Создание последовательного сервера без установления логического соединения UDP

Цель работы: изучить методы создания серверов без установления логи- ческого соединения UDP, используя алгоритм последовательной обработки за- просов.

 

Протокол UDP

Задачей протокола транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) является передача данных между прикладными процессами без гарантий дос- тавки, поэтому его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены.

Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. Единицу данных протокола UDP называют дейтаграм- мой (datagram). Протокол UDP является простейшим дейтаграммным протоко- лом, который используется в том случае, когда задача надежного обмена дан- ными либо вообще не ставится, либо решается средствами более высокого уровня – системными прикладными службами или пользовательскими прило- жениями.

В стеке протоколов TCP /IP протокол UDP обеспечивает основной меха- низм, используемый прикладными программами для передачи дейтаграмм дру- гим приложениям. UDP предоставляет протокольные порты, используемые для различения нескольких процессов, выполняющихся на одном компьютере. По- мимо посылаемых данных каждое UDP -сообщение содержит номер порта- приемника и номер порта-отправителя, делая возможным для программ UDP на машине-получателе доставку сообщения соответствующему реципиенту, а для получателя – посылку ответа соответствующему отправителю. Этот протокол обеспечивает ненадежную доставку данных «по возможности» в отличие от протокола TCP, обеспечивающего гарантированную доставку. UDP не исполь- зует подтверждения прихода сообщений, не упорядочивает приходящие сооб- щения и не обеспечивает обратной связи для управления скоростью передачи информации между машинами. Поэтому UD Р -сообщения могут быть потеряны, размножены или приходить не по порядку. Кроме того, пакеты могут прихо- дить раньше, чем получатель сможет обработать их.

 

Сокеты дейтаграмм

Сокеты дейтаграмм (datagram sockets) – это средства поддержки не очень надежного обмена пакетами. Ненадежность в данном контексте означает отсутствие гарантии их доставки по назначению в требуемом порядке. Факти- чески один и тот же пакет дейтаграммы может быть доставлен несколько раз.

Хотя WinSock поддерживает и другие протоколы, во многих случаях, на-

пример, при обмене данными между двумя процессами на одном и том же ком- пьютере или между двумя компьютерами в локальной сети с небольшой на- грузкой, исключена путаница, неправильное название пакетов или доставка их не по адресу. Однако полной гарантии от подобных неприятностей приложение не обеспечивает.

Если же приложение управляет обменом данными по более сложной и за- груженной сети, ненадежный характер сокетов дейтаграмм проявится очень быстро. При отсутствии в приложении обработки ошибок оно просто не спра- вится с задачей. Тем не менее сокеты дейтаграмм очень полезны для пересылки данных, состоящих из отдельных пакетов или записей. Они также являются удобным средством рассылки циркулярных пакетов по нескольким адресам од- новременно.

Примерами сетевых приложений, использующих UDP, являются NFS (Network File System – сетевая файловая система) и SNM Р (Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью).

 

Алгоритм работы последовательного сервера без установления логического соединения

Опишем обобщенный алгоритм работы последовательного сервера без установления логического соединения:

1. Создать сокет сервера (связав его с доступным портом и локальным ад- ресом).

2. Считывать в цикле запросы от клиента, формировать ответы и отправ- лять клиенту в соответствии с прикладным протоколом.

На рисунке 3 показана схема организации работы последовательного сер- вера без установления логического соединения. Требуется только один поток выполнения, который обеспечивает взаимодействие сервера со многими клиен- тами с использованием одного сокета.

 

Рисунок 3 – Схема организации работы последовательного сервера без установления логического соединения

Методические указания по созданию последовательного сервера без установления логического соединения UDP

Для того чтобы продемонстрировать особенности работы протокола

UDP, рассмотрим следующую задачу.

Осуществить взаимодействие клиента и сервера на основе протокола UDP. Функциональные возможности клиента реализовать следующим образом: клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Функциональные возмож- ности сервера реализовать следующим образом: сервер, получив эту строку, должен поменять в ней местами символы на четных и нечетных позициях. Ре- зультат возвратить назад клиенту.

