Хэл Фултон - Программирование на языке Ruby

Можно обмениваться данными непосредственно по протоколу IP, но обычно так не поступают. Чаще нас интересуют протоколы TCP и UDP.

Протокол TCP обеспечивает надежную связь между двумя компьютерами (хостами). Он упаковывает данные в пакеты и распаковывает их, подтверждает получение пакетов, управляет тайм-аутами и т.д. Поскольку протокол надежный, приложению нет нужды беспокоиться о том, получил ли удаленный хост посланные ему данные.

Протокол UDP гораздо проще: он отправляет пакеты (датаграммы) удаленному хосту, как будто это двоичные почтовые открытки. Нет никакой гарантии, что данные будут получены, поэтому протокол называется ненадежным (а, следовательно, приложению придется озаботиться дополнительными деталями).

Ruby поддерживает сетевое программирование на низком уровне (главным образом по протоколам TCP и UDP), а также и на более высоких, в том числе по протоколам telnet, FTP, SMTP и т.д.

На рис. 18.1 представлена иерархия классов, из которой видно, как организована поддержка сетевого программирования в Ruby. Показаны классы HTTP и некоторые другие столь же высокого уровня; кое-что для краткости опущено.

Рис. 18.1. Часть иерархии наследования для поддержки сетевого программирования в Ruby

Отметим, что большая часть этих классов прямо или косвенно наследует классу IO. Следовательно, мы может пользоваться уже знакомыми методами данного класса.

Попытка документировать все функции всех показанных классов завела бы нас далеко за рамки этой книги. Я лишь покажу, как можно применять их к решению конкретных задач, сопровождая примеры краткими пояснениями. Полный перечень всех методов вы можете найти к справочном руководстве на сайте ruby-doc.org.

Ряд важных областей применения в данной главе вообще не рассматривается, поэтому сразу упомянем о них. Класс Net::Telnetупоминается только в связи с NTP-серверами в разделе 18.2.2; этот класс может быть полезен не только для реализации собственного telnet-клиента, но и для автоматизации всех задач, поддерживающих интерфейс по протоколу telnet.

Библиотека Net::FTPтакже не рассматривается. В общем случае автоматизировать обмен по протоколу FTP несложно и с помощью уже имеющихся клиентов, так что необходимость в этом классе возникает реже, чем в прочих.

Класс Net::Protocol, являющийся родительским для классов HTTP, POP3 и SMTP полезен скорее для разработки новых сетевых протоколов, но эта тема в данной книге не обсуждается.

На этом завершим краткий обзор и приступим к рассмотрению низкоуровневого сетевого программирования.

Жизнь сервера проходит в ожидании входных сообщений и ответах на них.

Не исключено, что для формирования ответа требуется серьезная обработка, например обращение к базе данных, но с точки зрения сетевого взаимодействия сервер просто принимает запросы и отправляет ответы.

Но даже это можно организовать разными способами. Сервер может в каждый момент времени обслуживать только один запрос или иметь несколько потоков. Первый подход проще реализовать, зато у второго есть преимущества, когда много клиентов одновременно обращается с запросами.

Можно представить себе сервер, единственное назначение которого состоит в том, чтобы облегчить общение между клиентами. Классические примеры — чат-серверы, игровые серверы и файлообменные сети.

Рассмотрим самый простой сервер, который вы только способны представить. Пусть некоторая машина располагает такими точными часами, что ее можно использовать в качестве стандарта времени. Такие серверы, конечно, существуют, но взаимодействуют не по тому тривиальному протоколу, который мы обсудим ниже. (В разделе 18.2.2 приведен пример обращения к подобному серверу по протоколу telnet.)

В нашем примере все запросы обслуживаются в порядке поступления однопоточным сервером. Когда приходит запрос от клиента, мы возвращаем строку, содержащую текущее время. Ниже приведен код сервера:

require "socket"

PORT = 12321

HOST = ARGV[0] || 'localhost'

server = UDPSocket.open # Применяется протокол UDP...

server.bind nil, PORT

loop do

text, sender = server.recvfrom(1)

server.send(Time.new.to_s + "\n", 0, sender[3], sender[1])

end

А это код клиента:

require "socket"

require "timeout"

PORT = 12321

HOST = ARGV[0] || 'localhost'

socket = UDPSocket.new

socket.connect(HOST, PORT)

socket.send("", 0)

timeout(10) do

time = socket.gets

puts time

end

Чтобы сделать запрос, клиент посылает пустой пакет. Поскольку протокол UDP ненадежен, то, не получив ответа в течение некоторого времени, мы завершаем работу по тайм-ауту.

В следующем примере такой же сервер реализован на базе протокола TCP. Он прослушивает порт 12321; запросы к этому порту можно посылать с помощью программы telnet (или клиента, код которого приведен ниже).

require "socket"

PORT = 12321

server = TCPServer.new(PORT)

while (session = server.accept)

session.puts Time.new

session.close

end

Обратите внимание, как просто использовать класс TCPServer. Вот TCP-версия клиента:

require "socket"

PORT = 12321

HOST = ARGV[0] || "localhost"

session = TCPSocket.new(HOST, PORT)

time = session.gets

session.close

puts time

Некоторые серверы должны обслуживать очень интенсивный поток запросов. В таком случае эффективнее обрабатывать каждый запрос в отдельном потоке.

Ниже показана реализация сервера текущего времени, с которым мы познакомились в предыдущем разделе. Он работает по протоколу TCP и создает новый поток для каждого запроса.

require "socket"

PORT = 12321

server = TCPServer.new(PORT)

while (session = server.accept)

Thread.new(session) do |my_session|

my_session.puts Time.new

my_session.close

end

end

Многопоточность позволяет достичь высокого параллелизма. Вызывать метод joinне нужно, поскольку сервер исполняет бесконечный цикл, пока его не остановят вручную.

Код клиента, конечно, остался тем же самым. С точки зрения клиента, поведение сервера не изменилось (разве что он стал более надежным).

Не всегда нашей конечной целью является взаимодействие с самим сервером. Иногда сервер — всего лишь средство для соединения клиентов друг с другом. В качестве примера можно привести файлообменные сети, столь популярные в 2001 году. Другой пример — серверы для мгновенной передачи сообщений, например ICQ, и разного рода игровые серверы.