Как уже обсуждалось, адрес сокета зависит от коммуникационного домена, в рамках которого он определен. В общем случае адрес определяется следующим образом (в файле <sys/socket.h>):
struct sockaddr {
u_short sa_family;
char sa_data[14];
}
Поле sa_family определяет коммуникационный домен (семейство протоколов), a sa_data — содержит собственно адрес, формат которого определен для каждого домена.
Например, для внутреннего домена UNIX адрес выглядит следующим образом (определен в <sys/un.h>):
struct sockaddr_un {
short sun_family; /* ==AF_UNIX */
char sun_path[108];
};
Поскольку в данном домене взаимодействующие процессы выполняются под управлением одной операционной системы на одном и том же хосте, коммуникационный узел может быть однозначно определен одним параметром — локальным процессом. В качестве адреса в домене UNIX используются имена файлов.
В отличие от локального межпроцессного взаимодействия, для сетевого обмена данными необходимо указание как локального процесса, так и хоста, на котором выполняется данный процесс. Для домена Internet (семейство протоколов TCP/IP) используется следующий формат адреса (определен в файле <netinet/in.h>):
struct sockaddr_in {
short sin_ family; /* ==AF_INET */
u_short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[0];
}
Адреса этого домена (IP-адреса) будут рассмотрены подробнее в главе 6. Пока лишь заметим, что адрес хоста представляет собой 32-разрядное целое число sin_addr, а процесс (приложение) адресуется 16-разрядным номером порта sin_port.
На рис. 3.23 показаны рассмотренные форматы адресов сокетов.
Рис. 3.23. Адреса сокетов
Итак, связывание необходимо для присвоения сокету локального адреса и, таким образом, для определения коммуникационного узла. Можно выделить три случая использования для этого функции bind(2):
1. Сервер регистрирует свой адрес. Этот адрес должен быть заранее известен клиентам, желающим "общаться" с сервером. Связывание необходимо, прежде чем сервер будет готов к приему запросов от клиентов.
2. При взаимодействии без предварительного установления связи и создания виртуального канала клиент также должен предварительно зарегистрировать свой адрес. Этот адрес должен быть уникальным в рамках коммуникационного домена. В случае домена UNIX об этом должно позаботиться само приложение. Этот адрес не должен быть заранее известен серверу, поскольку запрос всегда инициирует клиент, автоматически передавая вместе с ним свой адрес. Полученный адрес удаленного узла затем используется сервером для мультиплексирования сообщений, отправляемым различным клиентам.
3. Даже в случае взаимодействия с использованием виртуального канала клиент может пожелать зарегистрировать собственный адрес, не полагаясь при этом на систему.
Назначение адреса для клиента также можно выполнить с помощью системного вызова connect(2), устанавливающего связь с сервером и автоматически связывающего сокет клиента с локальным коммуникационным узлом. Вызов connect(2) имеет вид:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, struct sockaddr *servaddr, int addrlen);
Характер этого вызова предполагает создание виртуального канала и, таким образом, используется для предварительного установления связи между коммуникационными узлами. В этом случае клиенту нет необходимости явно связывать сокет с помощью системного вызова bind(2). Локальный узел коммуникационного канала указывается дескриптором сокета sockfd, для которого система автоматически выбирает приемлемые значения локального адреса и процесса. Удаленный узел определяется аргументом servaddr, который указывает на адрес сервера, a addrlen задает его длину.
Вызов connect(2) может также применяться и клиентами, использующими без создания виртуального канала. В этом случае connect(2) не вызывает фактического соединения с сервером, а является удобным способом сохранения параметров адресата (сервера), которому будут направляться датаграммы. При этом клиент будет избавлен от необходимости указывать адрес сервера при каждом отправлении данных.
Следующие два вызова используются сервером только при взаимодействии, основанном на предварительном создании виртуального канала между сервером и клиентом.
Системный вызов listen(2) информирует систему, что сервер готов принимать запросы. Он имеет следующий вид:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
Здесь параметр sockfd определяет сокет, который будет использоваться для получения запросов. Предполагается, что сокет был предварительно связан с известным адресом. Параметр backlog указывает максимальное число запросов на установление связи, которые могут ожидать обработки сервером.[45]
Фактическую обработку запроса клиента на установление связи производит системный вызов
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *clntaddr,
int* addrlen);
Вызов accept(2) извлекает первый запрос из очереди и создает новый сокет, характеристики которого не отличаются от сокета sockfd, и таким образом завершает создание виртуального канала со стороны сервера. Одновременно accept(2) возвращает параметры удаленного коммуникационного узла — адрес клиента clntaddr и его размер addrlen. Новый сокет используется для обслуживания созданного виртуального канала, а полученный адрес клиента исключает анонимность последнего. Дальнейший типичный сценарий взаимодействия имеет вид:
sockfd = socket(...); Создать сокет
bind(sockfd, ...); Связать его с известным локальным адресом
listen(sockfd, ...); Организовать очередь запросов
for(;;) {
newsockfd = accept(sockfd, ...); Получить запрос
if (fork() == 0) { Породить дочерний процесс
close(sockfd); Дочерний процесс
...
exit(0);
} else
close(newsockfd); Родительский процесс
}
В этом сценарии, в то время как дочерний процесс обеспечивает фактический обмен данными с клиентом, родительский процесс продолжает "прослушивать" поступающие запросы, порождая для каждого из них отдельный процесс-обработчик. Очередь позволяет буферизовать запросы на время, пока сервер завершает вызов accept(2) и затем создает дочерний процесс. Заметим, что новый сокет newsockfd, полученный в результате вызова accept(2), адресует полностью определенный коммуникационный канал: протокол и полные адреса обоих узлов — клиента и сервера. Напротив, для сокета sockfd определена только локальная часть канала. Это позволяет серверу продолжать использовать sockfd для "прослушивания" последующих запросов.
45
Если в момент получения запроса на установление связи очередь ожидающих запросов достигла своего максимального значения, вызов ECONNREFUSED для домена UNIX (AF_UNIX). Для других доменов результат зависит от того, поддерживает ли протокол повторную передачу запроса. Например, протокол TCP (домен AF_INET) будет передавать повторные запросы, пока число запросов в очереди не уменьшится, либо не произойдет тайм-аут, определенный для протокола. В последнем случае вызов клиента завершится с ошибкой ETIMEDOUT.