Так же как и в предыдущей лабораторной работе, создадим два проекта – клиент и сервер.

 

Серверная часть

 

#include<winsock2.h> #include<iostream.h> #include<stdlib.h> #include<рrocess.h>

 

void main(void){

WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData;

int err; wVersionRequested=MAKEWORD(2,2);

err = WSAStartuр(wVersionRequested,&wsaData);

 

Вызов функции socket () выглядит следующим образом:

 

SOCKET s;

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

 

Так как в данном случае создается сокет дейтаграмм, использующий про- токол UDP, вторым аргументом, задающим тип создаваемого сокета, должен быть SOCK _DGRAM.

struct sockaddr_in ad; ad.sin_рort = htons(1024); ad.sin_family = AF_INET;

ad.sin_addr.s_addr = 0;//подставляет подходящий iр bind(s,(struct sockaddr*) &ad,sizeof(ad));

 

char b[200],tmр='\0'; int l;

l = sizeof(ad);

После создания сокета в приложении-сервере и привязки его к опреде- ленному адресу и порту можно принимать данные от приложения-клиента. Это делается с помощью функции recvfrom(), имеющей следующий прототип:

 

int recvfrom(SOCKET s,char FAR * buf,int len,int flags, struct sockaddr FAR *from,int FAR *fromlen);

 

Первый параметр – это дескриптор сокета, возвращаемый функцией socket (); за ним идут указатель на буфер для приема новой дейтаграммы и дли- на буфера. Параметр flags может быть равен msg _рeek для заполнения буфера таким образом, что дейтаграмма остается во входной очереди. Последние два параметра используются для получения адреса сокета, пославшего дейтаграм- му. По этому адресу можно послать ответ.

В нашем примере функция recvfrom () примет следующий вид (параметр

flags устанавливается как 0):

 

int rv = recvfrom(s, b, lstrlen(b), 0, (STRUCT SOCKADDR*)

&ad, &l);

 

При успешном считывании дейтаграммы функция recvfrom () возвращает количество прочитанных байтов. При ошибочном приеме дейтаграммы воз- вращается значение socket _error.

Если размер буфера, переданный в функцию recvfrom (), слишком мал для приема всей дейтаграммы целиком, буфер заполняется теми данными, которые в него помещаются, а оставшаяся часть дейтаграммы сбрасывается в подсис- тему сборки мусора и пропадает безвозвратно. В этом случае функция recvfrom () возвращает значение socket error.

 

b[rv]='\0'; cout<<b<<endl;

 

for (unsigned i=0;b[i];i++) if (i%2==0)

if (b[i+1]!='\0'){

 

tmр=b[i]; b[i]=b[i+1]; b[i+1]=tmр;

}

 

 

Отправка данных выполняется функцией sendto (), имеющей следующий прототип:

 

int sendto (SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int

flags, const struct sockaddr FAR *to, int tolen);

 

Первый параметр, как и раньше, – это дескриптор сокета; за ним идет указатель на буфер, содержащий пересылаемые данные, и длина этого буфера. Последние два параметра используются для указания адреса и порта сокета на- значения.

Если функция sendto () срабатывает корректно, она возвращает количество посланных байтов, которое может отличаться от значения параметра len. В слу- чае ошибки функция sendto () возвращает socket _error.

При попытке послать дейтаграмму большего размера, чем максимально допустимый в данной реализации WinSock, код ошибки будет равен wsaemsgsize. Максимально допустимый размер дейтаграммы можно определить путем вызова функции WSAStartu р().

 

sendto(s, b, lstrlen(b), 0, (STRUCT SOCKADDR*) &ad, l); closesocket(s);

WSACleanuр();

}

 

Клиентская часть

 

Ниже приведена программа клиента.

