UNIX: разработка сетевых приложений

На рис. 8.1 показаны вызовы функций для типичной схемы клиент-сервер UDP. Клиент не устанавливает соединения с сервером. Вместо этого клиент лишь отправляет серверу дейтаграмму, используя функцию sendto(она описывается в следующем разделе), которой нужно задать адрес получателя (сервера) в качестве аргумента. Аналогично, сервер не устанавливает соединения с клиентом. Вместо этого сервер лишь вызывает функцию recvfrom, которая ждет, когда придут данные от какого-либо клиента. Функция recvfrom возвращает адрес клиента (для данного протокола) вместе с дейтаграммой, и таким образом сервер может отправить ответ именно тому клиенту, который прислал дейтаграмму.

Рис. 8.1. Функции сокета для модели клиент-сервер UDP

Рисунок 8.1 иллюстрирует временную диаграмму типичного сценария обмена UDP-дейтаграммами между клиентом и сервером. Мы можем сравнить этот пример с типичным обменом по протоколу TCP, изображенным на рис. 4.1.

В этой главе мы опишем новые функции, применяемые с сокетами UDP, — recvfrom и sendto, и переделаем нашу модель клиент-сервер для применения UDP. Кроме того, мы рассмотрим использование функции connect с сокетом UDP и концепцию асинхронных ошибок.

8.2. Функции recvfrom и sendto

Эти две функции аналогичны стандартным функциям read и write, но требуют трех дополнительных аргументов.

 #include <sys/socket.h>

 ssize_t recvfrom(int sockfd, void * buff, size_t nbytes, int flags,
  struct sockaddr * from, socklen_t * addrlen);
 ssize_t sendto(int sockfd, const void * buff, size_t nbytes, int flags,
  const struct sockaddr * to, socklen_t addrlen);
  Обе функции возвращают количество записанных или прочитанных байтов в случае успешного выполнения, -1 в случае ошибки

Первые три аргумента, sockfd, buff и nbytes, идентичны первым трем аргументам функций read и write: дескриптор, указатель на буфер, из которого производится чтение или в который происходит запись, и число байтов для чтения или записи.

Мы расскажем об аргументе flags в главе 14, где мы рассматриваем функции recv, send, recvmsg и sendmsg, поскольку сейчас в нашем простом примере они не нужны. Пока мы всегда будем устанавливать аргумент flags в нуль.

Аргумент to для функции sendto— это структура адреса сокета, содержащая адрес протокола (например, IP-адрес и номер порта) адресата. Размер этой структуры адреса сокета задается аргументом addrlen. Функция recvform заполняет структуру адреса сокета, на которую указывает аргумент from, записывая в нее протокольный адрес отправителя дейтаграммы. Число байтов, хранящихся в структуре адреса сокета, также возвращается вызывающему процессу в целом числе, на которое указывает аргумент addrlen. Обратите внимание, что последний аргумент функции sendto является целочисленным значением, в то время как последний аргумент функции recvfrom— это указатель на целое значение (аргумент типа «значение-результат»).

Последние два аргумента функции recvfrom аналогичны двум последним аргументам функции accept: содержимое структуры адреса сокета по завершении сообщает нам, кто отправил дейтаграмму (в случае UDP) или кто инициировал соединение (в случае TCP). Последние два аргумента функции sendto аналогичны двум последним аргументам функции connect: мы заполняем структуру адреса сокета протокольным адресом получателя дейтаграммы (в случае UDP) или адресом узла, с которым будет устанавливаться соединение (в случае TCP).

Обе функции возвращают в качестве значения функции длину данных, которые были прочитаны или записаны. При типичном использовании функции recvfrom с протоколом дейтаграмм возвращаемое значение — это объем пользовательских данных в полученной дейтаграмме.

Дейтаграмма может иметь нулевую длину. В случае UDP при этом возвращается дейтаграмма IP, содержащая заголовок IP (обычно 20 байт для IPv4 или 40 байт для IPv6), 8-байтовый заголовок UDP и никаких данных. Это также означает, что возвращаемое из функции recvfrom нулевое значение вполне приемлемо для протокола дейтаграмм: оно не является признаком того, что собеседник закрыл соединение, как это происходит при возвращении нулевого значения из функции read на сокете TCP. Поскольку протокол UDP не ориентирован на установление соединения, то в нем и не существует такого события, как закрытие соединения.

Если аргумент from функции recvfrom является пустым указателем, то соответствующий аргумент длины ( addrlen) также должен быть пустым указателем, и это означает, что нас не интересует адрес отправителя данных.

И функция recvfrom, и функция sendto могут использоваться с TCP, хотя обычно в этом нет необходимости.

8.3. Эхо-сервер UDP: функция main

Теперь мы переделаем нашу простую модель клиент-сервер из главы 5, используя UDP. Диаграмма вызовов функций в программах наших клиента и сервера UDP показана на рис. 8.1. На рис. 8.2 представлены используемые функции. В листинге 8.1 [1] показана функция сервера main.

1

Все исходные коды программ, опубликованные в этой книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com.

Рис. 8.2. Простая модель клиент-сервер, использующая UDP

Листинг 8.1. Эхо-сервер UDP

 //udpcliserv/udpserv01.с
  1 #include "unp.h"

  2
  3 intmain(int argc, char **argv)
  4 {
  5 int sockfd;
  6 struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

  7 sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

  8 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  9 servaddr.sin_family = AF_INET;
 10 servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 11 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

 12 Bind(sockfd, (SA*)&servaddr, sizeof(servaddr));

 13 dg_echo(sodkfd, (SA*)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
 14 }

Создание сокета UDP, связывание с заранее известным портом при помощи функции bind

7-12 Мы создаем сокет UDP, задавая в качестве второго аргумента функции socket значение SOCK_DGRAM(сокет дейтаграмм в протоколе IPv4). Как и в примере сервера TCP, адрес IPv4 для функции bind задается как INADDR_ANY, а заранее известный номер порта сервера — это константа SERV_PORT из заголовка unp.h.