برنامه نویسی شبکه یا برنامه نویسی سوکت در پایتون چیست؟

از جمله رایج‌ترین کاربردهای برنامه‌نویسی شبکه می‌توان به «انتقال داده» (Data Transfer) اشاره کرد. فرایندی که شامل ارسال و دریافت اطلاعات میان دو یا تعداد بیشتری دستگاه می‌شود. برای مثال وقتی به وب‌سایتی مراجعه می‌کنید، مرورگر درخواستی به وب سرور فرستاده و صفحه مورد نظر شما را به عنوان پاسخ برمی‌گرداند. در انتقال داده، بنابر نوع و فرمت اطلاعات و همچنین معماری شبکه، از پروتکل‌های مختلفی همچون HTTP، FTP، SMTP و TCP/IP استفاده می‌شود. علاوه‌بر این در انتقال داده، امکان بهره‌گیری از تکنیک‌های رمزگذاری و فشرده‌سازی نیز وجود دارد. برنامه‌نویسی شبکه به فرآیند ایجاد نرم‌افزارهایی گفته می‌شود که به کامپیوترها اجازه می‌دهند تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اطلاعات را مبادله کنند.

سخت‌افزار یک دستگاه مربوط به شبکه با سیستم عامل و دیگر نرم‌افزارها ارتباط نزدیکی داشته و سیستمی بسته و متکی‌بر یکدیگر را تشکیل می‌دهند. در نتیجه نوآوری و توسعه یک بخش نیازمنده به‌روزرسانی متقابل بخش دیگر است. همان‌طور که پیش‌تر نیز در مورد آن خواندیم، از طریق برنامه‌نویسی شبکه می‌توان راه‌حل مسئله مورد نظر را در مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های قابل درک و اجرا برای کامپیوتر خلاصه کرد. برنامه‌نویسی شبکه به توسعه برنامه‌هایی گفته می‌شود که بتوانند از طریق یک شبکه کامپیوتری با دیگر برنامه‌ها ارتباط برقرار کنند. به عنوان مثال پروتکل HTTP نحوه دریافت و اشتراک‌گذاری منابعی مانند اسناد متنی را از طریق شبکه توصیف می‌کند.

مطلب موجود در این صفحه صرفا یک رپورتاژ آگهی است و تمام محتوای آن توسط سفارش‌دهنده آگهی تهیه شده است. تک دیک هیچ‌گونه مسئولیتی پیرامون این مطلب و محتوای صفحاتی که به آن‌ها در این مطلب لینک داده شده است یا خدمات مرتبط با آن‌ها بر عهده نمی‌گیرد و آن‌ها را تأیید یا رد نمی‌کند. 1024 بایت فقط یک قرارداد رایج برای اندازه بار است، زیرا توان دو است که به طور بالقوه برای اهداف بهینه سازی بهتر از مقدار دلخواه دیگر است. در مرحله بعد، در run_server، یک شی سوکت با استفاده از تابع ()socket.socket ایجاد کنید. یک فایل با نام server.py ایجاد کنیدماژول سوکت را در اسکریپت پایتون خود وارد کنید. این واقعیت که سوکت ها یک ستون فقرات را تشکیل می دهند همچنین به این معنی است که پروتکل های مختلفی در بالای آنها ساخته و استفاده می شود.

برنامه‌ی سیستمی از نظر تعداد و انواع ویژگی‌های تحت پشتیبانی به صورت پیوسته در حال تکامل است. اینها باید با آدرس IP و پورتی که قبلاً در server.py تنظیم کرده‌اید مطابقت داشته باشند. خوبی سوکت های IPC این است که از هزینه های سربار زیادی برای ساخت بسته ها و حل مسیرهای ارسال داده ها جلوگیری می کنند. از آنجایی که در زمینه فرستنده و کلاینت IPC فرآیندهای محلی هستند، ارتباط از طریق سوکت های IPC معمولا تاخیر کمتری دارد. این برنامه ها به صورت مستقیم با حافظه ها در ارتباط هستند و می توانند به خوبی از فرآیند دسترسی بر حافظه و جریان کنترل داده ها استفاده کنند.