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <winsock2.h> #include <windows.h> #include <iostream.h>

 

int main(void){

char buf[100], b[100]; WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD(2,2); err=WSAStartuр(wVersionRequested, &wsaData); if(err!= 0){return 0;}

 

SOCKET s;

s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

sockaddr_in add; add.sin_family = AF_INET; add.sin_рort = htons(1024);

 

В следующей строке происходит явное указание IP -адреса при помощи строкового представления (точечной нотации) inet _addr, возвращающего число в формате поля s _addr.

add.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

 

 

 

 

t);

int t;

t = sizeof(add);

cout<<"Enter the string, рlease"<<endl; cin.getline(buf,100,'\n');

 

sendto(s, buf, lstrlen(buf), 0, (struct sockaddr*) &add,

 

 

int rv = recvfrom(s, b, lstrlen(b), 0, (struct sockaddr*)

&add, &t);

b[rv] = '\0'; cout<<b<<endl;

 

closesocket(s);

 

WSACleanuр(); return 0;

}

 

Индивидуальные задания

Разработать приложение, реализующее архитектуру «клиент-сервер». Не- обходимо реализовать последовательный сервер без установления логического соединения (UDP). Логику взаимодействия клиента и сервера реализовать сле- дующим образом:

1. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если эта длина крат- на 3, то удаляются все числа, которые делятся на 3. Результаты преобразований этой строки возвращаются назад клиенту.

2. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если эта длина чет- ная, то удаляются 3 первых и 2 последних символа. Результаты преобразова- ний этой строки возвращаются назад клиенту.

3. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен выяснить, имеются ли среди символов этой строки все бук- вы, входящие в слово WINDOWS. Количество вхождений символов в строку передать назад клиенту.

4. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если эта длина не-

четная, то удаляется символ, стоящий посередине строки. Преобразованная строка передается назад клиенту.

5. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен заменить в этой строке каждый второй символ @ на #. Ре- зультаты преобразований передаются назад клиенту.

6. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен заменить в этой строке символов все пробелы на символ *. Преобразованная строка передается назад клиенту.

7. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если длина больше 15, то из нее удаляются все цифры. Клиент получает преобразованную строку и количество удаленных цифр.

8. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если длина кратна 4, то удаляются все числа, делящиеся на 4. Клиент получает преобразованную строку и количество таких чисел.

9. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если эта длина кратна 5, то подсчитывается количество скобок всех видов. Их количество по- сылается клиенту.

10. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если эта длина крат- на 4, то первая часть строки меняется местами со второй. Результаты преобра- зований возвращаются назад клиенту.

11. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если значение этой длины равно 10, то удаляются все символы от A до Z. Результаты преобразова- ний такой строки и количество удалений возвращаются назад клиенту.

12. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если длина больше 15, то удаляются все символы от a до z. Преобразованная строка и количество удаленных символов возвращаются назад клиенту.

13. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен в полученной строке символов поменять местами символы на четных и нечетных позициях. Полученную строку возвратить назад клиенту.

14. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки, и, если длина больше 7, то выделяется подстрока в { } скобках и возвращается назад клиенту.

15. Клиент вводит с клавиатуры строку символов и посылает ее серверу. Признак окончания ввода строки – нажатие клавиши «Ввод». Сервер, получив эту строку, должен определить длину введенной строки и, если длина больше 15, то выделяется подстрока до первого пробела и возвращается назад клиенту.

 

Контрольные вопросы

1. Что содержит UDP -сообщение помимо посылаемых данных?

2. Что называется дейтаграммой?

3. Какие возможности не предоставляет UDP (в отличие от TCP)?

4. Чем функции sendto ()   и   recvfrom () отличаются от функций send () recv ()?

5. Что происходит, если размер буфера, переданный в функцию

recvfrom (), слишком мал для приема всей дейтаграммы целиком?

6. Приведите примеры сетевых приложений, использующих UDP.

7. В каких случаях применение UDP -протокола может быть предпочти- тельней, чем TCP?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3