Gần đây tôi đã đi sâu vào thế giới tuyệt vời của mạng máy tính. Một trong những dự án thú vị mà tôi đã tạo là một ứng dụng phòng trò chuyện đơn giản hỗ trợ nhắn tin theo thời gian thực giữa các khách hàng khác nhau
Ứng dụng phòng trò chuyện Python thời gian thực với Tkinter GUI
Tại bất kỳ thời điểm nào trong hướng dẫn này, bạn có thể tham khảo mã nguồn của tôi trong GitHub. Mục đích của hướng dẫn này là giới thiệu một số lý thuyết mạng cơ bản đồng thời cung cấp kinh nghiệm lập trình socket thực tế. Nếu tại bất kỳ thời điểm nào, bạn thấy rằng mình đã cảm thấy thoải mái với lý thuyết liên quan, vui lòng bỏ qua phần tiếp theo
điều kiện tiên quyết
Bạn nên biết Python cơ bản. Ngoài ra, không có gì khác. Trong quá trình tạo ứng dụng này, bạn cũng sẽ tìm hiểu về mạng máy tính cơ bản và kiến trúc máy khách-máy chủ
Chúng tôi sẽ sử dụng Tkinter và ổ cắm, cả hai đều có sẵn trong thư viện chuẩn của Python. Không có gì bạn cần phải cài đặt
Kiến trúc máy khách-máy chủ
Kiến trúc máy khách-máy chủ là một mô hình điện toán cơ bản trong đó máy khách yêu cầu dịch vụ từ máy chủ, trong khi máy chủ xử lý các yêu cầu này và cung cấp dịch vụ cho máy khách
Trên thực tế, trình duyệt web của bạn là ứng dụng khách yêu cầu dịch vụ web từ máy chủ web của Medium thông qua Giao thức truyền siêu văn bản [HTTP] ngay bây giờ. Máy chủ web của Medium xử lý yêu cầu của bạn và trả về các tài liệu HTML, biểu định kiểu CSS, tệp JavaScript và hình ảnh để trình duyệt web của bạn có thể hiển thị trang web theo cách của nó
Hơn nữa, một máy chủ có thể phục vụ nhiều máy khách. Trong ứng dụng của chúng tôi, chúng tôi muốn nhiều khách hàng nói chuyện trong thời gian thực. Phần mềm máy khách sẽ gửi tin nhắn đến máy chủ phòng trò chuyện và máy chủ phòng trò chuyện sẽ phát tin nhắn của chúng tôi tới tất cả các máy khách được kết nối khác
Nghị định thư, Nghị định thư, Nghị định thư
Giao tiếp qua mạng sử dụng cái mà chúng tôi gọi là ngăn xếp giao thức — xây dựng các cuộc hội thoại cấp cao hơn, phức tạp hơn trên các cuộc hội thoại đơn giản hơn, thô sơ hơn. Các lớp mạng có thể được biểu diễn bằng mô hình OSI và mô hình TCP/IP. Mỗi lớp mạng tương ứng với một nhóm các giao thức mạng dành riêng cho từng lớp
Với mục đích của ứng dụng này, chúng ta không cần quan tâm đến nhiều giao thức cấp thấp hơn. Nhưng chúng tôi cần biết rằng chúng tôi đang sử dụng một thứ gọi là Giao thức điều khiển truyền tải [TCP]
TCP và UDP là các giao thức tầng vận chuyển — chúng chi phối cách dữ liệu được gửi từ điểm này sang điểm khác. Chúng tôi đang xây dựng dựa trên TCP, điều đó có nghĩa là chúng tôi không cần quan tâm đến việc dữ liệu được gửi như thế nào, chỉ cần dữ liệu được gửi là gì và ở đâu
Sự khác biệt chính giữa TCP và UDP là TCP đảm bảo phân phối đáng tin cậy, không có bất kỳ thông tin nào bị mất, trùng lặp hoặc không theo thứ tự. UDP không đảm bảo điều tương tự và để nó cho lớp ứng dụng xử lý các gói bị rơi. Nó yêu cầu máy chủ xác nhận đã nhận dữ liệu
UDP thường được sử dụng cho các lần truyền nhạy cảm với thời gian trong đó một gói bị mất được ưu tiên hơn là chờ các gói bị mất được truyền lại. Ví dụ, hãy tưởng tượng một cuộc gọi thoại trong thời gian thực. Nếu một gói đã bị mất, sẽ không có ý nghĩa gì nếu đợi đoạn âm thanh đó đến bởi vì vào thời điểm đó, nó đã quá cũ. Hơn nữa, bạn vẫn có thể ghép nối cuộc trò chuyện với nhau mà không cần gói âm thanh đó.
