پایتون برای برنامه نویسی شبکه؛ مرور کلی برای مبتدیان

اگر قصد آموزش پایتون برای ورود به دنیای شبکه را دارید بد نیست بدانید که پایتون یک زبان برنامه نویسی انعطاف پذیر و قدرتمند است که به طور گسترده در زمینه های مختلف از جمله برنامه نویسی شبکه استفاده می شود. سادگی، خوانایی و کتابخانه های گسترده آن می تواند پایتون را به گزینه ای عالی برای ایجاد سوکت ها، ارتباط کلاینت-سرور و سایر وظایف مرتبط با شبکه تبدیل کند. در این مقاله، به اصول اولیه برنامه نویسی شبکه با پایتون می پردازیم و قابلیت های آن را از طریق چند مثال عملی که مفاهیم کلیدی را نشان می دهند، بررسی می کنیم.

نقش پایتون در برنامه نویسی شبکه

پایتون شامل چندین کتابخانه داخلی است که کارهای شبکه را ساده می کند، از جمله:

• socket: این کتابخانه دسترسی سطح پایین به رابط های شبکه را فراهم می کند و به شما امکان می دهد اتصالات شبکه را با استفاده از پروتکل های TCP و UDP ایجاد و مدیریت کنید.
• http.client و http.server: این کتابخانه ها توابع سطح بالاتری برای ایجاد کلاینت ها و سرورهای HTTP فراهم می کنند و ساخت برنامه های مبتنی بر وب را آسان تر می سازند.
• urllib و requests: این کتابخانه ها کار با URL ها و مدیریت درخواست های HTTP را ساده می کنند و به شما امکان می دهند با API های وب تعامل داشته باشید و محتوا را از وب بارگیری کنید.
• asyncio: این کتابخانه پشتیبانی از برنامه نویسی غیرهمزمان را فراهم می کند و به شما امکان می دهد چندین اتصال شبکه را به طور همزمان و بدون مسدود کردن روند اصلی اجرا مدیریت کنید.

چرا از پایتون برای برنامه نویسی شبکه استفاده کنیم؟

دلایل متعددی وجود دارد که پایتون را به یک انتخاب محبوب برای برنامه نویسی شبکه تبدیل کرده است:

• سادگی و خوانایی: سینتکس تمیز و خوانایی پایتون نوشتن و درک کد شبکه را آسان تر می کند، احتمال بروز باگ را کاهش می دهد و نگهداری کد را ساده تر می سازد.
• کتابخانه های گسترده: کتابخانه استاندارد پایتون شامل ماژول های زیادی برای برنامه نویسی شبکه است و کتابخانه های شخص ثالث زیادی نیز برای وظایف تخصصی تر وجود دارد.
• سازگاری بین پلتفرمی: پایتون بین پلتفرمی است، به این معنی که کدی که روی یک سیستم عامل نوشته شده معمولاً با تغییرات اندک یا بدون تغییر روی سیستم عامل دیگر اجرا می شود. این ویژگی به ویژه در برنامه نویسی شبکه که برنامه ها اغلب باید روی انواع مختلفی از دستگاه ها اجرا شوند، مفید است.
• جامعه و پشتیبانی: پایتون دارای جامعه ای بزرگ و فعال از توسعه دهندگان است که منابع، آموزش ها و کتابخانه های فراوانی را فراهم می کند. این موضوع یافتن راه حل برای مشکلات و دریافت کمک در مواقع نیاز را آسان تر می سازد.

یکی دیگر از مباحث شبکه آموزش تست نفوذ با کالی لینوکس است.

کاربردهای عملی پایتون در برنامه نویسی شبکه

پایتون می تواند برای طیف گسترده ای از وظایف برنامه نویسی شبکه مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:

• ایجاد سرورهای وب: پایتون می تواند برای ایجاد سرورهای وب که درخواست های HTTP را پردازش می کنند و صفحات وب یا API ها را ارائه می دهند، استفاده شود. فریمورک هایی مانند Flask و Django فرایند ساخت برنامه های وب را ساده می کنند.
• توسعه ابزارهای شبکه: پایتون اغلب برای ایجاد ابزارهایی برای عیب یابی، نظارت و مدیریت شبکه استفاده می شود. مثال ها شامل اسکنرهای شبکه، ابزارهای شنود بسته ها و تحلیلگرهای ترافیک هستند.
• خودکارسازی وظایف شبکه: اسکریپت های پایتون می توانند وظایف مختلف مرتبط با شبکه را به صورت خودکار انجام دهند، مانند پیکربندی دستگاه های شبکه، مدیریت خدمات شبکه و انجام نگهداری منظم شبکه.
• ایجاد برنامه های چت: پایتون می تواند برای ایجاد برنامه های چت بلادرنگ که به کاربران امکان ارتباط از طریق یک شبکه را می دهند، مورد استفاده قرار گیرد. این برنامه ها می توانند از ابزارهای ساده خط فرمان تا پلتفرم های پیام رسان پیچیده و دارای ویژگی های متعدد متغیر باشند.

