תכנות ב Sockets

צורת התקשורת בשרת-לקוח היא צורת התקשורת הנפוצה ביותר באינטרנט. היא נמצאת כמעט בכל תוכנה במחשב שלנו.
כדי שצורת תקשורת כזאת תעבוד יש צורת בממשק שמאפשר לחבר בין end systems ללא תלות בחומרה שלהם. הממשק הזה נקרא Socket.

socket הוא נקודת קצה של חיבור בין שני רכיבים. הצינור הוא מודל השכבות ונקודות הקצה הן הsockets.

כדי להגדיר socket יש צורך במספר דברים:
א) אתחול של הsocket
ב) כתובת IP ו Port שמשותפות בין השרת ללקוח.
ג) באפר שקובע כמה בתים הסוקט יכול לקבל/להעביר בבקשה בודדת.

TCP Socket

נסתכל על דוגמה פשוטה של echo server בפייתון שמתמש ב TCP Socket ונסביר כל שורה

import socket

# Create a socket object
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# Bind the socket to a specific address and port
host = '127.0.0.1'  # Loopback address (localhost)
port = 12345        # Choose any available port
server_socket.bind((host, port))

# Listen for incoming connections
server_socket.listen(5)  # Maximum 5 connections in the queue

print(f"Server listening on {host}:{port}")

while True:
    # Wait for a client to connect
    client_socket, client_address = server_socket.accept()

    print(f"Accepted connection from {client_address}")

    # Receive and echo back data
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)  # Receive data in chunks of 1024 bytes
        if not data:
            break  # No more data, end the connection

        # Echo the received data back to the client
        client_socket.sendall(data)

    print(f"Connection with {client_address} closed")

    # Close the client socket
    client_socket.close()

# Close the server socket (this line will not be reached in this example)
server_socket.close()

א) יצירת הsocket
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
שורה זאת מייצרת socket חדש כאשר AF_INET מתייחס למשפחת כתובות ה IP מגרסה IPv4.
הפרמטר SOCK_STREAM מתייחס לכך שסוג הסוקט הוא TCP.

ב) חיבור הsocket לפורט ו IP

host = '127.0.0.1'
port = 12345
server_socket.bind((host, port))

ג) האזנה לחיבורים
server_socket.listen(5) - מאפשר לsocket לקבל 5 חיבורים בתור. אם יהיו 5 חיבורים מלקוחות עליו יהיה לחכות שאחד הלקוחות יסיים כדי לקבל חדשים.

ד)קבלת חיבורים חדשים בלולאה

while True:
    client_socket, client_address = server_socket.accept()

כאשר accept זאת פונקציה שחוסמת קריאות ומחכה עד שלקוח מתחבר לשרת. ברגע שלקוח מתחבר הפונקציה מחזירה את האובייקט socket עצמו ואת הכתובת שלו.

ה) קבלת מידע מהלקוח והחזרתו ללקוח בצורת echo

while True:
    data = client_socket.recv(1024)
    if not data:
        break
    client_socket.sendall(data)

זאת פונקציה שחוסמת עד שהלקוח שולח מידע בגודל קטן או שווה ל$1024$ bytes. כלומר $1024$ הוא גודל הבאפר שהגדרנו מקודם.

ו) סגירת הsockets
client_socket.close(); server_socket.close .
ברור מה הפונקציות הללו עושות.

UDP Socket

נבנה echo server מבוסס UDP ונסביר את ההבדלים

import socket

server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
host = '127.0.0.1'
port = 12345
server_socket.bind((host, port))

print(f"Server listening on {host}:{port}")

while True:
    data, client_address = server_socket.recvfrom(1024)
    print(f"Received data from {client_address}: {data.decode()}")
    server_socket.sendto(data, client_address)

ההבדל הראשון הוא בסוג הsocket, בTCP זה היה SOCK_STREAM בעוד שUDP משתמש ב SOCK_DGRAM. ההבדל בינהם הוא משמעותי אך לא אתייחס לזה כאן.

כמו כן, נשים לב ש TCP צריך לבצע חיבור מפורש ואמין באמצעותaccept, בניגוד ל UDP שלא מצריך חיבור לפני שליחה וקבלת מידע. כלומר אנחנו מקבלים מידע מכל לקוח שישלח לפורט ולIP שלנו מידע בלי צורך בעבודה מול הsocket של הלקוח.

נשים לב שמימוש ב UDP הוא פשוט בהרבה והסיבה היא שהוא פרוטוקול ״לא אמין״ של שכבת התעבורה.