مدل «شبکه به عنوان سرویس» (Network As a Service | NaaS)، راهکاری برای رفع مشکل اختلاف سرعت میان سرویس‌های ابری و شبکه است. این مدل از بخش کنترلر برای برنامه‌نویسی شبکه و راه‌اندازی سرویس‌ها با یک کلیک استفاده می‌کند. به عنوان مثال، ابتدا یکی از خانه‌های جدول جریان به سوئیچ A ارسال شده و از آن طرف بسته‌ای به آدرس آی‌پی ۱۹۲.۱۶۸.۱.۲۰ انتقال می‌یابد. به‌طور خلاصه، OpenFlow نوعی تکنولوژی مرتبط با SDN است که برخی از اصول و قواعد پردازش شبکه را گسترش داده و از «برنامه‌نویسی متمرکز» (Centralized Programming) نیز پشتیبانی می‌کند. قابل ذکر است که با گذشت سال‌ها، توسعه و تعمیم واحد اطلاعات یا داده، مشابه با سخت‌افزار رایج سیستم‌های کامپیوتری افزایش یافته است. اگر به دنبال تبدیل شدن به یک متخصص حرفه‌ای در این زمینه‌ها هستید، دوره‌های جامع آموزش شبکه، آموزش امنیت شبکه و آموزش برنامه‌ نویسی، مسیر شما را برای ورود و پیشرفت در این حوزه‌ها هموار می‌کنند.

از لوازمی مانند تلفن همراه یا کامپیوتر با استفاده روزانه گرفته تا دزدگیرها و دستگاه‌های اسکن همگی نیازمند برنامه نویسی هستند. زبان‌های اسکریپت‌نویسی مثل Tcl از نوع ضعیف و سطح بالا هستند (۱۰۰ تا ۱۰۰۰ دستورالعمل به ازای هر عبارت). در اینجا مؤلفان، زبان پیاده‌سازی را بالاتر از اسمبلی و پائین‌تر زبان طراحی می‌دانند. براساس پژوهش‌های قبلی، طراحی و پیاده‌سازی سیستم هرکدام زبان مجزایی دارند. آخرین مدخل مربوط به برنامه‌نویسی سیستم را می‌توان در یک متن آموزشی در مورد یادگیری برنامه‌نویسی سیستم مشاهده کرد که در ‍۱۹۷۲ نوشته شده است. یک برنامه‌ی سیستمی به یک ساختار یا برنامه‌ی مشخص داخل و میان ماژول‌ها (برای مثال برقراری ارتباط) نیاز دارد و معمولاً توسط بیش از یک شخص یا گروهی از اشخاص طراحی و پیاده‌سازی می‌شود.

این مبالغ حقوق می تواند بسته به عنوان شغل، وظایف، تجربه حرفه ای و محل متفاوت باشد. متخصصان شبکه و برنامه نویسی هر دو می توانند از داشتن مهارت های تحلیلی قوی بهره مند شوند، اما ممکن است حوزه های مختلفی را بررسی کنند. به عنوان مثال، یک متخصص شبکه ممکن است به نحوه عملکرد تعاملات و یک برنامه نویس به نحوه عملکرد کد در داخل نگاه کند. نقش برنامه نویسی که در آن کار می کنید ممکن است بر وظایف خاصی که انجام می دهید تأثیر بگذارد. برای مثال، یک توسعه‌دهنده وب ممکن است سیستم‌های جدیدی ایجاد کند، و یک تحلیلگر برنامه‌نویس ممکن است سیستم‌های موجود را برای پیاده‌سازی به‌روزرسانی‌ها تجزیه و تحلیل کند. رشته فناوری اطلاعات و ارتباطات شامل کلیه فناوری های دیجیتالی است که به افراد ، مشاغل و سازمان ها در استفاده از اطلاعات کمک می کند.

برنامه نویسان سیستم که مهارت های خود را به روز نگه می دارند و در زمینه های جدیدی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین آموزش می بینند، شانس بیشتری برای موفقیت در بازار کار دارند. هنگامی که از حلقه while بی نهایت خارج شدیم، ارتباط با کلاینت کامل می شود، بنابراین سوکت کلاینت را با استفاده از روش بسته برای آزاد کردن منابع سیستم می بندیم. سوکت سرور را نیز با استفاده از همین روش می بندیم که عملاً سرور ما را خاموش می کند. در یک سناریوی دنیای واقعی، ما احتمالاً می‌خواهیم سرور ما به گوش دادن به سایر کلاینت‌ها ادامه دهد و پس از برقراری ارتباط با یک کلاینت خاموش نشود، اما نگران نباشید، در ادامه به مثال دیگری خواهیم رسید. یک پروتکل لایه کاربردی و رایج ترین پروتکل مورد استفاده برای ارتباط مرورگر به سرور در وب که به طور خاص برای سرویس دهی به وب سایت ها استفاده می شود.

