Лекция N3. Реализация архитектуры «Клиент-сервер» с использованием механизма сокетов
Сокет – это описатель сетевого соединения с другими приложениями. С помощью сокетов программист может разрабатывать свои протоколы для обмена информацией между сервером и клиентом.
Для создания сокета необходимо:
- IP-адрес локальной машины (клиента) Номер порта TCP, который использует приложение на локальной машине (на машине клиента) IP-адрес машины с которой устанавливается соединение (сервер) Номер порта TCP, на который отзывается приложение, ожидающее установления связи (на стороне сервера)
Схема взаимодействия сервера и клиента
Обзор сокетов
Библиотека Winsock поддерживает два вида сокетов - синхронные (блокируемые) и асинхронные (неблокируемые). Синхронные сокеты задерживают управление на время выполнения операции, а асинхронные возвращают его немедленно, продолжая выполнение в фоновом режиме, и, закончив работу, уведомляют об этом вызывающий код.
Независимо от вида, сокеты делятся на два типа - потоковые и дейтаграммные. Потоковые сокеты работают с установкой соединения, обеспечивая надежную идентификацию обоих сторон и гарантируют целостность и успешность доставки данных. Дейтаграмные сокеты работают без установки соединения и не обеспечивают ни идентификации отправителя, ни контроля успешности доставки данных, зато они заметно быстрее потоковых.
Выбор того или иного типа сокетов определяется транспортным протоколом на котором работает сервер, - клиент не может по своему желанию установить с дейтаграммным сервером потоковое соединение.
Замечание: дейтаграммные сокеты опираются на протокол UDP, а потоковые на TCP.
Принципы применения сокетов
При создании сокета, указывается в какой области происходит работа: UNIX (AF_UNIX), TCP/IP (AF_INET), X25, DECNET, APPLETALK... Каждой области соответствует свой тип протокола. Кроме того, задается тип, определяющий свойства коммуникации:
- SOCK_DGRAM: сообщения посылаются в форме дейтаграмм. Связанный с ним протокол связи нe является таким надежным (нарушается последовательность, возможны потери данных) в реэиме без установления логического соединения, как UDP в области AF_INET;
- SOCK_STREAM: посылаются потоки байтов, понятие "сообщения" не вводится. Используемый протокол связи надежен, с установлением виртуального соединения, как TCP в области AF_INET;
- SOCK_ RAW: обеспечивает доступ к протоколам самого низкого уровня, таким как IP в области AF_INET, либо реализует новые протоколы.
Если используются сокеты над UDP размер передаваемых данных ограничен несколькими килобайтами, от 2 Кб до 8 Кб, в зависи-мости от системы. Сокет-интерфейс можно использовать для связи между двумя процессами на одной машине. В этом случае необходимо указать, что работа производится в области AF_UNIX. Вызовы сокетов для области AF_UNIX те же, что и для области AF_INET; меняются только структуры, связанные с адресами. Данное сходство вызо-вов позволяет достаточно легко переходить от локальных задач к сетевым и обратно.
Использование в режиме с установлением виртуального соединения
Клиент :
- создает сокет;
- подсоединяется к серверу, предоставляя адрес удаленного сокета (адрес Internet сервера и номер сервисного порта). Это соединение автоматически присваивает клиенту номер порта;
- осуществляет считывание или запись на сокет;
- закрывает сокет.
Сервер:
- создает сокет;
- связывает сокет-адрес (адрес Internet и номер порта) с сервисной программой: "binding";
- переводит себя в состояние "прослушивания" входящих соединений;
- для каждого входящего соединения:
- принимает соединение (создается новый сокет с теми же характеристиками, что и исходный;
- считывает и записывает на новый сокет;
- закрывает новый сокет.
На рис. 4.4. показаны примитивы, используемые для сокетов типа SOCK_STREAM.
Рис. 4.4. Использование сокетов с установлением логического соединения.
Некоторые вызовы способные заблокировать программу : Клиент:
- connect () до того, как сервер осуществит accept ();
- write () при переполнении буфера передачи;
- read () до того, как будет получен хотя бы один символ вследствие операции записи, осуществленной сервером.
