Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

Рис. 1.3. Клиент и сервер в одной сети Ethernet, соединенные по протоколу TCP

Хотя клиент и сервер устанавливают соединение с использованием протокола уровня приложений, транспортные уровни устанавливают соединение, используя TCP. Обратите внимание, что действительный поток информации между клиентом и сервером идет вниз по стеку протоколов на стороне клиента, затем по сети и, наконец, вверх по стеку протоколов на стороне сервера.

Заметьте, что клиент и сервер являются типичными пользовательскими процессами, в то время как TCP и протоколы IP обычно являются частью стека протоколов внутри ядра. Четыре уровня протоколов обозначены на рис. 1.3 справа.

Мы будем обсуждать не только протоколы TCP и IP. Некоторые клиенты и серверы используют протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP) вместо TCP; оба эти протокола более подробно обсуждаются в главе 2. Мы часто пользуемся термином «IP», но на самом деле протокол, который мы при этом подразумеваем, называется «IP версии 4» (IP version 4, IPv4). Новая версия этого протокола, IP версии 6 (IPv6), была разработана в середине 90-х и, возможно, со временем заменит протокол IPv4. В этой книге описана разработка сетевых приложений как под IPv4, так и под IPv6. В приложении А приводится сравнение протоколов IPv4 и IPv6 наряду с другими протоколами, с которыми мы встретимся.

Клиент и сервер не обязательно должны быть присоединены к одной и той же локальной сети ( local area network , LAN ), как в примере на рис. 1.3. Вместо этого, как показано на рис. 1.4, клиент и сервер могут относиться к разным локальным сетям, при этом обе локальных сети должны быть соединены в глобальную сеть ( wide area network , WAN ) с использованием маршрутизаторов.

Рис. 1.4. Клиент и сервер в различных локальных сетях, соединенных через глобальную сеть

Маршрутизаторы — это «кирпичи», из которых строится глобальная сеть. На сегодня наибольшей глобальной сетью является Интернет, хотя многие компании создают свои собственные глобальные сети, и эти частные сети могут быть, а могут и не быть подключены к Интернету.

Оставшаяся часть этой главы представляет собой введение и обзор различных тем, которые более подробно раскрываются далее по тексту книги. Мы начнем с полного, хотя и простого, примера клиента TCP, на котором демонстрируются вызовы многих функций и понятия, с которыми мы встретимся далее. Клиент работает только с протоколом IPv4, и мы покажем изменения, необходимые для работы с протоколом IPv6. Разумнее всего создавать независимые от протокола клиенты и серверы, и такое решение будет рассмотрено нами в главе 11. Мы приводим также код полнофункционального сервера TCP, работающего с нашим клиентом.

Чтобы упростить написанный нами код, мы определяем наши собственные функции-обертки ( wrapper functions ) для большинства вызываемых системных функций. Функции-обертки в большинстве случаев служат для проверки кода возврата. В случае ошибки функция-обертка печатает соответствующее сообщение и завершает работу программы.

В этой же главе мы подробно расскажем о сети, в которой тестировались все примеры этой книги, приведем имена узлов, их IP-адреса и названия операционных систем, под управлением которых они работают.

В разговорах о Unix широко используется термин «X», обозначающий стандарт, принятый большинством производителей. Мы опишем историю стандарта POSIX и то, каким образом он определяет интерфейсы программирования приложений (Application Programming Interfaces, API), рассматриваемые в этой книге, наряду с другими конкурирующими стандартами.

Рассмотрим конкретный пример, на котором мы введем многие понятия и термины, используемые в этой книге. В листинге 1.1 [1] Все исходные коды программ, опубликованные в этой книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com. представлена реализация TCP-клиента времени и даты. Этот клиент устанавливает TCP-соединение с сервером, а сервер просто посылает клиенту время и дату в текстовом формате.

Листинг 1.1. Клиент TCP для определения времени и даты

//intro/daytimetcpcli.с

1 #include "unp.h"

2 int

3 main(int argc, char **argv)

4 {

5 int sockfd, n;

6 char recvline[MAXLINE + 1];

7 struct sockaddr_in servaddr;

8 if (argc != 2)

9 err_quit("usage: a.out ");

10 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)

11 err_sys("socket error");

12 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

13 servaddr.sin_family = AF_INET;

14 servaddr.sin_port = htons(13); /* сервер времени и даты */

15 if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)

16 err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);

17 if (connect(sockfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)

18 err_sys("connect error");

19 while ((n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {

20 recvline[n] = 0; /* завершающий нуль */

21 if (fputs(recvline, stdout) == EOF)

22 err_sys("fputs error");

23 }

24 if (n < 0)

25 err_sys("read error");

26 exit(0);

27 }

Это формат, который мы используем для всего исходного кода в тексте. Каждая непустая строка пронумерована. Абзац, описывающий некоторую часть кода, начинается с двух номеров — начального и конечного номеров тех строк, о которых идет речь в данном абзаце. Как правило, абзацу предшествует короткий заголовок, в котором кратко резюмируется содержание описываемого кода.

В начале фрагмента кода указано имя файла исходного кода: в данном примере это файл daytimetcpcli.c в каталоге intro. Поскольку исходный код всех примеров этой книги можно свободно скачать из Сети (см. предисловие), вы можете найти соответствующие исходные файлы по их названиям. Наилучший способ изучить концепции сетевого программирования — компилировать, запускать и особенно модифицировать эти программы в ходе изучения книги.

Мы будем использовать примечания наподобие этого для описания особенностей реализации и исторических справок.

Если мы откомпилируем эту программу в определенный по умолчанию файл a.outи выполним ее, на выходе мы получим следующее:

solaris % a.out 206.168.112.96 наш ввод

Mon May 26 20:58:40 2003 вывод программы

Отображая интерактивный ввод и вывод, мы показываем то, что мы вводим, полужирным шрифтом; вывод же компьютера показываем моноширинным шрифтом. Мы всегда указываем название системы как часть приглашения интерпретатора (в данном примере solaris), чтобы показать, на каком узле выполняется команда. Системы, используемые для выполнения большинства примеров этой книги, показаны на рис. 1.7. Имена узлов обычно соответствуют операционным системам.