ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Адресация сокетов для протокола IP

12 3

Цель работы

Изучить:

- возможности реализации архитектуры клиент-сервер на основе интерфейса сокетов Windows Sockets API;

- типы сокетов TCP/IP;

- основные методики и API-функции для разработки сетевых приложений с использованием Winsock.

Постановка задачи

1.Изучить методические указания к лабораторной работе, материалы лекций и рекомендуемую литературу.

2.Разработать консольное клиент-серверное приложение, демонстрирующее взаимодействие на основе потоковых сокетов.

3.Разработать консольное клиент-серверное приложение, демонстрирующее взаимодействие на основе дейтаграммных сокетов.

Методические указания

Понятие сокета

Сокет (Socket - гнездо, разъем) - абстрактное программное понятие, используемое для обозначения в прикладной программе конечной точки канала связи с коммуникационной средой, образованной вычислительной сетью.

Соединяя вместе два сокета, можно передавать данные между разными процессами (локальными и удаленными). Реализация сокетов обеспечивает инкапсуляцию протоколов сетевого и транспортного уровней.

Интерфейс, используемый приложением при взаимодействии с программным обеспечением транспортного протокола, называется интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interface - API). API интерфейс определяет набор операций, которые могут быть выполнены приложением при взаимодействии с программным обеспечением протокола.

Функции прикладного программного интерфейса сокетов (Sockets API) обеспечивают идентификацию конечных точек соединения, установку соединения, отправку сообщений, ожидание входящих сообщений, разрыв соединения и обработку ошибок.

Протоколы и семейства адресов

Важнейшим преимуществом сокетов Windows является предоставление единого независимого интерфейса сетевого программирования (Sockets API) для различных сетевых протоколов.

Платформы Win32 поддерживают разнообразные сетевые стеки протоколов : TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, AppleTalk, ATM, Infrared Sockets. Каждому из них соответствует свое семейство адресов сокетов. Напрмер, TCP/IP соответствует семейство адресов AF_INET, IPX/SPX – AF_NS, ATM –AF_ATM и т.д.

Семейство адресов – важнейший параметр сокета. Он указывает используемый в настоящее время протокол и ограничивает применение других параметров сокета.

Мы рассмотрим адресацию сокетов только для стека протоколов TCP/IP, как самого распространенного на сегодняшний день.

Адрес сокета при использовании протоколов TCP/IP задает следующий набор значений:

- номер сети;

- номер конечного узла;

- номер порта прикладной службы.

Инициализация Winsock

Перед вызовом любой функции Winsock необходимо загрузить соответствующую версию библиотеки Winsock. Для использования в приложении Winsock 2 необходимо подключить библиотеку Ws2_32.lib и заголовочный файл Winsock2.h.

Имена новых или обновленных API-функций, добавленные в Winsock 2, начинаются с префикса WSA.

Инициализацию Winsock выполняет функция WSAStartup:

int WSAStartup(

WORD wVersionRequested,

LPWSADATA IpWSAData);

Параметр wVersionRequested задает версию загружаемой библиотеки Winsock. На современных платформах Win32 используется версия 2.2. Для получения значения параметра wVersionRequested можно использовать макрос MAKEWORD(2, 2) либо значение 0х0202.

Параметр IpWSAData — указатель на структуру LPWSADATA, которая при вызове функции WSAStartup заполняется сведениями о версии загружаемой библиотеки.

По завершении работы с библиотекой Winsock необходимо вызвать функцию WSACleanup для выгрузки библиотеки и освобождения ресурсов:

int WSACleanup (void);

Адресация сокетов для протокола IP

Для задания IP-адреса и номера порта службы используется структура SOCKADDR_IN. Она определена в include-файле in.h следующим образом:

struct sockaddr_in {

short sin_family;

u_short sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero[8];

};

Поле sin_family при использовании семейства адресов IP должно быть равно AF_INET.

