А. Григорьев - О чём не пишут в книгах по Delphi

Чтобы две программы могли общаться друг с другом через сеть, каждая из них должна создать сокет. Каждый сокет обладает двумя основными характеристиками: протоколом и адресом, к которым он привязан. Протокол задается при создании сокета и не может быть изменен впоследствии. Адрес сокета задаётся позже, но обязательно до того, как через сокет пойдут данные. В некоторых случаях привязка сокета к адресу может быть неявной.

Формат адреса сокета определяется конкретным протоколом. В частности, для протоколов TCP и UDP адрес состоит из IP-адреса сетевого интерфейса и номера порта.

Каждый сокет имеет два буфера: для входящих и для исходящих данных. При отправке данных они сначала помещаются в буфер исходящих, и лишь затем отправляются в фоновом режиме. Программа в это время продолжает свою работу. При получении данных сокет помещает их в буфер для входящих, откуда они затем могут извлекаться программой.

Сеть может связывать разные аппаратные платформы, поэтому требуется согласование форматов передаваемых данных, в частности форматов целых чисел. Двухбайтные целые числа хранятся в памяти в двух последовательно расположенных байтах. При этом возможны два варианта: в первом байте хранится младший байт числа, а во втором — старший, и наоборот. Способ хранения определяется аппаратной частью платформы. Процессоры Intel используют первый вариант, т.е. первым хранится младший байт, а другие процессоры (например, Motorola) — второй вариант. То же касается и четырёхбайтных чисел: процессоры Intel хранят их, начиная с младшего байта, а некоторые другие процессоры — начиная со старшего. Сетевой формат представления таких чисел совпадает с форматом процессора Motorola, т.е. на платформах с процессором Intel необходимо переставлять байты при преобразовании чисел в сетевой формат.

Библиотека сокетов разрабатывалась для ОС Unix в которой традиционно высоко ценилась переносимость между платформами, поэтому она содержит функции, позволяющие не задумываться о порядке байтов в числах: ntohs, ntohl, htonsи htonl. Первая буква в названии этих функций показывает, в каком формате дано исходное число (n — Network — сетевом формат, h — Host — формат платформы), четвертая буква — формат результата, последняя буква — разрядность (s — Short — двухбайтное число, l — Long — четырёхбайтное число). Например, функция htonsпринимает в качестве параметра число типа u_short(Word) в формате платформы и возвращает то же число в сетевом формате. Реализация этих функций для каждой платформы своя: где-то они переставляют байты, где-то они возвращают в точности то число, которое было им передано. Благодаря этим функциям программы становятся переносимыми. Хотя для программиста на Delphi вопросы переносимости не столь актуальны, приходится прибегать к этим функциям хотя бы потому, что байты переставлять нужно, а никакого более удобного способа для этого не существует.

Сетевым протоколом называется набор соглашений, следование которым позволяет обеим сторонам одинаково интерпретировать принимаемые и отправляемые данные. Сетевой протокол можно сравнить с языком: два человека понимают друг друга тогда, когда говорят на одном языке. Причем если люди, говорящие на похожих, но немного разных языках, все же могут понимать друг друга, то компьютеры для нормального обмена данными должны поддерживать в точности одинаковый протокол.

Для установления взаимодействия между компьютерами должен быть согласован целый ряд вопросов, начиная от напряжения в проводах и заканчивая форматом пакетов. Реализуются эти соглашения на разных уровнях, поэтому логичнее иметь не один протокол, описывающий все и вся, а набор протоколов, каждый из которых охватывает только вопросы одного уровня. Организация Open Software Interconnection (OSI) предложила разделить все вопросы, требующие согласования, на семь уровней. Это разделение известно как семиуровневая модель OSI.

Семейство протоколов, реализующих различные уровни, называется стеком протоколов. Стеки протоколов не всегда точно следуют модели OSI, некоторые протоколы решают вопросы, связанные сразу с несколькими уровнями.

Первый уровеньв модели OSI называется физическим. На нем согласовываются физические, электрические и оптические параметры сети: напряжение и форма импульсов, кодирующих 0 и 1, какой разъем используется и т.п.

Второй уровеньносит название канального. На этом уровне решаются вопросы конфигурации сети (шина, звезда, кольцо и т.п.), приема и передачи кадров, допустимости и методов разрешения коллизий (ситуаций, когда сразу два компьютера пытаются передать данные).

Третий уровень— сетевой. Здесь определяется, как адресуются компьютеры. Большинство сетей используют широковещательный способ передачи: пакет, переданный одним компьютером, получают все остальные. Протокол сетевого уровня описывает критерии, на основании которых каждый компьютер может выбирать из сети только те пакеты, которые предназначены ему, и игнорировать все остальные. На этом же уровне определяется, как пакеты проходят через маршрутизатор.

Четвертый уровеньназывается транспортным. На этом уровне единый физический поток данных разбивается на независимые логические потоки. Это позволяет нескольким программам независимо друг от друга использовать сеть, не опасаясь, что их данные смешаются. Кроме того, на транспортном уровне решаются вопросы, связанные с подтверждением доставки пакета и упорядочиванием пакетов.

Пятый уровеньизвестен как уровень сессии. Он определяет процедуру установления, завершения связи и ее восстановления после разрыва. Расписывается последовательность действий каждой стороны и пакеты, которые они должны друг другу отправить для инициализации и завершения связи. Определяются соглашения о том, как единый поток разбивается на логические пакеты.

Шестой уровеньназывается уровнем представлений. На этом уровне определяется то, в каком формате данные передаются по сети. Под этим подразумевается, в первую очередь, внутренняя структура пакета, а также способ представления данных разных типов. Например, для двух- и четырёхбайтных целых чисел должен быть согласован порядок байтов, для логических величин — какие значения соответствуют True, какие — False, для строк — кодировка и способ задания конца строки и т.п.

Седьмой уровеньназывается уровнем приложений. Соглашения этого уровня позволяют работать с ресурсами (файлами, принтерами и т.д.) удаленного компьютера как с локальными, осуществлять удаленный вызов процедур и т.п.