این تضمین می کند که منابع به درستی آزاد شده و اتصال قطع می شود (یعنی زمانی که پیام "closed" را دریافت می کنیم و از حلقه while خارج می شویم). تفاوت اصلی این است که UDP یک پروتکل بدون اتصال ساده تر، سریع تر، اما غیرقابل اعتماد است که هیچ گونه بررسی تحویل را انجام نمی دهد و از پارادایم "fire-and-forget" پیروی می کند. "وقتی 14 سالم بود با برنامه نویسی آشنا شدم،آروم آروم سراغش رفتم اوایل با سی پلاس پلاس کار می کردم ، بخاطر علاقه ای که پیدا کردم بیشتر تلاش کردم و..." این تضمین می کند که منابع به درستی آزاد شده و اتصال قطع می شود (یعنی زمانی که پیام \"closed\" را دریافت می کنیم و از حلقه while خارج می شویم). از آنجایی که داده های دریافتی از کلاینت به متغیر درخواست به صورت باینری خام است، ما آن را از یک دنباله بایت به یک رشته با استفاده از تابع رمزگشایی تبدیل کردیم.

برنامه‌نویسان شبکه باید توانایی جلوگیری از تهدیدات و حفظ امنیت داده‌ها را داشته باشند. در برنامه‌نویسی شبکه، مدیریت همزمانی و عملکرد غیرمسدودکننده اهمیت زیادی دارد. برای فهم بهتر برنامه‌نویسی شبکه، باید با اجزای شبکه و نحوه کارکرد آن‌ها آشنا شوید. مجازی‌سازی شبکه به ایجاد شبکه‌های مجازی بر روی زیرساخت‌های فیزیکی اشاره دارد که به کمک فناوری‌هایی مانند SDN (شبکه‌های نرم‌افزاری) و NFV (مجازی‌سازی کارکردهای شبکه) امکان‌پذیر است. این موضوع برای برنامه‌نویسان شبکه‌ای که می‌خواهند شبکه‌ها را با انعطاف‌پذیری و قابلیت پیکربندی بالا پیاده‌سازی کنند، اهمیت دارد.

به تدریج پروژه‌های پیچیده‌تری مانند یک اپلیکیشن موبایل یا یک بازی کوچک را تجربه کنید. ساخت پروژه به شما کمک می‌کند تا مشکلات واقعی را حل کنید و دانش خود را به کار بگیرید. پیش بینی می شود که تقاضا برای برنامه نویسان سیستم در سال های آینده افزایش یابد. این امر به دلیل افزایش پیچیدگی سیستم های کامپیوتری و نیاز به توسعه دهندگانی که بتوانند این سیستم ها را طراحی و پیاده سازی کنند، می باشد. به عنوان مثال، برنامه نویسان کامپیوتر به طور متوسط ​​۱۰۷۳۵۷۳۸۰ تومان در سال درآمد دارند. در همین حال، متخصصان شبکه به طور متوسط ​​۱۳۵۰۱۰۵۲۰ تومان در سال درآمد دارند.

این زبان ها به دلیل اینکه باید امکانات ساخت اپرا برای برنامه های دیگر آماده سازی و بهینه سازی کنند معمولاً کوتاه نوشته شده و دارای هیچ کتابخانه ای نیستند. این نرم افزارها به سرعت اجرا می شوند و برای برنامه های نرم افزاری دیگر امکانات سخت افزاری مثل رم و حافظه و قدرت پردازش را آماده و بهینه می کنند. این زبان دارای انعطاف بالایی است و کاربر می تواند بر اساس سخت افزار های مختلف الگوریتم های گوناگون را پیاده سازی کند. در این رابطه کاربر می تواند تمام فرضیه ها و خصوصیات سیستمی مد نظر خود را با سخت افزار در دسترس هماهنگ کند یا بر اساس خصوصیات سیستمی خود سخت افزار مناسب را تهیه کند و بر روی آن اقدام به برنامه نویسی نماید. به این منظور از متدهای recv() و send() در ارتباط TCP و از متدهای recvfrom() و sendto() در ارتباط UDP در برنامه نویسی شبکه با پایتون استفاده خواهیم کرد. ما در مثال برنامه نویسی شبکه در پایتون با سیستم چت، مقدار 1 را برای این مورد در نظر می‌گیریم.

