Глава 10.Сокеты

10.1. Введение

В предыдущих главах был изучен ряд механизмов межпроцессного взаимодействия системы UNIX. В настоящее время пользователями и разработчиками часто используются и сетевые среды, предоставляющие возможности технологи клиент/сервер. Такой подход позволяет совместно использовать данные, дисковое пространство, периферийные устройства, процессорное время и другие ресурсы. Работа в сетевой среде по технологии клиент/сервер предполагает взаимодействие процессов, находящихся на клиентских и серверных системах, разделенных средой передачи данных.

Исторически сетевые средства UNIX развивались двумя путями. Разработчики Berkeley UNIX создали в начале 80-х годов известный и широко применяемый интерфейс сокетов, а разработчики System V выпустили в 1986 г. Transport Level Interface (интерфейс транспортного уровня, сокращенно TLI). Раздел сетевого программирования в документации по стандарту Х/Open часто называют спецификацией XTI. Спецификация XTI включает и интерфейс сокетов, и интерфейс TLI. Основные понятия являются общими для обеих реализации, но интерфейс TLI использует намного больше структур данных, и его реализация гораздо сложнее, чем реализация интерфейса сокетов. Поэтому в этой главе будет рассмотрен хорошо известный и испытанный интерфейс сокетов. Они обеспечивают простой программный интерфейс, применимый как для связи процессов на одном компьютере, так и для связи процессов через сети. Целью сокетов является обеспечение средства межпроцессного взаимодействия для двунаправленного обмена сообщениями между двумя процессами независимо от того, находятся ли они на одном или на разных компьютерах.

Глава будет посвящена краткому ознакомлению с основными понятиями и средствами работы с сокетами. При необходимости продолжить их изучение следует обратиться к более подробному руководству (например, книге «Advanced Programming in the UNIX Environment» У.Р. Стивенса) или к специалисту по сетевому программированию.

Кроме этого, необходимо отметить, что во время компоновки программ может понадобиться подключение сетевых библиотек – за рекомендациями обратитесь к справочному руководству системы.

10.2. Типы соединения

Если процессам нужно передать данные по сети, они могут выбрать для этого один из двух способов связи. Процесс, которому нужно посылать неформатированный, непрерывный поток символов одному и тому же абоненту, например, процессу удаленного входа в систему, может использовать модель соединения (connection oriented model) или виртуальное соединение (virtual circuit). В других же случаях (например, если серверу нужно разослать сообщение клиентам, не проверяя его доставку) процесс может использовать модель дейтаграмм (connectionless oriented model). При этом процесс может посылать сообщения (дейтаграммы) по произвольным адресам через один и тот же сокет без предварительного установления связи с этими адресами. Термин дейтаграмма (datagram) обозначает пакет пользовательского сообщения, посылаемый через сеть. Для облегчения понимания приведем аналогию: модель виртуальных соединений напоминает телефонную сеть, а модель дейтаграмм – пересылку писем по почте. Поэтому в последнем случае нельзя быть абсолютно уверенным, что сообщение дошло до адресата, а если необходимо получить ответ на него, то нужно указать свой обратный адрес на конверте. Модель соединений будет более подходящей при необходимости получения тесного взаимодействия между системами, когда обмен сообщениями и подтверждениями происходит в определенном порядке. Модель без соединений является более эффективной и лучше подходит в таких случаях, как рассылка широковещательных сообщений большому числу компьютеров.

Для того чтобы взаимодействие между процессами на разных компьютерах стало возможным, они должны быть связаны между собой как на аппаратном уровне при помощи сетевого оборудования – кабелей, сетевых карт и различных устройств маршрутизации, так и на программном уровне при помощи стандартного набора сетевых протоколов. Протокол представляет собой просто набор правил, в случае сетевого протокола – набор правил обмена сообщениями между компьютерами. Поэтому в системе UNIX должны существовать наборы правил для обеих моделей – как для модели соединений, так и для модели дейтаграмм. Для модели соединений используется протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, сокращенно TCP), а для модели дейтаграмм – протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, сокращенно UDP).¹