No Image

Программирование сетей для чайников

1 просмотров
10 марта 2020

В области компьютеризации понятие программирования сетевых задач или иначе называемого сетевого программирования (англ. network programming ), довольно сильно схожего с понятиями программирование сокетов и клиент-серверное программирование, включает в себя написание компьютерных программ, взаимодействующих с другими программами посредством компьютерной сети.

Программа или процесс, инициирующие установление связи, называются клиентским процессом, а программа, ожидающая инициации связи, называется серверным процессом. Клиентский и серверный процессы вместе образуют распределённую систему. Связь между клиентским и серверным процессами может быть или на основе соединений [en] (как например, TCP-протокол, устанавливающий виртуальное соединение или сеанс [en] ), или без соединений [en] (на основе UDP-датаграмм).

Программа, которая может функционировать и как клиент и как сервер, основывается на одноранговой связи.

Сокеты обычно реализуются библиотекой интерфейса программирования приложений (API), как например, сокеты Беркли, впервые представленные в 1983 году. Большинство реализаций основаны на сокетах Беркли, например, Winsock, представленный в 1991 году. Существуют и другие реализации API сокетов, например, Интерфейс транспортного уровня (TLI) на основе STREAMS.

Ниже следуют примеры функций или методов, обычно реализуемые библиотекой API:

  • socket() создает новый сокет определённого типа, идентифицируемый при помощи целого числа, после чего выделяет ему системные ресурсы.
  • bind() , как правило, используется на серверной стороне; ассоциирует сокет с адресной структурой сокетов, то есть определённым номером локального порта и IP-адресом.
  • listen() используется на стороне сервера; переводит TCP-сокет в режим прослушивания.
  • connect() используется на клиентской стороне; привязывает номер незанятого локального порта к сокету. В случае с TCP-сокетом, вызывает попытку установить новое TCP-соединение.
  • accept() используется на стороне сервера. Данная функция принимает полученную попытку создания нового TCP-соединения от удаленного клиента и создает новый сокет, ассоциированный с парой сокетных адресов этого соединения.
  • send() и recv() или write() и read() или recvfrom() и sendto() используются для отправки и получения данных к/от удалённого сокета.
  • close() вызывает освобождение системных ресурсов, выделенных сокету. В случае TCP, соединение завершается.

Введение в сетевое программирование

Читайте также:  Что означает ориентация в телефоне

Чтобы писать программы, рассчитанные на взаимодействие в компьютерных сетях, необходимо сначала изобрести протокол — соглашение о порядке взаимодействия таких программ. Прежде чем углубляться в детальное проектирование протокола, нужно принять некоторые высокоуровневые решения о том, какая программа будет инициировать передачу данных и в каких случаях можно ожидать ответной передачи. Например, веб-сервер обычно рассматривается как долгоживущая программа (или демонdaemon), которая отправляет сообщения исключительно в ответ на запросы, поступающие по сети. Другой стороной является веб-клиент, например браузер, который всегда начинает взаимодействие с сервером первым. Деление на клиенты и серверы характерно для большинства сетевых приложений. И протокол, и программы обычно упрощаются, если возможность отправки запросов предоставляется только клиенту. Конечно, некоторые сетевые приложения более сложной структуры требуют поддержки асинхронного обратного вызова (asynchronous callback), то есть инициации передачи сообщений сервером, а не клиентом. Однако гораздо чаще приложения реализуются в базовой модели клиент-сервер, изображенной на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Сетевое приложение: клиент и сервер

Клиенты обычно устанавливают соединение с одним сервером за один раз, хотя, если в качестве примера говорить о веб-браузере, мы можем соединиться со множеством различных веб-серверов, скажем, в течение 10 минут. Сервер, напротив, в любой момент времени может быть соединен со множеством клиентов. Это отражено на рис. 1.2. Далее в этой главе будут рассмотрены различные возможности взаимодействия сервера одновременно со множеством клиентов.

Рис. 1.2. Сервер, который одновременно обслуживает множество клиентов

Не будет большой ошибкой сказать, что клиентское и серверное приложения взаимодействуют по сетевому протоколу, однако фактически в большинстве случаев используется несколько протоколов различных уровней. В этой книге мы сосредоточимся на наборе (стеке) протоколов TCP/IP, также называемом набором протоколов Интернета. Так, например, клиенты и веб-серверы устанавливают соединения, используя протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP). TCP, в свою очередь, использует протокол Интернета (Internet Protocol, IP), а протокол IP устанавливает соединение с тем или иным протоколом канального уровня. Если и клиент, и сервер находятся в одной сети Ethernet, взаимодействие между ними будет осуществляться по схеме, изображенной на рис. 1.3.

Читайте также:  Фото сейфа в квартире

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

Читайте также:  679 Смс теле2 что это

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.

Сетевое программирование (network programming) ПО – одна из центральных задач программирования при разработке бизнес-приложений. В данном разделе приведен материал по описанию основных сетевых протоколов и работы с ними через .NET, работа с сетью P2P, каналами RSS и Atom. Отмечу, что здесь не обсуждается API-интерфейс для работы с "коммуникациями" WCF – для него будет выделен отдельный раздел на сайте.

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector