address)
break
finally:
connection.shutdown(2)
connection.close()
[/code] Клиент:
[code lang=”Python”] import socket
import sys
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_address = (‘localhost’, 10000)
print(‘connecting to %s port %s’ % server_address)
sock.connect(server_address)
try:
message = b’This is the message. It will be repeated.’
print(‘sending "%s"’ % message)
sock.sendall(message)
amount_received = 0
amount_expected = len(message)
while amount_received < amount_expected:
data = sock.recv(16)
amount_received += len(data)
print(‘received "%s"’ % data)
finally:
print(sys.stderr, ‘closing socket’)
sock.shutdown(2)
sock.close()
[/code]

Прежде всего, нужно запустить сервер. Сервер открывает сокет на локальной машине на порту 10000, и адресе 127.0.0.1. После этого он слушает (listen()) порт. Когда на порту появляются данные, принимается (accept()) входящее соединение. Метод accept() возвращает пару – Socket-объект и адрес удаленного компьютера, устанавливающего соединение (пара – IP-адрес, порт на удаленной машине). После этого можно применять методы recv() и send() для общения с клиентом. В recv() задается число байтов в очередной порции. От клиента может прийти и меньшее количество данных.

Код программы-клиента достаточно очевиден. Метод connect() устанавливает соединение с удаленным хостом (в приведенном примере он расположен на той же машине). Данные передаются методом send() и принимаются методом recv()- аналогично тому, что происходит на сервере.

Модуль socket имеет несколько вспомогательных функций. В частности, функции для работы с системой доменных имен (DNS):
[code lang=”Python”] import socket
d_name = socket.gethostbyaddr(‘mail.ru’)
print(d_name)

ip_name = socket.gethostbyaddr(‘94.100.180.200’)
print(ip_name)
[/code] Есть такая функция как socket.getservbyname(). Она позволяет преобразовывать наименования Интернет-сервисов в общепринятые номера портов:
[code lang=”Python”] for srv in ‘http’, ‘ftp’, ‘imap’, ‘pop3’, ‘smtp’:
print(socket.getservbyname(srv, ‘tcp’))
[/code] Модуль также содержит большое количество констант для указания протоколов, типов сокетов, коммуникационных доменов и т.п.