Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

• Говорят, что протоколы обеспечивают упорядочение, если они гарантируют доставку данных в том же порядке, в котором они были отправлены.

• Протоколы предоставляют защиту от ошибокв том случае, если они автоматически отбрасывают поврежденные сообщения и подготавливаются к повторной передаче данных.

• Потоковые протоколыраспознают только байтовые границы. Последовательности байтов могут разделяться и доставляться адресату по мере появления данных.

• Пакетные протоколыобрабатывают пакеты данных, сохраняя границы пакета и доставляя полные пакеты получателям. Пакетные протоколы, как правило, требуют определенного максимального размера пакета.

Хотя каждый из перечисленных атрибутов не зависит от остальных, в приложениях употребляются только два основных типа протоколов. Дейтаграммныепротоколы являются механизмами пакетной передачи, не предоставляя при этом ни упорядочения, ни защиты от ошибок. Широко используется дейтаграммный протокол UDP, являющийся представителем семейства протоколов TCP/IP. Потоковыепротоколы (такие как TCP из TCP/IP) — это протоколы потоковой передачи, которые обеспечивают и упорядочение, и защиту от ошибок.

Несмотря на то что дейтаграммные протоколы вроде UDP, несомненно, полезны [118] Многие высокоуровневые протоколы, такие как BOOTP и NFS, построены на основе UDP. , мы остановимся на применении потоковых протоколов, поскольку их легче использовать для большинства приложений. Подробное описание разработки протоколов и различий между их отдельными видами можно найти во многих книгах, например, [33] и [34].

Поскольку каждый протокол поддерживает собственное определение сетевого адреса, интерфейс сокетов должен абстрагировать адреса. В качестве базовой формы адреса используется структура struct sockaddr; его содержимое устанавливается по-разному для каждого семейства адресов. Передавая struct sockaddrв системный вызов, процесс также указывает размер передаваемого адреса. Тип socklen_tопределяется как число, достаточно большое для хранения размера любого сокета, который используется системой.

Все типы struct sockaddrсоответствуют приведенному ниже определению.

#include

struct sockaddr {

unsigned short sa_family;

char sa_data[MAXSOCKADDRDATA];

}

Первые два байта (размер short) указывают семейство адресов, к которому относится данный адрес. Перечень стандартных адресных семейств, используемых приложениями Linux, приведен в табл. 17.1.

Таблица 17.1. Семейства протоколов и адресов

Во всех примерах этого раздела используются две функции: copyData()и die(). Функция copyData()считывает данные из одного файлового дескриптора и записывает их в какой-то другой дескриптор (до тех пор, пока имеются данные для чтения). Функция die()вызывает perror()и завершает программу. Мы ввели обе указанные функции в файл sockutil.сдля того, чтобы сделать обучающие программы немного проще. Для справки ниже показана реализация двух данных функций.

1: /* sockutil.с */

2:

3: #include

4: #include

5: #include

6:

7: #include "sockutil.h"

8:

9: /* выдает сообщение об ошибке через функцию perror() и прекращает работу программы */

10: void die(char * message) {

11: perror(message);

12: exit(1);

13: }

14:

15: /* Копирует данные из дескриптора файла 'from' в дескриптор файла

16: 'to' до полного завершения копирования. Выходит из программы, если

17: происходит ошибка. Предполагается, что для обоих файлов установлено

18: блокирующее чтение и запись. */

19: void copyData(int from, int to) {

20: char buf[1024];

21: int amount;

22:

23; while ((amount = read(from, buf, sizeof(buf))) > 0) {

24: if (write(to, buf, amount) != amount) {

25: die("write");

26: return;

27: }

28: }

29: if (amount < 0)

30: die("read");

31: }

Подобно большинству остальных ресурсов Linux сокеты реализуются через файловую абстракцию. Они создаются при помощи системного вызова socket(), который возвращает файловый дескриптор. После соответствующей инициализации сокета данный дескриптор может использоваться для запросов read()и write(), как и любой другой файловый дескриптор. Когда процесс завершает работу с сокетом, его необходимо закрыть через функцию close()для того, чтобы освободить все ресурсы, ассоциированные с ним.

В настоящем разделе представлены основные системные вызовы для создания и инициализации сокетов для любого протокола. Для того чтобы не зависеть от протоколов, информация в некоторой степени абстрагирована, по этой же причине мы не приводим примеры. Следующие два раздела посвящены применению сокетов в двух различных протоколах (домен Unix и TCP/IP). Здесь вы найдете подробные примеры использования большинства системных вызовов, описанных ниже.

Новые сокеты создаются системным вызовом socket(), который возвращает файловый дескриптор для неинициализированного сокета. При создании сокет привязывается к определенному протоколу, однако соединение для сокета не устанавливается. На данном этапе еще невозможно считывать информацию из сокета и записывать в него.

#include

int socket(int domain, int type, int protocol);

Подобно open(), функция socket()возвращает значение меньше 0, если имела место ошибка, и файловый дескриптор, больший или равный нулю, если все прошло благополучно. Три параметра устанавливают протокол, который нужно использовать.

Первый параметр указывает семейство протоколов и, как правило, принимает одно из значений, перечисленных в табл. 17.1.

Следующий параметр typeможет иметь одно из значений: SOCK_STREAM, SOCK_DGRAMили SOCK_RAW. [119] Допустимы еще несколько значений данного параметра, однако они редко применяются в коде приложений. Здесь SOCK_STREAMуказывает потоковый протокол из данного семейства, a SOCK_DGRAMспецифицирует дейтаграммный протокол из того же семейства. Параметр SOCK_RAWпредоставляет возможность передавать пакеты прямо в драйвер сетевого устройства, что позволяет пользовательским приложениям поддерживать сетевые протоколы, которые не воспринимаются ядром.