Tìm hiểu lập trình mạng với Python

1. Giới thiệu lập trình mạng

Mạng máy tính là một hệ thống bao gồm các máy tính kết nối với nhau thông qua thiết bị truyền dẫn tín hiệu theo một kiến trúc nào đó để trao đổi dữ liệu. Có một vài kiểu mạng máy tính khác nhau: Mạng LAN (mạng cục bộ), Mạng MAN (gồm nhiều LAN liên kết với nhau), mạng WAN (tương tự mạng LAN nhưng trên phạm vi lớn hơn rất nhiều) hay VPN (kết nối internet mã hóa, có độ an toàn cao). 

Hiểu một cách đơn giản, lập trình mạng là việc lập trình để tạo ra các ứng dụng giúp làm việc, giao tiếp, giải trí, kết nối thông qua hệ thống mạng. Một số ngôn ngữ lập trình mạng phổ biến có thể kể đến như: Python, C/C++ hay Java.

2. Vì sao nên lập trình mạng với Python?

Kể từ khi ra đời vào năm 1991 (phiên bản đầu tiên 0.9.0), Python ngày càng khẳng định vị thế hàng đầu của mình trong thế giới lập trình. Python là một trong những ngôn ngữ lập trình đa dụng nhất hiện nay. Nó được sử dụng từ lập trình nhúng đến lập trình khoa học dữ liệu, từ phát triển các phần mềm chạy trên máy tính đến lập trình web. Và lập trình mạng (Network Programming) cũng là một lĩnh vực ứng dụng hiệu quả của Python. 

Những điểm ưu việt của Python là: Cú pháp đơn giản, dễ đọc, dễ học; Python có thư viện phong phú cùng khả năng quản lý bộ nhớ rất tốt; Tính bảo mật cao và hệ sinh thái rộng lớn. 

Đối với lập trình mạng, Python cung cấp hai cấp độ truy cập network:

• Cấp độ thấp hay cấp cơ bản: cho phép người dùng truy cập, làm việc với Socket bằng các thư viện của Python. Theo đó, người dùng có thể triển khai cả giao thức hướng kết nối và không kết nối để lập trình.
• Cấp độ cao: Python có đầy đủ thư viện cho phép lập trình viên truy cập các giao thức mạng cấp ứng dụng, như: HTTP, SMTP hay FTP.

Thư viện của Python đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cho lập trình mạng: giao thức mạng, mã và giải mã dữ liệu, cũng như các vấn đề khác. Bạn có thể tìm thấy các nguồn tài liệu lập trình mạng với Python tương đối dễ dàng. Hơn nữa, các chuyên gia đánh giá sử dụng Python để phát triển các ứng dụng trong lập trình mạng đơn giản hơn so với các ngôn ngữ khác, như C++ chẳng hạn. Tóm lại, với Python, bạn có thể xây dựng các ứng dụng mạng an toàn, mạnh mẽ và hoạt động hiệu quả.

3. Hướng dẫn lập trình mạng với Python

Nếu bạn mới làm quen với Python, ICANTECH khuyên bạn nên bắt đầu học từ những bài hướng dẫn lập trình Python dành cho người mới để thành thạo Python trước khi đi sâu vào lập trình mạng Python. Tiếp theo, bạn có thể bắt đầu tìm hiểu về các khái niệm như: lập trình Socket hay web Scraping. Phần này, ICANTECH sẽ hướng dẫn các bạn sử dụng Python để lập trình mạng qua Socket. 

3.1. Về Socket

Socket là điểm cuối của kênh truyền thông trong liên kết hai chiều giữa các chương trình hoặc các kênh thông tin hoạt động qua mạng. Chúng được tạo ra bằng cách sử dụng một tập các Requests được gọi là Socket API (API- Giao diện lập trình ứng dụng). Socket sử dụng Protocol (giao thức) để xác định kiểu kết nối giữa Client và Server. 

Cụ thể Protocol được sử dụng trong: DNS (Domain name servers); IP addressing; E-mail; FTP (File transfer protocol),...Một số khái niệm quan trọng trong Socket Programming là:

• Client - Server: Đây là 2 kiểu thiết bị trong Socket Programming. Thông thường, Server sẽ lắng nghe và phản hồi yêu cầu từ Client, còn Client sẽ gửi yêu cầu tới Server. 
• TCP và UDP: Đây là 2 kiểu giao thức truyền tải chính trong Socket Programming. UDP là giao thức đơn giản và không hướng kết nối còn TCP là giao thức đáng tin cậy và hướng kết nối.
• Các Socket methods để quản lý kết nối cơ bản trong Python và chức năng:

listen(): thiết lập và bắt đầu một TCP

bind(): liên kết một địa chỉ (gồm tên host và số cổng) với Socket. 

accept(): kết nối với TCP Client

connect(): kết nối TCP Server

send(): gửi tin nhắn TCP

recv(): nhận tin nhắn TCP

sendto(): gửi tin nhắn UDP

close(): đóng một Socket

3.2. Ví dụ lập trình mạng với Python

Ví dụ 1: Tạo một kết nối Client-Server đơn giản sử dụng mô đun “socket”

• Đầu tiên là code phía Server

import socket

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

host = socket.gethostname()

port = 12345

server_socket.bind((host, port))

server_socket.listen(1)

print('Waiting for a client connection...')

client_socket, addr = server_socket.accept()

print('Connection established with:', addr)

message = 'Welcome to the server!'

client_socket.send(message.encode())

client_socket.close()

• Tiếp theo là code phía Client

import socket

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

host = socket.gethostname()

port = 12345

client_socket.connect((host, port))

message = client_socket.recv(1024)

print(message.decode())

client_socket.close()

Trong ví dụ trên, chúng ta đã tạo ra một chương trình kết nối Client-Server bằng cách sử dụng mô đun “socket” trong Python.

• Server sẽ đợi Client kết nối và tạo ra lời chào Welcome to the Server! tới Client, sau đó đóng kết nối.
• Client sẽ tạo một kết nối tới Server, truy xuất thông báo lời chào, sau đó đóng kết nối.

Ví dụ 2: Gửi một yêu cầu HTTP sử dụng mô đun “requests” trong Python

Đây là một đoạn code gửi yêu cầu nhận HTTP từ trang web Google.com và in ra nội dung trả lời nhận về.

import requests

response = requests.get('https://www.google.com')

print(response.content)

Kết quả là: 
 

4. Lời Kết

Tóm lại, Python cho phép các lập trình viên tạo ra các ứng dụng truyền nhận xử lý thông tin qua mạng và sử dụng giao thức mạng một cách dễ dàng và hiệu quả. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết này. ICANTECH hi vọng đã mang đến cho các bạn những kiến thức bổ ích về lập trình mạng với Python.

Nguồn ảnh: ICANTECH.