برنامه نویسی سیستم یک زیرشاخه از برنامه نویسی کامپیوتر است که بر توسعه نرم افزاری تمرکز دارد که با سخت افزار کامپیوتر در ارتباط است. این چارچوب مفهومی، عملکردهای یک سیستم شبکه‌ای را توصیف می‌کند و شامل هفت لایه است که نشان می‌دهند داده‌ها چگونه در شبکه‌ها جریان می‌یابند. شبکه‌های اجتماعی مانند Facebook، Twitter و Instagram به وسیله برنامه‌نویسی شبکه امکان‌پذیر شده‌اند. این پلتفرم‌ها به کاربران اجازه می‌دهند تا محتوا را به اشتراک بگذارند، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به صورت Real-time با یکدیگر تعامل داشته باشند. برنامه‌نویسی شبکه در این حوزه شامل مدیریت اتصالات همزمان زیاد، ارائه داده‌ها به سرعت و با کارایی بالا، و حفاظت از اطلاعات کاربران است.

جاوا به دلیل ساختار پلتفرم مستقل و ویژگی‌های امنیتی بالا، برای توسعه برنامه‌های تحت شبکه و سرویس‌های مبتنی بر سرور مورد استفاده قرار می‌گیرد. این زبان همچنین به دلیل قابلیت‌های Object-Oriented، توسعه و نگهداری کد را آسان‌تر می‌کند. استفاده از نقشه ارتباطات سازمانی، مسیر انتقال پیام‌ها را شفاف‌تر می‌کند. برای مثال، در یک شرکت لجستیکی، مشخص می‌شود که گزارش‌های وضعیت حمل‌ونقل باید از رانندگان به سوپروایزرها و سپس به مدیر عملیات منتقل شود. ارتباطات درون سازمانی به تبادل اطلاعات بین اعضای مختلف سازمان مربوط می‌شود. برای نمونه مدیر بخش منابع انسانی اطلاعیه‌ای را به تمامی کارکنان ارسال می‌کند که در آن اطلاعات جدیدی در مورد تعطیلات رسمی و سیاست‌های مرخصی آمده است.

این امر به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا سریع‌تر به بازار واکنش نشان دهند و خدمات خود را با سرعت بیشتری ارائه کنند. پروتکلی قابل استفاده میان واحد کنترل و اطلاعات معماری SDN که در سال ۲۰۰۸ توسط پروفسور نیک مک‌کوئن و همکاران او معرفی شد. در پروتکل OpenFlow و برای تبادل اطلاعات، راه ارتباطی یا به اصطلاح کانال منحصربه‌فردی میان سوئیچ و کنترلر برقرار است. طی این فرایند امکان ارسال «بسته‌ها» (Pockets) به رابط کاربری یا نادیده گرفتن آن‌ها توسط پروتکل‌هایی همچون «اِترنت» (Ethernet)، IPv4 و IPv6 وجود دارد. برنامه‌نویسی برای شبکه‌های توزیع‌شده یکی دیگر از مباحث مهم است که به ایجاد برنامه‌هایی که بتوانند در چندین دستگاه یا سرور اجرا شوند، تمرکز دارد.

برقراری ارتباطات در دنیای شبکه و اینترنت را می‌توان مهم‌ترین رکن اساسی به وجود آمدن این مفاهیم و ساختارها دانست. جهت ایجاد ارتباط بین دو مقصد می‌بایست بر بستر شبکه برنامه نویسی کرده و ارتباط را منتقل کنیم. در این مقاله به طور جامع با برنامه‌نویسی شبکه در پایتون آشنا خواهیم شد و ترفندهای سوکت نویسی شبکه با پایتون را بررسی می‌کنیم. یکی از مشکلات دیگر در برنامه‌نویسی شبکه، مدیریت تأخیر و پهنای باند است. تأخیر در انتقال داده‌ها می‌تواند تجربه کاربر را تحت تأثیر قرار دهد، به خصوص در برنامه‌های Real-Time مانند بازی‌های آنلاین و استریمینگ ویدئو.

همچنین شرح دقیقی از اجزا سخت‌افزاری مورد نیاز برای تبادل منابع در اختیار کاربران قرار می‌دهد. اگرچه لیست پروتکل‌های شبکه موجود بسیار گسترده بوده و در زمینه‌های مختلفی نیز پراکنده است، همه از مدلی تحت عنوان «ارتباط متقابل سامانه‌های باز» (Open Systems Interconnection | OSI) پیروی می‌کنند. در دنیای امروز، شبکه‌های کامپیوتری، امنیت سایبری و برنامه‌نویسی از اساسی‌ترین مهارت‌ها برای موفقیت در صنعت فناوری اطلاعات به شمار می‌آیند. شبکه‌های ارتباطی ستون فقرات سازمان‌ها هستند و از این رو، تسلط بر مباحث شبکه و امنیت شبکه برای هر متخصص فناوری اطلاعات ضروری است. از سوی دیگر، برنامه‌نویسی، زبان ارتباط با ماشین‌ها و فناوری‌های جدید است که به شما امکان می‌دهد ابزارها و راه‌حل‌های اختصاصی و کارآمد ایجاد کنید. با یادگیری عمیق این حوزه‌ها، می‌توانید در بازار کار رقابتی امروز، مزیتی بزرگ کسب کنید و به فرصت‌های شغلی پرارزش دست یابید.

