Клиент-серверное приложение на потоковом сокете TCP
В следующем примере используем TCP, чтобы обеспечить упорядоченные, надежные двусторонние потоки байтов. Построим завершенное приложение, включающее клиент и сервер. Сначала демонстрируем, как сконструировать на потоковых сокетах TCP сервер, а затем клиентское приложение для тестирования нашего сервера.
Следующая программа создает сервер, получающий запросы на соединение от клиентов. Сервер построен синхронно, следовательно, выполнение потока блокируется, пока сервер не даст согласия на соединение с клиентом. Это приложение демонстрирует простой сервер, отвечающий клиенту. Клиент завершает соединение, отправляя серверу сообщение
Сервер TCP
Создание структуры сервера показано на следующей функциональной диаграмме:
Вот полный код программы SocketServer.cs:
// SocketServer.cs
using System;
using System.Text;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
namespace SocketServer
{
class Program
{
static void Main(string args)
{
// Устанавливаем для сокета локальную конечную точку
IPHostEntry ipHost = Dns.GetHostEntry("localhost");
IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList;
IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);
// Создаем сокет Tcp/Ip
Socket sListener = new Socket(ipAddr.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
// Назначаем сокет локальной конечной точке и слушаем входящие сокеты
try
{
sListener.Bind(ipEndPoint);
sListener.Listen(10);
// Начинаем слушать соединения
while (true)
{
Console.WriteLine("Ожидаем соединение через порт {0}", ipEndPoint);
// Программа приостанавливается, ожидая входящее соединение
Socket handler = sListener.Accept();
string data = null;
// Мы дождались клиента, пытающегося с нами соединиться
byte bytes = new byte;
int bytesRec = handler.Receive(bytes);
data += Encoding.UTF8.GetString(bytes, 0, bytesRec);
// Показываем данные на консоли
Console.Write("Полученный текст: " + data + "\n\n");
// Отправляем ответ клиенту\
string reply = "Спасибо за запрос в " + data.Length.ToString()
+ " символов";
byte msg = Encoding.UTF8.GetBytes(reply);
handler.Send(msg);
if (data.IndexOf("
Давайте рассмотрим структуру данной программы.
Первый шаг заключается в установлении для сокета локальной конечной точки. Прежде чем открывать сокет для ожидания соединений, нужно подготовить для него адрес локальной конечной точки. Уникальный адрес для обслуживания TCP/IP определяется комбинацией IP-адреса хоста с номером порта обслуживания, которая создает конечную точку для обслуживания.
Класс Dns предоставляет методы, возвращающие информацию о сетевых адресах, поддерживаемых устройством в локальной сети. Если у устройства локальной сети имеется более одного сетевого адреса, класс Dns возвращает информацию обо всех сетевых адресах, и приложение должно выбрать из массива подходящий адрес для обслуживания.
Создадим IPEndPoint для сервера, комбинируя первый IP-адрес хост-компьютера, полученный от метода Dns.Resolve(), с номером порта:
IPHostEntry ipHost = Dns.GetHostEntry("localhost"); IPAddress ipAddr = ipHost.AddressList; IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddr, 11000);
Здесь класс IPEndPoint представляет localhost на порте 11000. Далее новым экземпляром класса Socket создаем потоковый сокет. Установив локальную конечную точку для ожидания соединений, можно создать сокет:
Socket sListener = new Socket(ipAddr.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
Перечисление AddressFamily указывает схемы адресации, которые экземпляр класса Socket может использовать для разрешения адреса.
В параметре SocketType различаются сокеты TCP и UDP. В нем можно определить в том числе следующие значения:
DgramПоддерживает дейтаграммы. Значение Dgram требует указать Udp для типа протокола и InterNetwork в параметре семейства адресов.
RawПоддерживает доступ к базовому транспортному протоколу.
StreamПоддерживает потоковые сокеты. Значение Stream требует указать Tcp для типа протокола.
Третий и последний параметр определяет тип протокола, требуемый для сокета. В параметре РrotocolType можно указать следующие наиболее важные значения - Tcp, Udp, Ip, Raw.
Следующим шагом должно быть назначение сокета с помощью метода Bind() . Когда сокет открывается конструктором, ему не назначается имя, а только резервируется дескриптор. Для назначения имени сокету сервера вызывается метод Bind(). Чтобы сокет клиента мог идентифицировать потоковый сокет TCP, серверная программа должна дать имя своему сокету:
SListener.Bind(ipEndPoint);
Метод Bind() связывает сокет с локальной конечной точкой. Вызывать метод Bind() надо до любых попыток обращения к методам Listen() и Accept().
