Как подключиться к сокету

Обновлено: 06.07.2024

Модуль socket обеспечивает доступ к интерфейсу сокета BSD. Он доступен во всех современных системах Unix, Windows, MacOS и, возможно, на дополнительных платформах.

Он включает в себя функции создания объекта сокета Socket , который и обрабатывает канал данных, а также функции, связанных с сетевыми задачами, такими как преобразование имени сервера в IP адрес и форматирование данных для отправки по сети.

Примечание. Поведение модуля может зависеть от платформы, поскольку выполняются вызовы API сокетов операционной системы.

Интерфейс Python представляет собой прямую трансляцию системного вызова Unix и интерфейса библиотеки для сокетов в объектно-ориентированный стиль Python. Функция socket.socket() возвращает объект Socket , методы которого реализуют различные системные вызовы сокетов.

Типы параметров функций модуля несколько более высокоуровневые, чем в интерфейсе языка C: как и в случае операций чтения/записи с файлами, распределение буфера при операциях приема данных происходит автоматически, а длина буфера неявно определяется операциями отправки.

Пример создания и использования сокетов на примере TCP/IP сервер и клиента.

Примечание. Для успешного тестирования примера, код клиента и сервера необходимо запускать в разных окнах терминала. Код сервера запускается первым.

TCP/IP сервер.

Вызов метода sock.listen(1) переводит сокет в режим сервера, а метод sock.accept() ожидает входящего соединения. Целочисленный аргумент у метода .listen - это количество соединений, которые система должна поставить в очередь в фоновом режиме, прежде чем отклонять новых клиентов. В этом примере предполагается, что одновременно будет работать только одно соединение.

Метод sock.accept() возвращает открытое соединение между сервером и клиентом вместе с адресом клиента. На самом деле соединение представляет собой другой сокет на другом порту (назначенный ядром). Данные считываются из соединения с помощью метод sock.recv() и передаются с помощью sock.sendall() .

Когда общение с клиентом завершено, соединение необходимо очистить с помощью sock.close() . В этом примере используется блок try/finally , чтобы гарантировать, что метод sock.close() всегда вызывается, даже в случае ошибки.

Клиентская программа настраивает свой сокет иначе, чем сервер. Вместо привязки к порту и прослушивания он использует метод sock.connect() для подключения сокета непосредственно к удаленному адресу.

TCP/IP клиент.

Работа клиента и сервера вместе.

Клиент и сервер должны запускаться в отдельных окнах терминала, чтобы они могли взаимодействовать друг с другом. Выходные данные сервера показывают входящее соединение и данные, а также ответ, отправленный обратно клиенту.

Сегодня мы рассмотрим пример программирования сокетов Python. Мы создадим серверные и клиентские приложения на Python.

Программирование сокетов

Чтобы 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.

Пример

Ранее 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 сокетов

Мы 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 сокета

Мы 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:

Вывод

Чтобы 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.

Для создания сокета существует функция, называемая socket . Она принимает аргументы family , type и proto (подробнее см. в документации). Чтобы создать TCP-сокет, нужно использовать socket.AF_INET или socket.AF_INET6 для family и socket.SOCK_STREAM для type .

Пример Python socket:

Функция возвращает объект сокета, который имеет следующие основные методы:

bind()
listen()
accept()
connect()
send()
recv()

Здесь мы создаем серверный сокет, привязываем его к localhost и 50000-му порту и начинаем прослушивать входящие соединения.

Чтобы принять входящее соединение, мы вызываем метод accept() , который будет блокироваться до тех пор, пока не подключится новый клиент. Когда это произойдет, метод создаcт новый сокет и вернет его вместе с адресом клиента.

Затем он в бесконечном цикле считывает данные из сокета партиями по 1024 байта, используя метод recv() , пока не вернет пустую строку. После этого он отправляет все входящие данные обратно, используя метод sendall() , который в свою очередь многократно вызывает метод send() . И после этого сервер просто закрывает клиентское соединение. Данный пример может обрабатывать только одно входящее соединение, потому что он не вызывает accept() в цикле.

Код на стороне клиента выглядит проще:

Вместо методов bind() и listen() он вызывает только метод connect() и сразу же отправляет данные на сервер. Затем он получает обратно 1024 байта, закрывает сокет и выводит полученные данные.

Все методы сокета являются блокирующими. Это значит, что когда метод считывает данные из сокета или записывает их в него, программа больше ничего делать не может.

Для решения этой проблемы существует так называемый способ асинхронного взаимодействия с сокетами. Основная идея состоит в том, чтобы делегировать поддержание состояния сокета операционной системе и позволить ей уведомлять программу, когда есть данные для чтения из сокета или когда сокет готов к записи.

Существует множество интерфейсов для разных операционных систем:

Все они примерно одинаковы, поэтому давайте создадим сервер с помощью Python select. Пример Python select :

Как видите, кода гораздо больше, чем в блокирующем Echo-сервере. Это в первую очередь связано с тем, что мы должны поддерживать набор очередей для различных списков сокетов, то есть сокетов для записи, чтения и отдельный список для ошибочных сокетов.