فناوری اطلاعات به سرعت در حال رشد است و موقعیت ها شغلی مناسبی را برای افرادی که دارای حداقل مدرک لیسانس در یک زمینه مرتبط با فناوری اطلاعات هستند ، فراهم می کند. پس از برقراری ارتباط، یک حلقه ارتباطی بی نهایت برای ارسال چندین پیام به سرور راه اندازی می کنیم. ما ورودی را از کاربر با استفاده از تابع ورودی داخلی پایتون دریافت می کنیم، سپس آن را به بایت کدگذاری می کنیم و حداکثر 1024 بایت را برش می دهیم. امروزه برنامه نویسی سیستمی در دانشگاه ها به دانشجویان رشته کامپیوتر تدریس می شود اما به دلیل مشکلات و سخت بودن فرایند یادگیری آن تعداد نفرات کمی جذب این نوع سیستم می شوند. مدیریت سخت افزار توسط این برنامه ها انجام می شود؛ و طبق این مدیریت می توانند منابع سخت افزاری را برای اجرا برنامه های مختلف آماده سازی کنند. مقدار حافظه تخصیص یافته، مدیریت سخت افزار، دسترسی به پرونده ها و عملیات محاسباتی بر روی سخت افزارها از عمده وظایف برنامه های سیستمی است.

هنگام ارائه مدل‌های یادگیری ماشین به کاربران، می‌توان از برنامه‌نویسی سوکت استفاده کرد که امکان تحویل فوری پیش‌بینی‌ها و پیشنهادات را فراهم می‌کند. بیایید با ایجاد یک سرور سوکت شروع کنیم (به ویژه سرور پایتون TCP، زیرا همانطور که خواهیم دید با سوکت های TCP کار می کند) که پیام ها را با کلاینت ها رد و بدل می کند. در برنامه‌نویسی شبکه، سازگاری بین دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف می‌تواند یک چالش بزرگ باشد. برای اطمینان از عملکرد صحیح برنامه‌های شبکه‌ای، باید مطمئن شوید که همه اجزا با یکدیگر سازگار هستند. کاربردهای برنامه‌نویسی شبکه به قدری گسترده و متنوع هستند که تقریباً هر جنبه‌ای از زندگی مدرن ما را تحت تأثیر قرار داده‌اند.

سپس یاد می‌گیریم برنامه نویسی شبکه چیست و به معرفی چند مورد از تکنولوژی‌های کاربردی شبکه می‌پردازیم. در انتها این مطلب از مجله فرادرس، اشاره‌ای به زبان‌های برنامه‌نویسی شبکه خواهیم داشت و مزایا و کاربردهای برنامه‌نویسی شبکه را شرح می‌دهیم. برنامه نویسی سیستمی به توسعه نرم افزاری می پردازد که با سخت افزار کامپیوتر در ارتباط است. برنامه نویسی سیستم شامل توسعه هسته سیستم عامل، درایور دستگاه، کتابخانه های سیستم و سایر نرم افزارهایی است که زیرساخت های اساسی یک سیستم کامپیوتری را تشکیل می دهد. برنامه نویسی شبکه به فرآیند نوشتن کدهایی برای ارتباط و انتقال داده‌ها بین سیستم‌های مختلف اشاره دارد.

پلتفرم‌های پخش زنده و استریمینگ مانند Netflix، YouTube و Twitch به کاربران امکان می‌دهند تا ویدئوها و محتواهای زنده را به صورت آنلاین تماشا کنند. برنامه‌نویسی شبکه در این حوزه، شامل مدیریت پهنای باند، بهینه‌سازی جریان داده‌ها و تضمین کیفیت تجربه کاربر است. دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بزرگ به طور مداوم نیاز به اشتراک‌گذاری داده‌ها و نتایج تحقیقاتی داشتند. اما نبود روشی برای اتصال کامپیوترها به یکدیگر، مانعی بزرگ برای پیشرفت علمی و فناوری بود. این نیاز شدید به ارتباطات سریع و کارآمد، جرقه‌ای برای تحقیقات و تلاش‌های جدی در زمینه شبکه‌های کامپیوتری شد. کامپیوترها بزرگ و گران‌قیمت هستند و تنها در دسترس سازمان‌های بزرگ و دانشگاه‌ها قرار دارند.