Основы программирования в Linux

Примечание

Для преодоления некоторых проблем стандартного протокола IP существенно ограниченного количества доступных адресов был разработан интернет-протокол нового поколения IPv6. Он использует другой домен сокетов AF_INET6 и иной формат адресов. Ожидается, что со временем IPv6 заменит IP, но для этого потребуется много лет. Несмотря на то, что уже есть реализации IPv6 для Linux, их обсуждение выходит за рамки этой книги.

Несмотря на то, что у машин в Интернете почти всегда есть имена, их преобразуют в IP-адреса. Пример IP-адреса — 192.168.1.99. Все IP-адреса представлены четырьмя числами, каждое из которых меньше 256, и образуют так называемые четверки с точками. Когда клиент подключается по сети с помощью сокетов, ему нужен IP- адрес компьютера сервера.

На компьютере сервера может быть доступно несколько сервисов. Клиент может обратиться к конкретному сервису на компьютере, включенном в сеть, с помощью IP-порта. Внутри системы порт идентифицируется уникальным 16-разрядным целым числом, а за пределами системы — комбинацией IP-адреса и номера порта. Сокеты — это коммуникационные конечные точки, которые должны быть связаны с портами, прежде чем передача данных станет возможна.

Серверы ожидают запросов на соединения от определенных клиентов. У хорошо известных сервисов есть выделенные номера портов, которые используются всеми машинами под управлением ОС Linux и UNIX. Обычно, но не всегда, эти номера меньше 1024. Примерами могут служить буфер печати принтера (515), rlogin (513), ftp (21) и httpd (80). Последний из названных — стандартный порт для Web-серверов. Обычно номера портов, меньшие 1024, зарезервированы для системных сервисов и могут обслуживаться процессами с правами суперпользователя. Стандарт X/Open определяет в заголовочном файле netdb.h константу IPPORT_RESERVED для указания наибольшего номера зарезервированных портов.

Поскольку для стандартных сервисов есть стандартный набор номеров портов, компьютеры могут легко соединяться друг с другом, не угадывая правильный номер порта. Локальный сервисы могут применять адреса нестандартных портов.

Домен в первом упражнении, AF_UNIX, — это домен файловой системы UNIX, который может использоваться сокетами, находящимися на единственном компьютере, возможно, даже не входящем в сеть. Если это так, то низкоуровневый протокол — это файловый ввод/вывод, а адреса — имена файлов. Для сокета сервера применялся адрес server_socket, который, как вы видели, появлялся в текущем каталоге, когда вы выполняли серверное приложение.

Кроме того, могут применяться и другие домены: AF_ISO для сетей на основе стандартных протоколов ISO и AF_XNS для Xerox Network System (сетевая система Xerox). В этой книге мы их не будем обсуждать.

Типы сокетов

У домена сокетов может быть несколько способов обмена данными, у каждого из которых могут быть разные характеристики. В случае сокетов домена AF_UNIX проблемы не возникают, т.к, они обеспечивают надежный двунаправленный обмен данными. В сетевых доменах необходимо знать характеристики базовой сети и их влияние на различные механизмы передачи данных.

Интернет-протоколы предоставляют два механизма передачи данных с разными уровнями обслуживания: потоки и дейтаграммы.

Потоковые сокеты

Потоковые сокеты (в чем-то подобные стандартным потокам ввода/вывода) обеспечивают соединение, представляющее собой последовательный и надежный двунаправленный поток байтов. Следовательно, гарантируется, что без указания возникшей ошибки данные не будут потеряны, продублированы или переупорядочены. Сообщения большого объема фрагментируются, передаются и снова собираются воедино. Это напоминает файловый поток, который принимает большие объемы данных и делит их на меньшие блоки для записи на физический диск. У потоковых сокетов предсказуемое поведение.

Потоковые сокеты, описываемые типом SOCK_STREAM, реализованы в домене AF_INET соединениями на базе протоколов TCP/IP. Кроме того, это обычный тип сокетов и в домене AF_UNIX. В этой главе мы сосредоточимся на сокетах типа SOCK_STREAM, поскольку они чаще всего применяются при программировании сетевых приложений.