Системы программирования для компьютерных сетей

Глава 1 Введение в сетевое программирование

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 демон — daemon), 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.

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

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.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читайте также

ГЛАВА 12 Сетевое программирование с помощью сокетов Windows

ГЛАВА 12 Сетевое программирование с помощью сокетов Windows Именованные каналы пригодны для организации межпроцессного взаимодействия как в случае процессов, выполняющихся на одной и той же системе, так и в случае процессов, выполняющихся на компьютерах, связанных друг с

ГЛАВА 14. Введение в Web-программирование. Язык JavaScript

ГЛАВА 14. Введение в Web-программирование. Язык JavaScript Web-дизайн состоит из трех частей: содержимого, представления и поведения. Это мы узнали еще в главе 1. Содержимому была посвящена часть I, представлению — часть II. Теперь настала очередь обсудить поведение.Поведение — это

Глава 6 Сетевое оборудование

Глава 6 Сетевое оборудование Какое бы количество компьютеров ни планировалось подключить к сети, для того чтобы такое подключение стало возможным вообще, требуется некоторое оборудование. Мало того, чем больше компьютеров – тем больше такого оборудования потребуется.В

ГЛАВА 14. Введение в Web-программирование. Язык JavaScript

ГЛАВА 14. Введение в Web-программирование. Язык JavaScript Web-дизайн состоит из трех частей: содержимого, представления и поведения. Это мы узнали еще в главе 1. Содержимому была посвящена часть I, представлению — часть II. Теперь настала очередь обсудить поведение.Поведение — это

Глава 6 Сетевое общение

Глава 6 Сетевое общение – Секреты ICQ – Альтернативы ICQ – Сеть FIDO – IP-телефония. Программы для голосового общения Общение – один из самых популярных способов использования Интернета. Существует очень много инструментов сетевого общения, и каждый человек может найти

Глава 28 Программирование ядра

Глава 28 Программирование ядра Из главы 7 вы узнали, что драйверы устройств в Linux выполнены в виде модулей ядра, и познакомились с пакетом module-init-tools (он же modutils для ядер 2.4), содержащим утилиты для выполнения основных операций над модулями ядра. В этой главе я покажу, как

Глава 15. Программирование на VBA в Word.

Глава 15. Программирование на VBA в Word. В этой главе . ~ Объектная модель Word~ Ключевые объекты Word: окна, выделения, диапазоны и объект Find~ Диапазоны или выделения: что использовать при работе с текстом~ Методы и свойства для манипуляции с текстом~ Поиск и замена текста с помощью

Глава 16. VBA-программирование в Excel.

Глава 16. VBA-программирование в Excel. В этой главе . ~ Что такое объектная модель Excel~ Управление ячейками с использованием объектов диапазонов~ Создание собственных функций для использования в формулах рабочих листов~ Использование встроенных функций Excel в VBA-коле~ Работа с

Глава 17. Программирование баз данных.

Глава 17. Программирование баз данных. В этой главе . ~ Знакомство с терминологией~ Написание кода баз данных с помощью объектов данных ActiveX~ Программирование с помощью DAO~ Ускорение с помощью SQLНесмотря на то, что Access — официальное приложение для работы с базами данных,

1.1. Введение в объектно-ориентированное программирование

1.1. Введение в объектно-ориентированное программирование Прежде чем начать разговор о самом языке Ruby, неплохо было бы потолковать об объектно-ориентированном программировании вообще. Поэтому сейчас мы вкратце рассмотрим общие идеи, лишь слегка касаясь

Глава 18. Сетевое программирование

Глава 18. Сетевое программирование Если торговец в разговоре с вами произносит слово «сеть», скорее всего, он желает всучить свою визитную карточку. Но в устах программиста это слово обозначает электронное взаимодействие физически удаленных машин — неважно, находятся

ГЛАВА 27. Программирование с транзакциями.

ГЛАВА 27. Программирование с транзакциями. Транзакция является начальной точкой для всех взаимодействий клиентского приложения с сервером. В этой главе мы с точки зрения различных интерфейсов клиента рассмотрим запуск, управление и завершение транзакций.Многие языки и

ГЛАВА 28. Введение в программирование в Firebird.

ГЛАВА 28. Введение в программирование в Firebird. Одним из самых больших преимуществ полнокровных реализаций реляционных баз данных SQL является их способность компилировать и выполнять внутренние модули (хранимые процедуры и триггеры), представленные разработчиками в виде

Глава 9 Программирование для смартфонов

Глава 9 Программирование для смартфонов Особенности программирования для смартфонов В этой главе мы научимся создавать приложения для смартфонов под управлением системы Windows Mobile 5.0. Так получилось, что в России смартфоны под управлением Smartphone 2003 поначалу не получили

Глава 11 Сетевое взаимодействие

Глава 11 Сетевое взаимодействие • Краткое описание сетевых компонентов• Простой обмен данными• Слежение за компьютером по сети• Многопользовательский разговорникОрганизация надежного сетевого взаимодействия между приложениями или компонентами одного

Глава 9 ВИЗУАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Глава 9 ВИЗУАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ 9.1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ Визуальное программирование является в настоящее. время одной из наиболее популярных парадигм программирования. Визуальное программирование состоит в автоматизированной разработке

Источник