Книга: Основы программирования в Linux

Обмен данными с помощью сокетов

Обмен данными с помощью сокетов

Теперь, когда мы описали основные системные вызовы, связанные с сокетами, давайте повнимательнее рассмотрим программы-примеры. Вы попытаетесь переработать их, заменив сокет файловой системы сетевым сокетом. Недостаток сокета файловой системы состоит в том, что если автор не использует полное имя файла, он создается в текущем каталоге серверной программы. Для того чтобы сделать его полезным в большинстве случаев, следует создать сокет в общедоступном каталоге (например, /tmp), подходящем для сервера и его клиентов. В случае сетевых серверов достаточно выбрать неиспользуемый номер порта.

Для примера выберите номер порта 9734. Это произвольный выбор, позволяющий избежать использования портов стандартных сервисов (вы не должны применять номера портов, меньшие 1024, поскольку они зарезервированы для системного использования). Другие номера портов с обеспечиваемыми ими сервисами часто приводятся в системном файле /etc/services. При написании программ, использующих сокеты, всегда выбирайте номер порта, которого нет в этом файле конфигурации.

Вы будете выполнять ваши серверную и клиентскую программы в локальной сети, но сетевые сокеты полезны не только в локальной сети, любая машина с подключением к Интернету (даже по модемной линии связи) может применять сетевые сокеты для обмена данными с другими компьютерами. Программу, основанную на сетевых подключениях, можно применять даже на изолированном компьютере с ОС UNIX, т. к. такой компьютер обычно настроен на использование виртуальной сети или внутренней петли (loopback network), включающей только его самого. Для демонстрационных целей данный пример использует виртуальную сеть, которая может быть также полезна для отладки сетевых приложений, поскольку она устраняет любые внешние сетевые проблемы.

Виртуальная сеть состоит из единственного компьютера, традиционно именуемого localhost, со стандартным IP-адресом 127.0.0.1. Это локальная машина. Ее адрес вы сможете найти в файле сетевых узлов etc/hosts наряду с именами и адресами других узлов, входящих в совместно используемые сети.

У каждой сети, с которой компьютер обменивается данными, есть связанный с ней аппаратный интерфейс. У компьютера в каждой сети может быть свое имя и конечно будут разные IP-адреса. Например, у машины Нейла с именем tilde три сетевых интерфейса и, следовательно, три адреса. Они записаны в файле /etc/hosts следующим образом.

127.0.0.1    localhost         # Петля
192.168.1.1  tilde.localnet    # Локальная частная сеть Ethernet
158.152.X.X  tilde.demon.co.uk # Модемная линия связи

Первая строка — пример виртуальной сети, ко второй сети доступ осуществляется с помощью адаптера Ethernet, а третья — модемная линия связи с провайдером интернет-сервисов. Вы можете написать программу, применяющую сетевые сокеты, для связи с серверами с помощью любого из приведенных интерфейсов без каких-либо корректировок.

Выполните упражнения 15.3 и 15.4.

Далее приведена измененная программа-клиент client2.c, предназначенная для использования сетевого соединения на базе сокета в виртуальной сети. Она содержит незначительную ошибку, связанную с аппаратной зависимостью, но мы обсудим ее чуть позже в этой главе.

1. Включите необходимые директивы #include и задайте переменные:

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
 int sockfd;
 int len;
 struct sockaddr_in address;
 int result;
 char ch = 'A';

2. Создайте сокет клиента:

 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

3. Присвойте имя сокету по согласованию с сервером:

 address.sin_family = AF_INET;
 address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 address.sin_port = 9734;
 len = sizeof(address);

Оставшаяся часть программы такая же, как в приведенном ранее в этой главе примере. Когда вы выполните эту версию, она завершится аварийно, потому что на данном компьютере нет сервера, выполняющегося на порте 9734.

$ ./client2
oops: client2: Connection refused
$

Как это работает

Клиентская программа использует структуру sockaddr_in из заголовочного файла netinet/in.h для задания адреса AF_INET. Она пытается подключиться к серверу, размещенному на узле с IP-адресом 127.0.0.1. Программа применяет функцию inet_addr для преобразования текстового представления IP-адреса в форму, подходящую для адресации сокетов. На страницах интерактивного справочного руководства для inet вы найдете дополнительную информацию о других функциях, преобразующих адреса.

Вам также нужно модифицировать серверную программу, ждущую подключений на выбранном вами номере порта. Далее приведена откорректированная программа сервера server2.c.

1. Вставьте необходимые заголовочные файлы и задайте переменные:

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
 int server_sockfd, client_sockfd;
 int server_len, client_len;
 struct sockaddr_in server_address;
 struct sockaddr_in client_address;

2. Создайте неименованный сокет для сервера:

 server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

3. Дайте имя сокету:

 server_address.sin_family = AF_INET;
 server_address.sin_port.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 server_address.sin_port = 9734;
 server_len = sizeof(server_address);
 bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);

С этой строки и далее текст примера точно совпадает с программным кодом в файле server1.c. Выполнение client2 и server2 продемонстрирует то же поведение, что и при запуске программ client1 и server1.

Как это работает

Серверная программа создает сокет домена AF_INET и выполняет необходимые действия для приема запросов на подключение к нему. Сокет связывается с выбранным вами портом. Заданный адрес определяет, каким машинам разрешено подсоединяться. Задавая такой же адрес виртуальной сети, как в клиентской программе, вы ограничиваете соединения только локальной машиной.

Если вы хотите разрешить серверу устанавливать соединения с удаленными клиентами, необходимо задать набор IP-адресов, которые разрешены. Можно применить специальное значение INADDR_ANY для того, чтобы показать, что будете принимать запросы на подключение от всех интерфейсов, имеющихся на вашем компьютере. Если необходимо, вы можете разграничить интерфейсы разных сетей, чтобы отделить соединения локальной сети от соединений глобальной сети. Константа INADDR_ANY — 32-разрядное целое число, которое можно использовать в поле sin_addr.s_addr адресной структуры. Но прежде вам нужно решить проблему.

Оглавление книги