Mặt khác, TCP sẽ tiếp tục ngoan cố gửi lại đoạn âm thanh bị mất đó mặc dù nó đã quá cũ để sử dụng. Tuy nhiên, đối với hầu hết các ứng dụng khác, khía cạnh này của TCP cực kỳ có giá trị. Trong ứng dụng trò chuyện của chúng tôi, chúng tôi không muốn phải xử lý các gói bị mất vì chúng tôi luôn muốn nhận được các tin nhắn hoàn chỉnh mà không có bất kỳ lỗi nào
Máy chủ phòng chat
Hãy bắt đầu với tập lệnh máy chủ của chúng tôi. Chúng tôi bắt đầu bằng cách xác định một lớp
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Khái niệm cơ bản về luồng
Lưu ý rằng chúng tôi đang sử dụng đa luồng để cho phép nhiều đoạn mã chạy đồng thời. Lớp
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Khái niệm cơ bản về ổ cắm
Ổ cắm là địa chỉ IP + cặp số cổng. Một địa chỉ IP xác định một máy chủ lưu trữ. Tuy nhiên, một máy chủ có thể có nhiều ứng dụng khác nhau chạy cùng một lúc. Làm cách nào để hệ điều hành [HĐH] của bạn biết rằng phản hồi HTTP dành cho trình duyệt web của bạn chứ không phải Call of Duty. Chiến tranh hiện đại? . cuộc gọi của nhiệm vụ. Modern Warfare sử dụng phạm vi cổng TCP 27014–27050 chẳng hạn
Do đó, bất kỳ giao tiếp nào giữa hai thiết bị mạng đều cần một cặp ổ cắm
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Tạo một ổ cắm
Hãy bắt đầu xác định logic luồng của chúng tôi. Thêm phần sau vào phương thức
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Đầu tiên, chúng tôi đã tạo một đối tượng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Tiếp theo, chúng tôi đặt tùy chọn
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Sau đó, chúng tôi sử dụng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Lưu ý rằng một máy có thể có nhiều giao diện IP bên ngoài. bạn có thể tìm thấy của mình bằng cách sử dụng lệnh
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Bạn nên biết rằng kết quả đầu tiên tôi nhận được, giao diện
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Trong lệnh
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Cuối cùng, chúng tôi sử dụng
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Chấp nhận kết nối
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Chúng tôi tạo một vòng lặp vô hạn để lắng nghe các kết nối khách hàng mới. Cuộc gọi
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Một vài phương pháp khác để giới thiệu.
