Программный интерфейс сокетов

Программный интерфейс сокетов

Вы уже познакомились с интерфейсом сокетов при обсуждении реализации межпроцессного взаимодействия в BSD UNIX. Поскольку сетевая поддержка впервые была разработана именно для BSD UNIX, интерфейс сокетов и сегодня является весьма распространенным при создании сетевых приложений. В разделе "Поддержка сети в BSD UNIX" мы вновь вернемся к сокетам, когда будем рассматривать внутреннюю архитектуру сетевой подсистемы в UNIX ветви BSD. Сейчас же рассмотрим простой пример приложения клиент-сервер, который демонстрирует возможности сокетов при обеспечении взаимодействия между удаленными процессами. Несмотря на то что взаимодействие затрагивает передачу данных по сети, приведенная программа мало отличается от примера, рассмотренного в разделе "Межпроцессное взаимодействие в BSD UNIX. Сокеты" главы 3. Логика приложения сохранена — клиент отправляет серверу сообщение, сервер передает его обратно, а клиент, в свою очередь, выводит полученное сообщение на экран. Наиболее существенным отличием является коммуникационный домен сокетов — в данном случае AF_INET. Соответственно изменилась и схема адресации коммуникационного узла. Согласно схеме адресации TCP/IP, коммуникационный узел однозначно идентифицируется двумя значениями: адресом хоста (IP-адрес) и адресом процесса (адрес порта). Это отражает и структура sockaddr_in, которая является конкретным видом общей структуры адреса сокета sockaddr. Структура sockaddr_in имеет следующий вид:

struct sockaddr_in {

 short sin_family;        Коммуникационный домен — AF_INET

 u_short sin_port;        Номер порта

 struct in_addr sin_addr; IP-адрес хоста

 char sin_zero[8];

};

Адрес порта должен быть предварительно оговорен между клиентом и сервером.

В заключение, прежде чем перейти непосредственно к текстам программы, заметим, что интерфейс сокетов также поддерживается и в UNIX System V, наряду с другим программным интерфейсом — TLI, который будет рассмотрен в следующем разделе.

Приведенный пример в качестве транспортного протокола использует TCP. Это значит, что перед передачей прикладных данных клиент должен установить соединение с сервером. Эта схема, приведенная на рис. 6.17, несколько отличается от рассмотренной в разделе "Межпроцессное взаимодействие в BSD UNIX. Сокеты", где передача данных осуществлялась без предварительного установления связи и в данном случае соответствовала бы использованию протокола UDP.

Рис. 6.17. Схема установления связи и передачи данных между клиентом и сервером

В соответствии с этой схемой сервер производит связывание с портом, номер которого предполагается известным для клиентов bind(2), и сообщает о готовности приема запросов listen(2)). При получении запроса он с помощью функции accept(2) создает новый сокет, который и обслуживает обмен данными между клиентом и сервером. Для того чтобы сервер мог продолжать обрабатывать поступающие запросы, он порождает отдельный процесс на каждый поступивший запрос. Дочерний процесс, в свою очередь, принимает сообщения от клиента (recv(2)) и передает их обратно (send(2)).

Клиент не выполняет связывания, поскольку ему безразлично, какой адрес будет иметь его коммуникационный узел. Эту операцию выполняет система, выбирая свободный адрес порта и установленный адрес хоста. Далее клиент направляет запрос на установление соединения (connect(2)), указывая адрес сервера (IP-адрес и номер порта). После установления соединения ("тройное рукопожатие") клиент передает сообщение (send(2)), принимает от сервера ответ recv(2)) и выводит его на экран.

В программе используются несколько функций, которые не рассматривались. Эти функции значительно облегчают жизнь программисту, выполняя, например, такие действия, как трансляцию доменного имени хоста в его IP-адрес (gethostbyname(3N)), приведение в соответствие порядка следования байтов в структурах данных, который может различаться для хоста и сети (htons(3N)), а также преобразование IP-адресов и их составных частей в соответствии с привычной "человеческой" нотацией, например 127.0.0.1 (inet_ntoa(3N)). Мы не будем подробнее останавливаться на этих функциях, предоставляя читателю самостоятельно обратиться к соответствующим разделам электронного справочника man(1).

Ниже приведены тексты программ сервера и клиента.