Теперь, создав сокет и связав с ним имя, можно слушать входящие сообщения, воспользовавшись методом Listen() . В состоянии прослушивания сокет будет ожидать входящие попытки соединения:
SListener.Listen(10);
В параметре определяется задел (backlog) , указывающий максимальное число соединений, ожидающих обработки в очереди. В приведенном коде значение параметра допускает накопление в очереди до десяти соединений.
В состоянии прослушивания надо быть готовым дать согласие на соединение с клиентом, для чего используется метод Accept() . С помощью этого метода получается соединение клиента и завершается установление связи имен клиента и сервера. Метод Accept() блокирует поток вызывающей программы до поступления соединения.
Метод Accept() извлекает из очереди ожидающих запросов первый запрос на соединение и создает для его обработки новый сокет. Хотя новый сокет создан, первоначальный сокет продолжает слушать и может использоваться с многопоточной обработкой для приема нескольких запросов на соединение от клиентов. Никакое серверное приложение не должно закрывать слушающий сокет. Он должен продолжать работать наряду с сокетами, созданными методом Accept для обработки входящих запросов клиентов.
While (true) { Console.WriteLine("Ожидаем соединение через порт {0}", ipEndPoint); // Программа приостанавливается, ожидая входящее соединение Socket handler = sListener.Accept();
Как только клиент и сервер установили между собой соединение, можно отправлять и получать сообщения, используя методы Send() и Receive() класса Socket.
Метод Send() записывает исходящие данные сокету, с которым установлено соединение. Метод Receive() считывает входящие данные в потоковый сокет. При использовании системы, основанной на TCP, перед выполнением методов Send() и Receive () между сокетами должно быть установлено соединение. Точный протокол между двумя взаимодействующими сущностями должен быть определен заблаговременно, чтобы клиентское и серверное приложения не блокировали друг друга, не зная, кто должен отправить свои данные первым.
Когда обмен данными между сервером и клиентом завершается, нужно закрыть соединение используя методы Shutdown() и Close() :
Handler.Shutdown(SocketShutdown.Both); handler.Close();
SocketShutdown - это перечисление, содержащее три значения для остановки: Both - останавливает отправку и получение данных сокетом, Receive - останавливает получение данных сокетом и Send - останавливает отправку данных сокетом.
Сокет закрывается при вызове метода Close(), который также устанавливает в свойстве Connected сокета значение false.
Клиент на TCP
Функции, которые используются для создания приложения-клиента, более или менее напоминают серверное приложение. Как и для сервера, используются те же методы для определения конечной точки, создания экземпляра сокета, отправки и получения данных и закрытия сокета.
Серверы, которые реализуют эти протоколы в корпоративной сети, предоставляют клиенту IP-адрес, шлюз, маску сети, серверы имен и даже принтер. Пользователям не обязательно конфигурировать свои хосты вручную для того, чтобы использовать сеть.
Операционная система QNX Neutrino реализует еще один протокол автоматического конфигурирования под названием AutoIP, который является проектом комитета IETF по автоматической настройке. Этот протокол используется в небольших сетях для назначения хостам IP-адресов, локальных для канала (link-local ). Протокол AutoIP самостоятельно определяет IP-адрес, локальный для канала, используя схему согласования с другими хостами и не обращаясь к центральному серверу.
Использование протокола PPPoE
Сокращение PPPoE расшифровывается как "Point -to -Point Protocol over Ethernet" (протокол соединения "точка-точка" через среду Ethernet). Этот протокол инкапсулирует данные для передачи через сеть Ethernet с мостовой топологией.
PPPoE представляет собой спецификацию подключения пользователей сети Ethernet к Интернету через широкополосное соединение, например, выделенную цифровую абонентскую линию, беспроводное устройство или кабельный модем. Использование протокола PPPoE и широкополосного модема обеспечивает пользователям локальной компьютерной сети индивидуальный аутентифицированный доступ к высокоскоростным сетям передачи данных.
Протокол PPPoE объединяет технологию Ethernet с протоколом PPP, что позволяет эффективно создавать отдельное соединение с удаленным сервером для каждого пользователя. Управление доступом, учет соединений и выбор поставщика услуг определяется для пользователей, а не для узлов сети. Преимущество этого подхода заключается в том, что ни телефонная компания, ни поставщик услуг Интернета не должен обеспечивать для этого какую-либо специальную поддержку.
