Глава 4
Элементарные сокеты TCP
4.1. Введение
В этой главе описываются элементарные функции сокетов, необходимые для написания полностью работоспособного клиента и сервера TCP. Сначала мы опишем все элементарные функции сокетов, которые будем использовать, а затем в следующей главе создадим клиент и сервер. С этими приложениями мы будем работать на протяжении всей книги, постоянно их совершенствуя (см. табл. 1.3 и 1.4).
Мы также опишем параллельные (concurrent) серверы — типичную технологию Unix для обеспечения параллельной обработки множества клиентов одним сервером. Подключение очередного клиента заставляет сервер выполнить функцию
fork
, порождающую новый серверный процесс для обслуживания этого клиента. Здесь применительно к использованию функции
fork
мы будем рассматривать модель «каждому клиенту — один
процесс», а в главе 26 при обсуждении программных потоков расскажем о модели «каждому клиенту — один
поток».
На рис. 4.1 представлен типичный сценарий взаимодействия, происходящего между клиентом и сервером. Сначала запускается сервер, затем, спустя некоторое время, запускается клиент, который соединяется с сервером. Предполагается, что клиент посылает серверу запрос, сервер этот запрос обрабатывает и посылает клиенту ответ. Так продолжается, пока клиентская сторона не закроет соединение, посылая при этом серверу признак конца файла. Затем сервер закрывает свой конец соединения и либо завершает работу, либо ждет подключения нового клиента.
Рис. 4.1. Функции сокетов для элементарного клиент-серверного соединения TCP
4.2. Функция socket
Чтобы обеспечить сетевой ввод-вывод, процесс должен начать работу с вызова функции
socket
, задав тип желаемого протокола (TCP с использованием IPv4, UDP с использованием IPv6, доменный сокет Unix и т.д.).
#include <sys/socket.h>
int socket(int <i>family</i>, int <i>type</i>, int <i>protocol</i>);
<i>Возвращает: неотрицательный дескриптор, если функция выполнена успешно, -1 в случае ошибки</i>
Константа
family
задает семейство протоколов. Ее возможные значения приведены в табл. 4.1. Часто этот параметр функции
socket
называют «областью» или «доменом» (
domain), а не семейством. Значения константы
type
(тип) перечислены в табл. 4.2. Аргумент
protocol
должен быть установлен в соответствии с используемым протоколом (табл. 4.3) или должен быть равен нулю для выбора протокола, по умолчанию соответствующего заданному семейству и типу.
Таблица 4.1. Константы протокола (family) для функции socket
| Семейство сокетов (family) | Описание |
| AF_INET | Протоколы IPv4 |
| AF_INET6 | Протоколы IPv6 |
| AF_LOCAL | Протоколы доменных сокетов Unix (см. главу 14) |
| AF_ROUTE | Маршрутизирующие сокеты (см. главу 17) |
| AF_KEY | Сокет управления ключами |
Таблица 4.2. Тип сокета для функции socket
| Тип (type) | Описание |
| SOCK STREAM | Потоковый сокет |
| SOCK_DGRAM | Сокет дейтаграмм |
| SOCK_SEQPACKET | Сокет последовательных пакетов |
| SOCK_RAW | Символьный (неструктурированный) сокет |
Таблица 4.3. Возможные значения параметра protocol
| Protocol | Значение |
| IPPROTO_TCP | Транспортный протокол TCP |
| IPPROTO_UDP | Транспортный протокол UDP |
| IPPROTO_SCTP | Транспортный протокол SCTP |
Не все сочетания констант
family
и
type
допустимы. В табл. 4.4 показаны допустимые сочетания, а также протокол, соответствующий каждой паре. Клетки таблицы, содержащие «Да», соответствуют допустимым комбинациям, для которых нет удобных сокращений. Пустая клетка означает, что данное сочетание не поддерживается.
Таблица 4.4. Сочетания констант family и type для функции socket
| AF_INET | AF_INET6 | AF_LOCAL | AF_ROUTE | AF_KEY |
| SOCK_STREAM | TCP/SCTP | TCP/SCTP | Да | | |
| SOCK_DGRAM | UDP | UDP | Да | | |
| SOCK_SEQPACKET | SCTP | SCTP | Да | | |
| SOCK RAW | IPv4 | IPv6 | | Да | Да |
ПРИМЕЧАНИЕ
В качестве первого аргумента функции socket вы также можете встретить константу PF_xxx. Подробнее об этом мы расскажем в конце данного раздела.
Кроме того, вам может встретиться название AF_UNIX (исторически сложившееся в Unix) вместо AF_LOCAL (название из POSIX), и более подробно мы поговорим об этом в главе 14.
Для аргументов family и type существуют и другие значения. Например, 4.4BSD поддерживает и AF_NS (протоколы Xerox NS, часто называемые XNS), и AF_ISO (протоколы OSI). Но сегодня очень немногие используют какой-либо из этих протоколов. Аналогично, значение type для SOCK_SEQPACKET, сокета последовательных пакетов, реализуется и протоколами Xerox NS, и протоколами OSI. Но протокол TCP является потоковым и поддерживает только сокеты SOCK_STREAM.
Linux поддерживает новый тип сокетов, SOCK_PACKET, предоставляющий доступ к канальному уровню, аналогично BPF и DLPI на рис. 2.1. Об этом более подробно рассказывается в главе 29.
Сокет управления ключами AF_KEY является новшеством. Аналогично тому, как маршрутизирующий сокет (AF_ROUTE) является интерфейсом к таблице маршрутизации ядра, сокет управления ключами — это интерфейс к таблице ключей ядра. Подробнее об этом рассказывается в главе 19.