Сервер:
- accept () до того, как клиент осуществит connect ();
- read () до того, как будет получен хотя бы один символ, вследствие операции записи, осуществленной клиентом;
- write () при переполнении буфера передачи.
Использование в режиме дейтаграмм
Клиент:
- создает сокет;
- связывает сокет-адрес с сервисной программой: "binding" (операция, являющаяся необходимой только в случае, если процесс должен получить данные);
- считывает или осуществляет запись на сокет.
Сервер:
- создает сокет;
- связывает сокет-адрес с сервисной программой: "binding" (операция необходима только в случае, если процесс должен получить данные);
- считывает или осуществляет запись на сокет. На рис. 4.5. показаны примитивы, используемые для сокетов типа SOCK_DGRAM.
Адресация
Много вызовов, связанных с сокетами требуют в качестве аргу-мента указатель структуры, содержащий сокет-адрес, общая структура которого определена в файле <sys/socket. h>:
struct sockaddr {
u_short sa_family; /*AF_UNIX или AF_INET*/
char sa_data [14];/*абсолютный адрес протокола*/
};
Тип u_short, также как и определенное число других используемых типов, определены в файле <sys/types. h>.
Рис. 4.5. Использование сокетов в режиме дейтаграмм.
Адресация в области AF_INET
В области AF_INET клиент и сервер явно указывают используемый транспортный протокол (TCP или UDP). Сервер связывает свою сервисную программу с сокет-адресом (адрес Internet и номер порта), затем переходит в состояние ожидания запросов от кли-ентов. Клиент адресует свои запросы, предоставляя серверу адрес Internet и номер сервисного порта.
В файле <netinet/in. h> определены следующие структуры:
struct in_addr {
u_long s_addr;
};
struct sockaddr_in {
short sin_family; /*AF_INET*/
u_short sin_port; /*номер порта*/
struct in_addr sin_addr; /*машинный адрес Internet*/
char sin_zero [8]; /*не использован*/
};
Краткое описание компонента TServerSocket (Borland)
Здесь мы познакомимся с основными свойствами, методами и событиями компонента TServerSocket.
Свойства | Методы | События | ||
Socket - класс TServerWinSocket, через который Вы имеете доступ к открытым сокетным каналам. Далее мы рассмотрим это свойство более подробно, т. к. оно, собственно и есть одно из главных. Тип: TServerWinSocket; | Open - Запускает сервер. По сути, эта команда идентична присвоению значения True свойству Active; | OnClientConnect - возникает, когда клиент установил сокетное соединение и ждет ответа сервера (OnAccept); |
TServerSocket. Socket (TServerWinSocket)
Итак, как же сервер может отсылать данные клиенту? А принимать данные? В основном, если Вы работаете через события OnClientRead и OnClientWrite, то общаться с клиентом можно через параметр ClientSocket (TCustomWinSocket). Про работу с этим классом можно прочитать в статье про клиентские сокеты, т. к. отправка/посылка данных через этот класс аналогична - методы (Send/Receive)(Text, Buffer, Stream). Также и при работе с TServerSocket. Socket. Однако, т. к. здесь мы рассматриваем сервер, то следует выделить некоторые полезные свойства и методы:
- ActiveConnections (Integer) - количество подключенных клиентов; ActiveThreads (Integеr) - количество работающих процессов; Connections (array) - массив, состоящий из отдельных классов TClientWinSocket для каждого подключенного клиента. Например, такая команда:
ServerSocket1.Socket. Connections[0].SendText('Hello!');
отсылает первому подключенному клиенту сообщение 'Hello!'. Команды для работы с элементами этого массива - также (Send/Receive)(Text, Buffer, Stream); IdleThreads (Integer) - количество свободных процессов. Такие процессы кэшируются сервером (см. ThreadCacheSize); LocalAddress, LocalHost, LocalPort - соответственно - локальный IP-адрес, хост-имя, порт; RemoteAddress, RemoteHost, RemotePort - соответственно - удаленный IP-адрес, хост-имя, порт; Методы Lock и UnLock - соответственно, блокировка и разблокировка сокета.
