Разработка приложений в среде Linux. Второе издание - Майкл Джонсон

• Потоковые протоколы распознают только байтовые границы. Последовательности байтов могут разделяться и доставляться адресату по мере появления данных.

• Пакетные протоколы обрабатывают пакеты данных, сохраняя границы пакета и доставляя полные пакеты получателям. Пакетные протоколы, как правило, требуют определенного максимального размера пакета.

Хотя каждый из перечисленных атрибутов не зависит от остальных, в приложениях употребляются только два основных типа протоколов. Дейтаграммные протоколы являются механизмами пакетной передачи, не предоставляя при этом ни упорядочения, ни защиты от ошибок. Широко используется дейтаграммный протокол UDP, являющийся представителем семейства протоколов TCP/IP. Потоковые протоколы (такие как TCP из TCP/IP) — это протоколы потоковой передачи, которые обеспечивают и упорядочение, и защиту от ошибок.

Несмотря на то что дейтаграммные протоколы вроде UDP, несомненно, полезны[118], мы остановимся на применении потоковых протоколов, поскольку их легче использовать для большинства приложений. Подробное описание разработки протоколов и различий между их отдельными видами можно найти во многих книгах, например, [33] и [34].

17.1.4. Адреса

Поскольку каждый протокол поддерживает собственное определение сетевого адреса, интерфейс сокетов должен абстрагировать адреса. В качестве базовой формы адреса используется структура struct sockaddr; его содержимое устанавливается по-разному для каждого семейства адресов. Передавая struct sockaddr в системный вызов, процесс также указывает размер передаваемого адреса. Тип socklen_t определяется как число, достаточно большое для хранения размера любого сокета, который используется системой.

Все типы struct sockaddr соответствуют приведенному ниже определению.

#include <sys/socket.h>

struct sockaddr {

 unsigned short sa_family;

 char sa_data[MAXSOCKADDRDATA];

}

Первые два байта (размер short) указывают семейство адресов, к которому относится данный адрес. Перечень стандартных адресных семейств, используемых приложениями Linux, приведен в табл. 17.1.

Таблица 17.1. Семейства протоколов и адресов

Адрес Протокол Описание протокола AF_UNIX PF_UNIX Домен Unix. AF_INET PF_INET TCP/IP (версия 4). AF_INET6 PF_INET6 TCP/IP (версия 6). AF_AX25 PF_AX25 AX.25, используется радиолюбителями. AF_IPX PF_IPX Novell IPX. AF_APPLETALK PF_APPLETALK AppleTalk DDS. AF_NETROM PF_NETROM NetROM, используется радиолюбителями.

17.2. Служебные функции

Во всех примерах этого раздела используются две функции: copyData() и die(). Функция copyData() считывает данные из одного файлового дескриптора и записывает их в какой-то другой дескриптор (до тех пор, пока имеются данные для чтения). Функция die() вызывает perror() и завершает программу. Мы ввели обе указанные функции в файл sockutil.с для того, чтобы сделать обучающие программы немного проще. Для справки ниже показана реализация двух данных функций.

 1: /* sockutil.с */

 2:

 3: #include <stdio.h>

 4: #include <stdlib.h>

 5: #include <unistd.h>

 6:

 7: #include "sockutil.h"

 8:

 9: /* выдает сообщение об ошибке через функцию perror() и прекращает работу программы */

10: void die(char * message) {

11:  perror(message);

12:  exit(1);

13: }

14:

15: /* Копирует данные из дескриптора файла 'from' в дескриптор файла

16:  'to' до полного завершения копирования. Выходит из программы, если

17:  происходит ошибка. Предполагается, что для обоих файлов установлено

18:  блокирующее чтение и запись. */

19: void copyData(int from, int to) {

20:  char buf[1024];

21:  int amount;

22:

23;  while ((amount = read(from, buf, sizeof(buf))) > 0) {

24:   if (write(to, buf, amount) != amount) {

25:    die("write");

26:    return;

27:   }

28:  }

29:  if (amount < 0)

30:   die("read");

31: }

17.3. Основные действия с сокетами

Подобно большинству остальных ресурсов Linux сокеты реализуются через файловую абстракцию. Они создаются при помощи системного вызова socket(), который возвращает файловый дескриптор. После соответствующей инициализации сокета данный дескриптор может использоваться для запросов read() и write(), как и любой другой файловый дескриптор. Когда процесс завершает работу с сокетом, его необходимо закрыть через функцию close() для того, чтобы освободить все ресурсы, ассоциированные с ним.

В настоящем разделе представлены основные системные вызовы для создания и инициализации сокетов для любого протокола. Для того чтобы не зависеть от протоколов, информация в некоторой степени абстрагирована, по этой же причине мы не приводим примеры. Следующие два раздела посвящены применению сокетов в двух различных протоколах (домен Unix и TCP/IP). Здесь вы найдете подробные примеры использования большинства системных вызовов, описанных ниже.

17.3.1. Создание сокета

Новые сокеты создаются системным вызовом socket(), который возвращает файловый дескриптор для неинициализированного сокета. При создании сокет привязывается к определенному протоколу, однако соединение для сокета не устанавливается. На данном этапе еще невозможно считывать информацию из сокета и записывать в него.

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

Подобно open(), функция socket() возвращает значение меньше 0, если имела место ошибка, и файловый дескриптор, больший или равный нулю, если все прошло благополучно. Три параметра устанавливают протокол, который нужно использовать.

Первый параметр указывает семейство протоколов и, как правило, принимает одно из значений, перечисленных в табл. 17.1.

Следующий параметр type может иметь одно из значений: SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM или SOCK_RAW.[119] Здесь SOCK_STREAM указывает потоковый протокол из данного семейства, a SOCK_DGRAM специфицирует дейтаграммный протокол из того же семейства. Параметр SOCK_RAW предоставляет возможность передавать пакеты прямо в драйвер сетевого устройства, что позволяет пользовательским приложениям поддерживать сетевые протоколы, которые не воспринимаются ядром.

Последний параметр устанавливает протокол для использования с учетом всех ограничений, введенных первыми двумя параметрами. Как правило, значение этого параметра равно 0, что позволяет ядру использовать стандартный протокол установленного типа из указанного семейства. В табл. 17.2 перечислены некоторые допустимые протоколы для семейства PF_INET. Стандартными протоколами здесь считаются IPPROTO_TCP (потоковый) и IPPROTO_UDP (дейтаграммный).

Таблица 17.2. Протоколы IP

Протокол Описание IPPROTO_ICMP Internet Control Message Protocol (протокол управляющих сообщений в сети Internet) для IPv4. IPPROTO_ICMPV6 Internet Control Message Protocol (протокол управляющих сообщений в сети Internet) для IPv6. IPPROTO_IPIP Тоннели IPIP IPPROTO_IPV6 Заголовки IPv6. IPPROTO_RAW Пакеты Raw IP. IPPROTO_TCP Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей). IPPROTO_UDP User Datagram Protocol (UDP) (протокол передачи дейтаграмм пользователя).

17.3.2. Установка соединений