Министерство образования и науки Российской Федерации

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный университет дизайна и технологии»

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

Отчет

по курсовой работе

по дисциплине «Сетевые технологии»

Выполнил: Лошанкова В.А. гр. МВА-13

Принял: Стрельников Б.А.

Москва 2016

Лист с заданием

Организация обмена данными процессов через файлы и сокеты в реальном времени. Создание клиента и сервера для двустороннего обмена данными. Создание эхо-файла и организация обмена датаграммами.

Содержание

Введение

Компьютерная сеть – это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Сеть могут образовывать компьютеры разных типов, которыми могут быть небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры. Коммуникационная система может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства, обеспечивающие передачу сообщений между любой парой компьютеров сети. Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером как с автономным и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.

Описание предметной области и постановка задачи

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. И для этого есть веские причины, так как отличия технологий локальных и глобальных сетей очень значительны, несмотря на их постоянное сближение.

Глобальные сети – Wide Area Networks (WAN) – объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Т.е. они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. Глобальные сети отличаются от локальных также тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов.

К локальным сетям – Local Area Networks (LAN) – относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1–2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием.

Наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачную связь. Под прозрачностью в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя.

Абонент (узел, хост, станция) – это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети. Далее в курсе вместо термина «абонент» для простоты будет использоваться термин «компьютер».

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер – самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер – это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера – это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами – клиентом.

Сокет - это специальный объект для обозначения коммутационного

узла, обеспечивающего для процесса прием и посылку данных другим

процессам. Прочие средства межпроцессного взаимодействия: сигналы

и неименованные и именованные каналы (pipe) предназначены для

взаимодействия процессов на одном и том же компьютере в одной

системе. Доступ к файлам иногда может осуществляться с нескольких

машин при использовании механизмов типа NFS (сетевая файловая

система), однако во многих реализациях не работает бюлокировка

(или работает не гибко), что лишает одновременный доступ почти

всякого интереса. Даже при наличии гибкой системы блокировок обмен

данными через файлы достаточно громоздок. В отличие от этого

сокеты одинково хорошо позволяют осуществять двунаправленный обмен

данными между процессами как на одном компьютере, так и на разных

компьютерах, в том числе и функционирующих под операционными

системами разных типов. Сокеты являются оптимальным выбором

для организации сетевого взаимодействия общего назначения.

Сокеты были придуманы в BSD-unix, но быстро распространились на все

виды UNIX, а к настоящему времени интерфейс сокетов имеется в любой

жизнеспособной системе, без них возникнут колоссальные трудности

при работе с Internet.

В BSD-системах и в том числе в FreeBSD сокет создается в рамках

одного из двух доменов: локального или INET(Internet). Сокет в

домене INET обеспечивает двунаправленный обмен данными между

процессами как на различных компьютерах, так и на одном и том же

(через сетевой интерфейс lo0: 127.0.0.1). Адрес сокета домена INET

включает две компоненты: IP-адрес сетевого интерфейса (либо 4-х

байтный IPv4, либо 16-ти байтный IPv6) и номер порта, однозначно

определяющий конкретный процесс на хосте с данным сетевым интерфейсом.

Домен INET имеет стандартные имена AF_INET или PF_INET (AF -

oт Adress Family, переводится "Способ Адресации", PF - Protocol

Family, переводится "Семейство протоколов обмена").

Сокет в домене LOCAL обеспечивает обмен данными в пределах одной

системы. Стандартными именами домена являются AF_UNIX, AF_LOCAL,

PF_UNIX, PF_LOCAL. Для адресации сокета он должен быть представлен

в файловой системе файлом типа s - сокет. Файл типа s имеет inode

(и соответствующий vnode на виртуальном уровне файловых систем),

должен иметь хотя бы одно имя (жесткую связь) в каком-нибудь

директории иерархического дерева. Процессы, производящие обмен

данными в домене LOCAL, должны разместить свои сокеты в пределах

одного иерархического дерева, объединяющего смонтированные файловые

системы, т.е. в пределах общего виртуального уровня файловых систем.

Обмен данными через сокеты в домене LOCAL регламентируется правами

доступа к файлам типа s и управляется обычными командами работы с

файлами (chmod, umask и т.д.). Однако, следует понимать, что файл

типа s , кроме inode, не имеет ничего на внешней памяти, такие

понятия как длина файла для него бессмыслены (всегда 0), блоков

хранения у него нет, сокет в домене AF_UNIX - это только файловый

интерфейс к протоколам обмена данными.

Понятие сокета

Сокет (socket) - это конечная точка сетевых коммуникаций. Он является чем-то вроде "портала", через которое можно отправлять байты во внешний мир. Приложение просто пишет данные в сокет; их дальнейшая буферизация, отправка и транспортировка осуществляется используемым стеком протоколов и сетевой аппаратурой. Чтение данных из сокета происходит аналогичным образом.

В программе сокет идентифицируется дескриптором - это просто переменная типа int. Программа получает дескриптор от операционной системы при создании сокета, а затем передаёт его сервисам socket API для указания сокета, над которым необходимо выполнить то или иное действие.