Создание серверного сокета происходит так же, кроме одной строки: server.setblocking(0) . Это нужно для того, чтобы сокет не блокировался. Такой сервер более продвинутый, поскольку он может обслуживать более одного клиента. Главная причина заключается в сокетах selecting :

Этот вызов (если не передан аргумент timeout ) блокирует программу до тех пор, пока какие-либо из переданных сокетов не будут готовы. В этот момент вызов вернет три списка сокетов для указанных операций.

Так работают сокеты на низком уровне. Однако в большинстве случаев нет необходимости реализовывать настолько низкоуровневую логику. Рекомендуется использовать более высокоуровневые абстракции, такие как Twisted, Tornado или ZeroMQ, в зависимости от ситуации.

Сокеты (англ. socket — разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.

Принципы сокетов¶

Каждый процесс может создать слушающий сокет (серверный сокет) и привязать его к какому-нибудь порту операционной системы (в UNIX непривилегированные процессы не могут использовать порты меньше 1024). Слушающий процесс обычно находится в цикле ожидания, то есть просыпается при появлении нового соединения. При этом сохраняется возможность проверить наличие соединений на данный момент, установить тайм-аут для операции и т.д.

Каждый сокет имеет свой адрес. ОС семейства UNIX могут поддерживать много типов адресов, но обязательными являются INET-адрес и UNIX-адрес. Если привязать сокет к UNIX-адресу, то будет создан специальный файл (файл сокета) по заданному пути, через который смогут сообщаться любые локальные процессы путём чтения/записи из него (см. Доменный сокет Unix). Сокеты типа INET доступны из сети и требуют выделения номера порта.

Обычно клиент явно подсоединяется к слушателю, после чего любое чтение или запись через его файловый дескриптор будут передавать данные между ним и сервером.

Основные функции¶

socket()¶

Создаёт конечную точку соединения и возвращает файловый дескриптор. Принимает три аргумента:

domain указывающий семейство протоколов создаваемого сокета

AF_INET для сетевого протокола IPv4
AF_INET6 для IPv6
AF_UNIX для локальных сокетов (используя файл)

type

SOCK_STREAM (надёжная потокоориентированная служба (сервис) или потоковый сокет)
SOCK_DGRAM (служба датаграмм или датаграммный сокет)
SOCK_RAW (Сырой сокет — сырой протокол поверх сетевого уровня).

protocol

Протоколы обозначаются символьными константами с префиксом IPPROTO_* (например, IPPROTO_TCP или IPPROTO_UDP). Допускается значение protocol=0 (протокол не указан), в этом случае используется значение по умолчанию для данного вида соединений.

Функция возвращает −1 в случае ошибки. Иначе, она возвращает целое число, представляющее присвоенный дескриптор.

Пример на Python

Связывает сокет с конкретным адресом. Когда сокет создается при помощи socket(), он ассоциируется с некоторым семейством адресов, но не с конкретным адресом. До того как сокет сможет принять входящие соединения, он должен быть связан с адресом. bind() принимает три аргумента:

sockfd — дескриптор, представляющий сокет при привязке
serv_addr — указатель на структуру sockaddr, представляющую адрес, к которому привязываем.
addrlen — поле socklen_t, представляющее длину структуры sockaddr.

Возвращает 0 при успехе и −1 при возникновении ошибки.

Пример на Python

Автоматическое получение имени хоста.

listen()¶

Подготавливает привязываемый сокет к принятию входящих соединений. Данная функция применима только к типам сокетов SOCK_STREAM и SOCK_SEQPACKET. Принимает два аргумента:

sockfd — корректный дескриптор сокета.
backlog — целое число, означающее число установленных соединений, которые могут быть обработаны в любой момент времени. Операционная система обычно ставит его равным максимальному значению.

После принятия соединения оно выводится из очереди. В случае успеха возвращается 0, в случае возникновения ошибки возвращается −1.

Пример на Python

accept()¶

Используется для принятия запроса на установление соединения от удаленного хоста. Принимает следующие аргументы:

sockfd — дескриптор слушающего сокета на принятие соединения.
cliaddr — указатель на структуру sockaddr, для принятия информации об адресе клиента.
addrlen — указатель на socklen_t, определяющее размер структуры, содержащей клиентский адрес и переданной в accept(). Когда accept() возвращает некоторое значение, socklen_t указывает сколько байт структуры cliaddr использовано в данный момент.

Функция возвращает дескриптор сокета, связанный с принятым соединением, или −1 в случае возникновения ошибки.

Пример на Python

connect()¶

Устанавливает соединение с сервером.

Некоторые типы сокетов работают без установления соединения, это в основном касается UDP-сокетов. Для них соединение приобретает особое значение: цель по умолчанию для посылки и получения данных присваивается переданному адресу, позволяя использовать такие функции как send() и recv() на сокетах без установления соединения.

Загруженный сервер может отвергнуть попытку соединения, поэтому в некоторых видах программ необходимо предусмотреть повторные попытки соединения.

Возвращает целое число, представляющее код ошибки: 0 означает успешное выполнение, а −1 свидетельствует об ошибке.

Пример на Python

Передача данных¶

Для передачи данных можно пользоваться стандартными функциями чтения/записи файлов read и write, но есть специальные функции для передачи данных через сокеты:

Читайте также: