Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

Наиболее распространенной версией TCP/IP является версия 4 (IPv4). В данный момент для большинства операционных систем и продуктов сетевой инфраструктуры уже доступна версия 6 протокола TCP/IP (IPv6), однако IPv4 доминирует до сих пор. В данном разделе мы сосредоточимся на создании приложений для IPv4, но обратим внимание на отличия для приложений IPv6, а также для тех программ, которые должны поддерживать обе версии.

Сети TCP/IP, как правило, являются неоднородными; они включают в себя широкий ряд механизмов и архитектур. Одно из основных отличий между архитектурами связано со способом хранения чисел.

Машинные числа составляются из последовательности байтов. Например, целые числа в С обычно представляются 4 байтами (32 битами). Существует довольно много способов хранения этих четырех байтов в памяти компьютера. Архитектуры с обратным порядком байтовсохраняют старший (наиболее значимый) байт в наименьшем аппаратном адресе, остальные следуют в порядке от более значимого к менее значимому. Механизмы с прямым порядком байтовхранят многобайтовые значения в абсолютно противоположном порядке: наименее значимый байт отправляется в наименьший адрес памяти. В других механизмах байты сохраняются в различных порядках.

Так как многобайтовые значения являются частью протокола TCP/IP, то разработчики протоколов позаботились о едином стандарте способа передачи многобайтовых значений через сеть [126] Несмотря на то что это может показаться очевидным, некоторые протоколы позволяют отправителю использовать любой порядок байтов и в зависимости от получателя преобразовывать информацию в соответствующем порядке. Это приводит к увеличению производительности, если взаимодействуют подобные механизмы, за счет повышения сложности алгоритма. . TCP/IP требует использования обратного порядка байтов для передачи протокольной информации и рекомендует также применять его к данным приложений (хотя попытки зафиксировать формат потока данных приложений не предпринимались) [127] Все процессоры Intel и совместимые с Intel хранят данные с прямым порядком байтов, поэтому здесь получение права преобразования очень важно для корректной работы программ. . Упорядочение, которое применяется для многобайтовых значений, передаваемых через сеть, известно как сетевой порядок байтов.

Для преобразования порядка байтов хоста в сетевой порядок байтов используются четыре функции.

#include

unsigned int htonl(unsigned int hostlong);

unsigned short htons(unsigned short hostshort);

unsigned int ntohl(unsigned int netlong);

unsigned short ntohs(unsigned short netshort);

Несмотря на то что прототип каждой из этих функций принимает значение без знака, все они отлично работают и для значений со знаком.

Первые две функции htonl()и htons()преобразуют длинные и короткие числа соответственно из порядка байтов хоста в сетевой порядок байтов. Последние две ntohl()и ntohs()выполняют обратные преобразования длинных и коротких чисел (из сетевого порядка в порядок хоста).

Хотя мы использовали термин длинный в описаниях, на самом деле, это неправильно. Обе функции htonl()и ntohl()принимают 32-битные значения, а не те, которые относятся к типу long. В прототипах обеих функций предполагалось, что они обрабатывают значения int, поскольку все платформы Linux в настоящее время используют 32-битные целые числа.

Соединения IPv4 представляют собой кортеж из 4-х элементов ( локальный хост , локальный порт , удаленный хост , удаленный порт ). До установки соединения необходимо определить каждую его часть. Элементы локальный хост и удаленный хост являются IPv4-адресами. IPv4-адреса — это 32-битные (4-байтовые) числа, уникальные для всей установленной сети. Как правило, они записываются в виде aaa.bbb.ccc.ddd , где каждый элемент адреса является десятичным представлением одного из байтов адреса машины. Первое слева число в адресе соответствует самому значимому байту в адресе. Такой формат для IPv4-адресов известен как десятичное представление с разделителями-точками.

В связи с тем, что большинство компьютеров вынуждено поддерживать работу нескольких параллельных TCP/IP приложений, IP-номер не обеспечивает уникальную идентификацию для соединения на одной машине. Номера портов— это 16-битные числа, которые позволяют однозначно распознавать одну из сторон соединения на данном хосте. Объединение IPv4-адреса и номера порта обеспечивает идентификацию стороны соединения где-либо в пределах одной сети TCP/IP (например, Internet является единой TCP/IP сетью). Две конечные точки соединения образуют полное TCP-соединение, таким образом, две пары, состоящие из IP-номера и номера порта, однозначно определяют TCP/IP соединение в сети.

Распределение номеров портов для различных протоколов производится на основе раздела стандартов Internet, известного как официальные номера портов, который утверждается Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов Internet ( Internet Assigned Numbers Authority, LANA) [128] Информация о IANA доступна по адресу http://www.iana.org. . Общие протоколы Internet, такие как ftp, telnet и http, имеют свои номера портов. Большинство серверов предусматривают данные службы на присвоенных номерах, что позволяет их легко найти. Некоторые сервера запускаются на альтернативных номерах портов, как правило, для поддержки нескольких служб на одной машине [129] Либо, все чаще и чаще, чтобы скрыть их от широкополосных поставщиков Internet-услуг, которые не хотят разрешить своим рядовым клиентам запускать серверы на домашних машинах. . Поскольку официальные номера портов не изменяются, система Linux просто находит соответствие между именами протоколов (обычно называемых службами) и номерами портов с помощью файла /etc/services.

Все номера портов попадают в диапазон от 0 до 65 535; в системе Linux они разделяются на два класса. Зарезервированные портыс номерами от 0 до 1 024 могут использоваться только процессами, работающими как root. Это позволяет клиентским программам иметь гарантию того, что программа, запущенная на сервере, не является троянским конем, активизированным каким-то пользователем [130] Однако она может оказаться троянским конем, запущенным привилегированным пользователем. .

IPv4-адреса хранятся в структуре struct sockaddr_in, которая определяется следующим образом.

#include

#include

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* AF_INET */

unsigned short int sin_port; /* номер порта */

struct in_addr sin_addr; /* IP-адрес */

}