Поле sin_port задает, какой коммуникационный порт будет использован для идентификации службы.

Поле sin_addr структуры SOCKADDR_IN хранит IP-адрес в 4-байтном виде с типом unsigned long int. В зависимости от того, как это поле использовано, оно может представлять и локальный, и удаленный IP-адрес.

Поле sin_zero играет роль заполнителя, чтобы структура SOCKADDR_IN по размеру равнялась структуре SOCKADDR.

Специальные IP-адреса

Специальный адрес INADDR_ANY (0.0.0.0) позволяет приложению слушать клиента через любой сетевой интерфейс на несущем компьютере. Обычно приложения сервера используют этот адрес, чтобы привязать сокет к локальному интерфейсу для прослушивания соединений. Если на компьютере несколько сетевых адаптеров, то этот адрес позволит отдельному приложению получать отклики от нескольких интерфейсов.

Второй специальный адрес – INADDR_BROADCAST (255.255.255.255), позволяет широковещательно рассылать пакеты по IP – сети. Для его использования необходимо в приложении задать параметр сокета SO_BROADCAST.

Порядок байт

В памяти компьютера IP-адрес и номер порта представляются в системном порядке (host-byte-order). Для процессоров Intel Pentium это порядок от менее значимого к более значимому байту (обратный). Стандарты Internet требуют, чтобы многобайтные значения передавались от старшего байта к младшему, что называется сетевым порядком (network-byte order) или прямым порядком следования байтов. Поэтому существует необходимость преобразования чисел из одной формы в другую. Для этого предназначен целый ряд функций. Например, функции htonl (Host TO Network Long), WSAHtonl, htons (Host TO Network Short), WSAHtons преобразуют числа из системного порядка в сетевой. Функции ntohl, WSANtohl, ntohs, WSANtohs решают обратную задачу (из сетевого в системный).

Полезная вспомогательная функция inet_addr преобразует IP-адрес из точечно-десятичной нотации в 32-битное длинное целое без знака с сетевым порядком следования байт:

unsigned long inet_addr( const char FAR *cp);

Поле ср - строка, заканчивающаяся нулевым символом, в которой задается IP-адрес в точечно-десятичной нотации.

Разрешение имен

В Winsock предусмотрено две функции для разрешения имени в IP-адрес.

Функции gethostbyname и WSAAsyncGetHostByName отыскивают в базе данных узла сведения об узле, соответствующие его имени. Обе функции возвращают структуру HOSTENT:

struct hostent

{

char FAR * h_name;

char FAR * FAR * h_aliases;

short h_addrtype;

short h_length;

char FAR * FAR * h_addr_list;

};

Поле h_name является официальным именем узла. Если в сети используется доменная система имен (Domain Name System, DNS), в качестве имени сервера будет возвращено полное имя домена (Fully Qualified Domain Name, FQDN). Если в сети для разрешения имен применяется локальный файл (hosts, lmhosts) - это первая запись после IP- адреса.

Поле h_aliases – массив дополнительных имен узла, завершающийся нулем.

Поле h_addrtype – возвращаемое семейство адресов.

Поле h_length определяет длину в байтах каждого адреса из поля h_addr_list.

Поле h_addr_list – массив, завершающийся 0 и содержащий IP-адреса узла. (Узел может иметь несколько IP-адресов). Каждый адрес в этом массиве представлен в сетевом порядке. Обычно приложение использует первый адрес из массива. Впрочем, при получении нескольких адресов, приложение должно выбирать адрес случайным образом из числа доступных, а не упорно использовать первый.

API–функция gethostbyname определена так:

struct hostent FAR *gethostbyname (const char FAR *name);

Параметр name представляет дружественное имя искомого узла. При успешном выполнении функции возвращается указатель на структуру HOSTENT, которая хранится в системной памяти. Приложение не должно полагать, что эти сведения непременно статичны. Поскольку эта память обслуживается системой, оно не должно освобождать возвращенную структуру.

