Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

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.

Порядок байтов на компьютере и в сети

Если запустить приведенные версии серверной и клиентской программ на машине на базе процессора Intel под управлением Linux, то с помощью команды netstat можно увидеть сетевые соединения. Эта команда есть в большинство систем UNIX, настроенных на работу в сети. Она отображает клиент-серверное соединение, ожидающее закрытия. Соединение закрывается после небольшой задержки. (Повторяем, что вывод в разных версиях Linux может отличаться.)

$ ./server2 & ./client2

[3] 23770

server waiting

server waiting

char from server = В

$ netstat -A inet

Active Internet connections (w/o servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address  Foreign Address (State)   User

tcp        1      0 localhost:1574 localhost:1174  TIME_WAIT root

Прежде чем испытывать последующие примеры этой главы, убедитесь в том, что завершено выполнение серверных программ-примеров, поскольку они будут конкурировать при приеме соединений клиентов, и вы увидите вводящие в заблуждение результаты. Удалить их все (включая те, что будут приведены позже в этой главе) можно с помощью следующей команды:

killall server1 server2 server3 server4 server5

Вы сможете увидеть номера портов, присвоенные соединению сервера с клиентом. Локальный адрес отображает сервер, а внешний адрес — удаленного клиента. (Даже если клиент размещен на той же машине, он все равно подключается через сеть.) Для четкого разделения всех сокетов порты клиентов обычно отличаются от сокета сервера, ожидающего запросы на соединения, и уникальны в пределах компьютера.

Отображается локальный адрес (сокет сервера) 1574 (или может выводиться имя сервиса mvel-lm) и выбранный в примере порт 9734. Почему они отличаются? Дело в том, что номера портов и адреса передаются через интерфейсы сокета как двоичные числа. В разных компьютерах применяется различный порядок байтов для представления целых чисел. Например, процессор Intel хранит 32-разрядное целое в виде четырех последовательных байтов памяти в следующем порядке 1-2-3-4, где 1-й байт — самый старший. Процессоры IBM PowerPC будут хранить целое со следующим порядком следования байтов: 4-3-2-1. Если используемую для хранения целых память просто побайтно копировать, два компьютера не придут к согласию относительно целочисленных значений.

Для того чтобы компьютеры разных типов могли согласовать значения многобайтовых целых чисел, передаваемых по сети, необходимо определить сетевой порядок передачи байтов. Перед передачей данных клиентские и серверные программы должны преобразовать собственное внутреннее представление целых чисел в соответствии с принятым в сети порядком следования байтов. Делается это с помощью функций, определенных в заголовочном файле netinet/in.h. К ним относятся следующие:

#include <netinet/in.h>

unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);

unsigned short int htons(unsigned short int hostshort);

unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong);

unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort);

Эти функции преобразуют 16- и 32-разрядные целые из внутреннего формата в сетевой порядок следования байтов и обратно. Их имена соответствуют сокращенному названию выполняемых преобразований, например "host to network, long" (htonl, компьютерный в сетевой, длинные целые) и "host to network, short" (htons, компьютерный в сетевой, короткие целые). Компьютерам, у которых порядок следования байтов соответствует сетевому, эти функции предоставляют пустые операции.

Для обеспечения корректного порядка следования при передаче 16-разрядного целого числа ваши сервер и клиент должны применить эти функции к адресу порта. В программу server3.c следует внести следующие изменения:

server_address.sin_addr_s_addr = htonl(INADDR_ANY);

server_address.sin_port = htons(9734);

Результат, возвращаемый функцией inet_addr("127.0.0.1"), преобразовывать не нужно, потому что в соответствии со своим определением она возвращает результат с сетевым порядком следования байтов. В программу client3.c необходимо внести следующее изменение:

address.sin_port = htons(9734);

В сервер, благодаря применению константы INADDR_ANY, внесено изменение, позволяющее принимать запросы на соединение от любых IP-адресов.

Теперь, выполнив программы server3 и client3, вы увидите корректный номер порта, используемый для локального соединения:

$ netstat

Active Internet connections

Proto Recv-Q Send-Q Local Address  Foreign Address (State)   User

tcp        1      0 localhost:9734 localhost:1175  TIME_WAIT root

Если вы пользуетесь компьютером, у которого собственный формат представления целых совпадает с сетевым порядком следования байтов, вы не увидите никакой разницы. Но для обеспечения корректного взаимодействия клиентов и серверов с разной архитектурой важно всегда применять функции преобразования.

Сетевая информация

До сих пор у клиентских и серверных программ были адреса и номера портов, компилируемые в них. В более универсальных серверных и клиентских программах для определения применяемых адресов и портов вы можете использовать данные сети.

Если у вас есть на это право, можно добавить свой сервер к списку известных сервисов в файл /etc/services, который назначает имена номерам портов, так что клиенты могут использовать вместо номеров символические имена сервисов.

Точно так же зная имя компьютера, можно определить IP-адрес, вызвав функции базы данных сетевых узлов (host database), которые найдут эти адреса. Делают они это, обращаясь за справкой к конфигурационным файлам, например, etc/hosts или к сетевым информационным сервисам, таким как NIS (Network Information Services (сервисы сетевой информации), ранее известным как Yellow Pages (желтые страницы)) и DNS (Domain Name Service, служба доменных имен).