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Chúng tôi cần một cách để giao tiếp với từng khách hàng riêng lẻ, nhưng đồng thời, chúng tôi cần lắng nghe các kết nối mới từ các khách hàng tiềm năng khác. Cách chúng tôi thực hiện việc này là tạo một luồng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
'Phát thanh truyền hình'
Ứng dụng phòng trò chuyện nhỏ của chúng tôi sẽ hoạt động như thế nào
Máy khách gửi tin nhắn đến máy chủ từ dòng lệnh hoặc GUI
Máy chủ nhận và xử lý tin nhắn
Máy chủ gửi tin nhắn đến tất cả các máy khách được kết nối khác
Máy khách sẽ hiển thị thông báo trong dòng lệnh hoặc GUI
Hãy thêm chức năng 'broadcasting' từ bước 3 vào lớp
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Lưu ý rằng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
gửi và nhận
Lớp
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Một lần nữa, chúng tôi tạo ra một vòng lặp vô hạn. Lần này, thay vì lắng nghe các kết nối mới, chúng tôi đang lắng nghe dữ liệu do khách hàng gửi
Khi
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
#!/usr/bin/env python3
import threading
import socket
import argparse
import os
class Server[threading.Thread]:
def __init__[self, host, port]:
super[].__init__[]
self.connections = []
self.host = host
self.port = port
def run[self]:
pass
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Mặt khác,
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Một vấn đề với cả
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
ổ cắm đã đóng
Một điều bạn sẽ nhận thấy trong đoạn mã trên là chúng tôi có thể biết liệu máy khách đã đóng kết thúc kết nối hay chưa. Khi ổ cắm máy khách được đóng lại, ____ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____
Vì vậy, khi chúng tôi thấy rằng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Lần chỉnh sửa cuối cùng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Chúng tôi cho phép người dùng chỉ định địa chỉ máy chủ và số cổng tại dòng lệnh và nhập 'q' tại bất kỳ điểm nào từ dòng lệnh để kết thúc chương trình
Bây giờ bạn có thể chạy tập lệnh máy chủ của mình
khách hàng phòng chat
Máy chủ không thực sự làm được gì nhiều nếu không có máy khách kết nối với nó. Hãy tạo một tệp
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Trong khi tạo tập lệnh máy chủ, tôi hy vọng tôi đã giải thích rõ ràng phần lớn lý thuyết cho bạn. Các quy tắc tương tự được áp dụng ở đây, ngoại trừ chúng tôi có một chuỗi Gửi luôn lắng nghe đầu vào của người dùng từ dòng lệnh. Chúng tôi sẽ thêm GUI sau, nhưng nó tuân theo nhiều logic giống nhau. Mọi dữ liệu nhận được sẽ được hiển thị trên giao diện máy khách và mọi dữ liệu được gửi sẽ được máy chủ xử lý để truyền đến các máy khách được kết nối khác
Một lần nữa, chúng tôi sử dụng đa luồng. Lần này, nó là để cho các hoạt động gửi và nhận chạy song song với nhau. Bằng cách này, phòng trò chuyện của chúng tôi hoạt động theo thời gian thực [thay vì xen kẽ giữa các cuộc gọi
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Kết nối với máy chủ
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Máy khách gọi phương thức
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Lần chỉnh sửa cuối cùng
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Vào chế độ toàn màn hình Thoát chế độ toàn màn hình
Kiểm tra ứng dụng dòng lệnh của chúng tôi
Những gì chúng tôi đã làm là xây dựng một phòng chat dòng lệnh hoạt động đầy đủ
Bạn có thể chạy tập lệnh máy chủ của mình bằng cách cung cấp cho nó bất kỳ giao diện IP nào của máy [bạn cũng có thể sử dụng tên máy chủ của mình. ]. Nếu bạn thích, bạn có thể chỉ cần sử dụng '127. 0. 0. 1’ hoặc ‘localhost’ nếu bạn chỉ thử nghiệm điều này trên một máy
Các quy tắc tương tự áp dụng cho tập lệnh máy khách. Mở một cửa sổ đầu cuối riêng biệt và chạy
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Mở ba cửa sổ đầu cuối trở lên và bạn có thể có nhiều ứng dụng khách. Ngoài ra, lấy một máy khác được kết nối với cùng mạng LAN và chạy
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Trong ảnh chụp màn hình ở trên, tôi đang chạy ba cửa sổ đầu cuối, với hai máy khách được kết nối với cùng một máy chủ
Tạo GUI
Chúng tôi vẫn chưa hoàn thành. Một ứng dụng dòng lệnh là tốt và tất cả, nhưng tạo một GUI thì sao?
Chúng tôi chỉ cần thực hiện một số điều chỉnh đối với
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Mã
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
và để tham khảo, mã
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Sản phẩm cuối cùng
Chạy
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Source [IP: Port Number] → Destination [IP: Port Number]
Tôi đã thiết kế cái này để bạn có thể sử dụng dòng lệnh hoặc GUI để tương tác với ứng dụng để gỡ lỗi dễ dàng hơn và xem những gì đang diễn ra đằng sau hậu trường
Sự kết luận
Đó là tất cả. Tôi hy vọng rằng bạn thích đọc nó nhiều như tôi đã thích viết nó. Thế giới mạng máy tính thực sự khá thú vị và đây chỉ là phần nổi của tảng băng chìm