WSAAsyncGetHostByName – асинхронная версия функции gethostbyname, оповещающая приложение о завершении своего выполнения с помощью сообщений Windows:

HANDLE WSAAsyncGetHostByName (

HWND hWnd,

unsigned int wMsg,

const char FAR *name,

char FAR * buf,

int buflen);

Параметры hWind – дескриптор окна, которое получит сообщение по завершении выполнения асинхронного запроса. Параметр wMsg –Windows-сообщение, которое будет возвращено по завершении выполнения асинхронного запроса. Параметр name - дружественное имя искомого узла. Параметр buf – указатель на область данных, куда помещается HOSTENT. Этот буфер должен быть больше структуры HOSTENT и иметь размер, определенный в MAXGETHOSTSTRUCT.

Для преобразования IP-адреса в имя узла используются функции gethostbyaddr и WSAAsyncGetHostByAddr. Функция gethostbyaddr определена так:

struct HOSTENT FAR * gethostbyaddr(

const char FAR * addr,

int len,

int type);

Параметр addr – указатель на IP–адрес в сетевом порядке.

Параметр len задает длину параметра addr в байтах.

Параметр type должен иметь значение AF_INET (IP-адрес).

Функция WSAAsyncGetHostByAddr – асинхронная версия функции gethostbyaddr.

Номера портов

Приложения должны быть внимательны при выборе номера порта, поскольку некоторые доступные порты зарезервированы для использования популярными службами, такими как FTP, HTTP и т.д. Эти порты обслуживаются и распределяются центром Internet Assigned Numbers Authority (IANA), их описание содержится в RFC 1700.

Номера портов разделяются на 3 категории (стандартные, зарегистрированные и динамические и/или частные):

- Номера от 0 до 1023 зарезервированы для стандартных служб.

- Порты с номерами от 1024 до 49151 являются регистрируемыми. Они используются для различных целей.

- Порты с номерами от 49152 до 65535 представляют собой динамические и частные порты.

Во избежание накладок с портами, уже занятыми системой или другим приложением, ваша программа должна выбирать порты, начиная с 1024. Можно вместо конкретного номера порта задать 0, тогда система сама выберет произвольный неиспользуемый в данный момент номер.

Узнать номера портов, используемых стандартными службами, можно вызвав функцию getservbyname или WSAAsyncGetServByName. Эти функции извлекают статическую информацию из файла services, расположенного в папке %WINDOWS%\System32\Drivers\Etc

Функция getservbyname определена так:

struct servent FAR *getservbyname(

const char FAR *name,

const char FAR *proto);

Параметр name представляет имя искомой службы.

Параметр proto ссылается на строку, указывающую протокол, под которым зарегистрирована служба из параметра name.

Структура servent имеет системный порядок следования байт.

Функция WSAAsyncGetServByName – асинхронная версия getservbyname.

Типы сокетов

Существуют три основных типа сокетов: потоковые, дейтаграммые и сырые.

Потоковые сокеты – это сокеты с установлением соединения, состоящие из потока байтов, который может быть двунаправленным. Т.е. через такую конечную точку приложение может и передавать, и получать данные. Потоковый сокет гарантирует обнаружение и исправление ошибок, обрабатывает доставку и сохраняет последовательность данных. Он подходит для передачи больших объемов данных, поскольку в этом случае накладные расходы, связанные с установлением соединения, незначительны по сравнению со временем передачи самого сообщения. Качество передачи достигается за счет использования протокола TCP.

Дейтаграммные сокеты – это сокеты без установления соединения, не обеспечивающие надежность при передаче. Применяются для приложений, когда неприемлемы затраты времени, связанные с установлением явного соединения. Для передачи данных используется протокол UDP.

Сырые сокеты (необрабатываемые, простые) – это сокеты, которые принимают пакеты сетевого уровня в обход протоколов транспортного уровня и отправляют их непосредственно приложению.

12 3