Атрибуты сокета

С каждым сокет связываются три атрибута: домен, тип и протокол. Эти атрибуты задаются при создании сокета и остаются неизменными на протяжении всего времени его существования. Для создания сокета используется функция socket, имеющая следующий прототип.

Домен определяет пространство адресов, в котором располагается сокет, и множество протоколов, которые используются для передачи данных. Чаще других используются домены Unix и Internet, задаваемые константами AF_UNIX и AF_INET соответственно (префикс AF означает "address family" - "семейство адресов"). При задании AF_UNIX для передачи данных используется файловая система ввода/вывода Unix. В этом случае сокеты используются для межпроцессного взаимодействия на одном компьютере и не годятся для работы по сети. Константа AF_INET соответствует Internet-домену. Сокеты, размещённые в этом домене, могут использоваться для работы в любой IP-сети. Существуют и другие домены (AF_IPX для протоколов Novell, AF_INET6 для новой модификации протокола IP - IPv6 и т. д.), но в этой статье мы не будем их рассматривать.

Тип сокета определяет способ передачи данных по сети. Чаще других применяются:

• SOCK_STREAM. Передача потока данных с предварительной установкой соединения. Обеспечивается надёжный канал передачи данных, при котором фрагменты отправленного блока не теряются, не переупорядочиваются и не дублируются. Поскольку этот тип сокетов является самым распространённым, до конца раздела мы будем говорить только о нём. Остальным типам будут посвящены отдельные разделы.
• SOCK_DGRAM. Передача данных в виде отдельных сообщений (датаграмм). Предварительная установка соединения не требуется. Обмен данными происходит быстрее, но является ненадёжным: сообщения могут теряться в пути, дублироваться и переупорядочиваться. Допускается передача сообщения нескольким получателям (multicasting) и широковещательная передача (broadcasting).
• SOCK_RAW. Этот тип присваивается низкоуровневым (т. н. "сырым") сокетам. Их отличие от обычных сокетов состоит в том, что с их помощью программа может взять на себя формирование некоторых заголовков, добавляемых к сообщению.

Обратите внимание, что не все домены допускают задание произвольного типа сокета. Например, совместно с доменом Unix используется только тип SOCK_STREAM. С другой стороны, для Internet-домена можно задавать любой из перечисленных типов. В этом случае для реализации SOCK_STREAM используется протокол TCP, для реализации SOCK_DGRAM - протокол UDP, а тип SOCK_RAWиспользуется для низкоуровневой работы с протоколами IP, ICMP и т. д.

Наконец, последний атрибут определяет протокол, используемый для передачи данных. Как мы только что видели, часто протокол однозначно определяется по домену и типу сокета. В этом случае в качестве третьего параметра функции socket можно передать 0, что соответствует протоколу по умолчанию. Тем не менее, иногда (например, при работе с низкоуровневыми сокетами) требуется задать протокол явно. Числовые идентификаторы протоколов зависят от выбранного домена; их можно найти в документации.

Адреса

Прежде чем передавать данные через сокет, его необходимо связать с адресом в выбранном домене (эту процедуру называют именованием сокета). Иногда связывание осуществляется неявно (внутри функций connect и accept), но выполнять его необходимо во всех случаях. Вид адреса зависит от выбранного вами домена. В Unix-домене это текстовая строка - имя файла, через который происходит обмен данными. В Internet-домене адрес задаётся комбинацией IP-адреса и 16-битного номера порта. IP-адрес определяет хост в сети, а порт - конкретный сокет на этом хосте. Протоколы TCP и UDP используют различные пространства портов.

Для явного связывания сокета с некоторым адресом используется функция bind. Её прототип имеет вид:

В качестве первого параметра передаётся дескриптор сокета, который мы хотим привязать к заданному адресу. Второй параметр, addr, содержит указатель на структуру с адресом, а третий - длину этой структуры. Посмотрим, что она собой представляет.

Поле sa_family содержит идентификатор домена, тот же, что и первый параметр функции socket. В зависимости от значения этого поля по-разному интерпретируется содержимое массива sa_data. Разумеется, работать с этим массивом напрямую не очень удобно, поэтому вы можете использовать вместо sockaddr одну из альтернативных структур вида sockaddr_XX (XX - суффикс, обозначающий домен: "un" - Unix, "in" - Internet и т. д.). При передаче в функцию bind указатель на эту структуру приводится к указателю на sockaddr. Рассмотрим для примера структуру sockaddr_in.

Здесь поле sin_family соответствует полю sa_family в sockaddr, в sin_port записывается номер порта, а в sin_addr - IP-адрес хоста. Поле sin_addr само является структурой, которая имеет вид:

Зачем понадобилось заключать всего одно поле в структуру? Дело в том, что раньше in_addr представляла собой объединение (union), содержащее гораздо большее число полей. Сейчас, когда в ней осталось всего одно поле, она продолжает использоваться для обратной совместимости.

И ещё одно важное замечание. Существует два порядка хранения байтов в слове и двойном слове. Один из них называется порядком хоста (host byte order), другой - сетевым порядком (network byte order) хранения байтов. При указании IP-адреса и номера порта необходимо преобразовать число из порядка хоста в сетевой. Для этого используются функции htons (Host TO Network Short) и htonl (Host TO Network Long). Обратное преобразование выполняют функции ntohs и ntohl.