Сервер

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <netdb.h>

/* Номер порта сервера, известный клиентам */

#define PORTNUM 1500

main(argc, argv)

int argc;

char *argv[];

{

 int s, ns;

 int pid;

 int nport;

 struct sockaddr_in serv_addr, clnt_addr;

 struct hostent* hp;

 char buf[80], hname[80];

 /* Преобразуем порядок следования байтов

    к сетевому формату */

 nport = PORTNUM;

 nport = htons((u_short)nport);

 /* Создадим сокет, использующий протокол TCP */

 if ((s=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1) {

  perror("Ошибка вызова socket()");

  exit(1);

 }

 /* Зададим адрес коммуникационного узла */

 bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));

 serv_addr.sin_family = AF_INET;

 serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

 serv.addr.sin_port = nport;

 /* Свяжем сокет с этим адресом */

 if (bind(s, struct sockaddr*)&serv_addr,

  sizeof(serv_addr))==-1) {

  perror("Ошибка вызова bind()");

  exit(1);

 }

 /* Выведем сообщение с указанием адреса сервера */

 fprintf(stderr, "Сервер готов: %s ",

  inet_ntoa(serv_addr.sin_addr));

 /* Сервер готов принимать запросы

    на установление соединения.

    Максимальное число запросов, ожидающих обработки – 5.

    Как правило, этого числа достаточно, чтобы успеть

    выполнить accept(2) и породить дочерний процесс */

 if (listen(s, 5)==-1) {

  perror("Ошибка вызова listen()");

  exit(1);

 }

 /* Бесконечный цикл получения запросов и их обработки */

 while (1) {

  int addrlen;

  bzero(&clnt_addr, sizeof(clnt_addr));

  addrlen = sizeof(clnt_addr);

  /* Примем запрос. Новый сокет ns становится

     коммуникационным узлом созданного виртуального канала */

  if ((ns=accept(s, (struct sockaddr*)&clnt_addr,

   &addrlen))==-1) {

   perror("Ошибка вызова accept()");

   exit(1);

  }

  /* Выведем информацию о клиенте */

  fprintf(stderr, "Клиент = %s ",

   inet_ntoa(clnt_addr.sin_addr));

  /* Создадим процесс для работы с клиентом */

  if ((pid=fork())==-1) {

   perror("Ошибка вызова fork()");

   exit(1);

  }

  if (pid==0) {

   int nbytes;

   int fout;

   /* Дочерний процесс: этот сокет нам не нужен. Он

      по-прежнему используется для получения запросов */

   close(s);

   /* Получим сообщение от клиента и передадим его обратно */

   while ((nbytes = recv(ns, buf, sizeof(buf), 0)) !=0) {

    send(ns, buf, sizeof(buf), 0);

   }

   close(ns);

   exit(0);

  }

  /* Родительский процесс: этот сокет нам не нужен. Он

     используется дочерним процессом для обмена данными */

  close(ns);

 }

}

Клиент

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <netdb.h>

/* Номер порта, который обслуживается сервером */

#define PORTNUM 1500

main (argc, argv)

char *argv[];

int argc;

{

 int s;

 int pid;

 int i, j;

 struct sockaddr_in serv_addr;

 struct hostent *hp;

 char buf[80]="Hello, World!";

 /* В качестве аргумента клиенту передается доменное имя

    хоста, на котором запущен сервер. Произведем трансляцию

    доменного имени в адрес */

 if ((hp = gethostbyname(argv[1])) == 0) {

  perror("Ошибка вызова gethostbyname()");

  exit(3);

 }

 bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));

 bcopy(hp->h_addr, &serv_addr.sin_addr, hp->h_length);

 serv_addr.sin_family = hp->h_addrtype;

 serv_addr.sin_port = htons(PORTNUM);

 /* Создадим сокет */

 if ((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

  perror("Ошибка вызова socket!)");

  exit(1);

 }

 fprintf(stderr, "Адрес клиента: %s ",

  inet_ntoa(serv_addr.sin_addr));

 /* Создадим виртуальный канал */

 if (connect (s, (struct sockaddr*)&serv_addr,

  sizeof(serv_addr)) == -1) {

  perror("Ошибка вызова connect()");

  exit(1);

 }

 /* Отправим серверу сообщение и получим его обратно */

 send(s, buf, sizeof(buf), 0);

 if (recv(s, buf, sizeof(buf) , 0) < 0) {

  perror("Ошибка вызова recv()");

  exit(1);

 }

 /* Выведем полученное сообщение на экран */

 printf("Получено от сервера: %s ", buf);

 close(s);

 printf("Клиент завершил работу ");

}