ایجاد سوکت ها در پایتون

سوکت ها پایه ای در برنامه نویسی شبکه هستند زیرا رابطی برای ارسال و دریافت داده بین دستگاه ها روی یک شبکه فراهم می کنند. در پایتون، ماژول socket برای ایجاد و مدیریت سوکت ها استفاده می شود و از هر دو پروتکل TCP و UDP پشتیبانی می کند. در اینجا فرایند ایجاد سوکت ها و برقراری ارتباط پایه شبکه را مرور می کنیم.

درک سوکت ها

یک سوکت اساساً ترکیبی از یک آدرس IP و شماره پورت است که یک نقطه پایانی منحصر به فرد برای ارتباط شبکه ایجاد می کند. دو نوع اصلی از سوکت ها وجود دارد:

• سوکت های جریانی (TCP): این سوکت ها از پروتکل کنترل انتقال (TCP) برای ارائه ارتباط قابل اطمینان و مبتنی بر اتصال استفاده می کنند. آن ها اطمینان حاصل می کنند که داده ها به ترتیب صحیح و بدون خطا تحویل داده می شوند.
• سوکت های دیتاگرام (UDP): این سوکت ها از پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP) برای ارائه ارتباط بدون اتصال استفاده می کنند. آن ها سریع تر هستند اما تحویل یا ترتیب داده ها را تضمین نمی کنند، که آن ها را برای برنامه هایی که سرعت در آن ها مهم تر از قابلیت اطمینان است، مناسب می سازد.

ایجاد یک سوکت TCP

ایجاد یک سوکت TCP در پایتون ساده است. در اینجا یک راهنمای مرحله به مرحله آورده شده است:

• وارد کردن ماژول socket: ماژول socket توابع و ثابت های لازم برای ارتباط شبکه را فراهم می کند.
• ایجاد یک شیء سوکت: از تابع socket.socket() برای ایجاد یک شیء سوکت جدید استفاده کنید.
• اتصال سوکت به یک آدرس و پورت: از متد bind() برای مرتبط ساختن سوکت با یک آدرس IP و شماره پورت خاص استفاده کنید.
• گوش دادن برای اتصالات ورودی: از متد listen() برای فعال کردن سوکت جهت پذیرش اتصالات استفاده کنید.
• پذیرش یک اتصال: از متد accept() برای انتظار برای یک اتصال ورودی استفاده کنید. این متد یک شیء سوکت جدید که نشان دهنده اتصال است و آدرس کلاینت را برمی گرداند.
• دریافت و ارسال داده: از متدهای recv() و sendall() برای دریافت و ارسال داده از طریق اتصال استفاده کنید.
• بستن اتصال: از متد close() برای بستن سوکت پس از اتمام کار استفاده کنید.

ضمنا شما می توانید از پایتون برای تست نفوذ استفاده کنید. برای آموزش تست نفوذ با پایتون کلیک کنید.

ایجاد یک سوکت UDP

ایجاد یک سوکت UDP مشابه ایجاد یک سوکت TCP است، اما با برخی تفاوت ها. سوکت های UDP بدون اتصال هستند، به این معنا که نیازی به برقراری اتصال قبل از ارسال داده نیست. در اینجا نحوه ایجاد یک سوکت UDP آمده است:

• وارد کردن ماژول socket.
• ایجاد یک شیء سوکت با استفاده از تابع socket.socket() همراه با socket.AF_INET و socket.SOCK_DGRAM.
• اتصال سوکت به یک آدرس و پورت با استفاده از متد bind().
• ارسال و دریافت داده با استفاده از متدهای sendto() و recvfrom().

مدیریت خطا در سوکت ها

ارتباط شبکه می تواند غیرقابل پیش بینی باشد، بنابراین مهم است که خطاها را به شکل مناسبی مدیریت کنیم. ماژول socket پایتون برای خطاهای مختلف استثناء هایی را ایجاد می کند، مانند socket.error، socket.timeout و socket.gaierror