В отличие от коммутируемых соединений, соединения через цифровую абонентскую линию и кабельный модем всегда активны. Поскольку физическое соединение с удаленным поставщиком услуг совместно используется несколькими пользователями, необходим метод учета, который регистрирует отправителей и адресатов трафика, а также производит начисления пользователям. Протокол PPPoE позволяет пользователю и удаленному узлу, которые участвуют в сеансе связи, узнавать сетевые адреса друг друга во время начального обмена, который называется обнаружением (discovery ). После того как сеанс между отдельным пользователем и удаленным узлом (например, поставщиком услуг Интернета) установлен, за этим сеансом можно вести наблюдение для того, чтобы производить начисления. Во многих домах, гостиницах и корпорациях общий доступ к Интернету предоставляется через цифровые абонентские линии с использованием технологии Ethernet и протокола PPPoE.
Соединение через протокол PPPoE состоит из клиента и сервера. Клиент и сервер работают с использованием любого интерфейса, который близок к спецификациям Ethernet. Этот интерфейс применяется для выдачи клиентам IP-адресов с привязкой этих IP-адресов к пользователям и, по желанию, к рабочим станциям, вместо аутентификации на основе только рабочей станции. Сервер PPPoE создает соединение "точка-точка" для каждого клиента.
Установка сеанса PPPoE
Для того чтобы создать сеанс PPPoE, следует воспользоваться сервисом pppoed . Модуль io-pkt-* п редоставляет службы протокола PPPoE. Сначала необходимо запустить io-pkt-* с подходящим драйвером . Пример :
Путешествие по сетевым протоколам.
TCP и UDP - оба протоколы транспортного уровня. UDP - это протокол без установления соединения и с негарантированной доставкой пакетов. TCP (Transmission Control Protocol) - это протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой пакетов. Сначала происходит рукопожатие (Привет. | Привет. | Поболтаем? | Давай.), после чего соединение считается установленным. Далее по этому соединению туда и обратно посылаются пакеты (идет беседа), причем с проверкой, дошел ли пакет до получателя. Если пакет потерялся, или дошел, но с битой контрольной суммой, то он посылается повторно («повтори, не расслышал»). Таким образом TCP более надёжен, но он сложнее с точки зрения реализации и соответственно требует больше тактов / памяти, что имеет не самое последнее значение для микроконтроллеров. В качестве примеров прикладных протоколов, использующих TCP, можно назвать FTP, HTTP, SMTP и многие другие.
TL;DR
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - прикладной протокол, с помощью которого сервер отдаёт странички нашему браузеру. HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов. На картинке светильник на микроконтроллере с ОС на борту, в котором цвета задаются через браузер.
HTTP протокол текстовый и достаточно простой. Собственно вот так выглядит метод GET, посылаемый утилитой netcat на локальный IPv6 адрес сервера с лампочками:
~$ nc fe80::200:e2ff:fe58:b66b%mazko 80 < Метод HTTP (англ. HTTP Method) обычно представляет собой короткое английское слово, записанное заглавными буквами, чувствительно к регистру. Каждый сервер обязан поддерживать как минимум методы GET и HEAD. Кроме методов GET и HEAD, часто применяется методы POST, PUT и DELETE. Метод GET используется для запроса содержимого указанного ресурса, в нашем случае тут GET /b HTTP/1.0 где путь /b отвечает за цвет (синий). Ответ сервера: HTTP/1.0 200 OK
Server: Contiki/2.4 http://www.sics.se/contiki/
Connection: close
Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate
Pragma: no-cache
Expires: 0
Content-type: text/html
Red is OFF Green is OFF Blue is ON
Код состояния (у нас 200) является частью первой строки ответа сервера. Он представляет собой целое число из трёх цифр. Первая цифра указывает на класс состояния. За кодом ответа обычно следует отделённая пробелом поясняющая фраза на английском языке, которая разъясняет человеку причину именно такого ответа. В нашем случае сервер отработал без ошибок, всё пучком (ОК).
Как запрос, так и ответ содержат заголовки (каждая строка - отдельное поле заголовка, пара имя-значение разделена двоеточием). Заканчиваются заголовки пустой строкой, после чего могут идти данные.
Мой браузер отказывается открывать локальный IPv6-адрес, поэтому в прошивке микроконтроллера прописан дополнительный адрес и такой же префикс также нужно назначить виртуальному сетевому интерфейсу симулятора:
~$ sudo ip addr add abcd::1/64 dev mazko # linux ~$ netsh interface ipv6 set address mazko abcd::1 # windows ~$ curl http://
