Работа с сокетами

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)

Маршрутизирует информационные пакеты 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.

В качестве примера следует рассмотреть 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:

import socket, string

def do_something(x):

 lst = map(None, x);

 lst.reverse();

 return string.join(lst, "")

HOST = "" # localhost

PORT = 33333

srv = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

srv.bind((HOST, PORT))

while 1:

 print "Слушаю порт 33333"

 srv.listen(1)

 sock, addr = srv.accept()

 while 1:

  pal = sock.recv(1024)

  if not pal:

   break

  print "Получено от %s:%s:" % addr, pal

  lap = do_something(pal)

  print "Отправлено %s:%s:" % addr, lap

  sock.send(lap)

 sock.close()

Клиент:

import socket

HOST = ""    # удаленный компьютер (localhost)

PORT = 33333 # порт на удаленном компьютере

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

sock.connect((HOST, PORT))

sock.send("ПАЛИНДРОМ")

result = sock.recv(1024)

sock.close()

print "Получено:", result

Примечание:

В примере использованы русские буквы: необходимо указывать кодировку.

Прежде всего, нужно запустить сервер. Сервер открывает сокет на локальной машине на порту 33333, 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):

>>> import socket

>>> socket.gethostbyaddr('www.onego.ru')

('www.onego.ru', [], ['195.161.136.4'])

>>> socket.gethostbyaddr('195.161.136.4')

('www.onego.ru', [], ['195.161.136.4'])

>>> socket.gethostname()

'rnd.onego.ru'

В новых версиях Python появилась такая функция как socket.getservbyname(). Она позволяет преобразовывать наименования Интернет–сервисов в общепринятые номера портов:

>>> for srv in 'http', 'ftp', 'imap', 'pop3', 'smtp':

...  print socket.getservbyname(srv, 'tcp'), srv

...

80 http

21 ftp

143 imap

110 pop3

25 smtp

Модуль также содержит большое количество констант для указания протоколов, типов сокетов, коммуникационных доменов и т.п. Другие функции модуля socket можно при необходимости изучить по документации.