Разработка сетевых приложений

Краткая теория

Модель OSI

Чтобы понять все принципы взаимодействия компьютеров на расстоянии, надо знать так называемую модель OSI (ISO OSI == International Organization for Standardization Open System Interconnection - Взаимодействие Открытых Систем по Стандарту Международной Организации по Стандартизации)...

Итак, модель OSI определяет несколько "уровней" взаимодействия компьютеров на расстоянии (я намеренно избегаю словосочетания "по сети", и ты скоро поймешь почему). Вот эти уровни:

Прикладной

Это уровень, максимально приближенный к пользовательскому интерфейсу. Пользователи конечного программного продукта не волнует, как передаются данные, зачем и через какое место... Он сказали "ХОЧУ!" - а мы, программисты, должны им это обеспечить. В качестве примера можно взять на рассмотрение любую сетевую игру: для игрока она работает на этом уровне. Пользователь куда то ткнул, в интерфейсной части программы зафиксирована его команда. Что надо передать? Что то приняли, что произошло в мире игры?

Представительский

Здесь программист имеет дело с данными, полученными от низших уровней. В основном, это конвертирование и представление данных в удобоваримом для пользователя виде.

Сеансовый

Этот уровень позволяет пользователям осуществлять "сеансы связи". То есть именно на этом уровне передача пакетов становится для программиста прозрачной, и он может, не задумываясь о реализации, непосредственно передавать данные, как цельный поток. Здесь на сцену вступают протоколы HTTP, FTP, Telnet, SMTP и т.д.

Транспортный

Осуществляет контроль над передачей данных (сетевых пакетов). То есть, проверяет их целостность при передаче, распределяет нагрузку и т.д. Этот уровень реализует такие протоколы, как TCP, UDP и т.д. Для нас представляет наибольший интерес.

Сетевой

Логически контролирует адресацию в сети, маршрутизацию и т.д. Должен быть интересен разработчикам новых протоколов и стандартов. На этом уровне реализованы протоколы IP, IPX, IGMP, ICMP, ARP. В основном, управляется драйверами и операционными системами. Сюда влезать, конечно, стоит, но только когда ты знаешь, что делаешь, и полностью в себе уверен.

Канальный

Этот уровень определяет, как биты собираются в пакеты, какую служебную информацию надо передавать и как на неё реагировать, но поле данных каждого пакета максимально сырое и представляет из себя просто биты в навал, нет вообще ни какой последовательности пакетов в длинных информационных потоках. В поле данных просто вложены пакеты сетевых протоколов, всё, что чего не хватает должно быть сделано в них, или ещё выше.

Аппаратный (Физический)

Контролирует передачи представление битов и служебных сигналов физическими процессами и отправку физических сигналов между аппаратными устройствами, входящими в сеть. То есть управляет передачей электронов по проводам. Нас он не интересует, потому что все, что находится на этом уровне, контролируется аппаратными средствами (реализация этого уровня - это задача производителей хабов, мультиплексоров, повторителей и другого оборудования). Мы не физики-радиолюбители, а геймдевелоперы.

Итак, подведем небольшой итог к тому, что было представлено... Мы видим, что, чем выше уровень - тем выше степень абстракции от передачи данных, к работе с самими данными. Это и есть смысл всей модели OSI: поднимаясь все выше и выше по ступенькам ее лестницы, мы все меньше и меньше заботимся о том, как данные передаются, мы все больше и больше становимся заинтересованными в самих данных, нежели в средствах для их передачи. Каждый следующий уровень скрывает в себе предыдущий, облегчая жизнь пользователю этого уровня, будь он программист, радиоинженер или твоя подруга, которая не знает, как настроить MS Outlook Express...

Нас, как программистов, интересуют уровни 3, 4 и 5. Мы должны использовать средства, которые они предоставляют, для того чтобы построить 6 и 7 уровни, с которыми смогут работать конечные пользователи.

Сокеты

У каждой современной операционной системы есть средства для взаимодействия с другими компьютерами. Самым распространенным среди программистов средством для упомянутых целей являются сокеты. Сокеты - это API (Application Programming Interface - Интерфейс Программирования Приложений) для работы с уровнями OSI. Сокеты настолько гибки, что позволяют работать почти с любым из уровней модели OSI. Хочешь - формируй IP-пакеты руками и займись хакингом, отправляя "неправильные" пакеты, которые будут вводить сервера в ступор, хочешь - займись более благоразумным делом и создай новый удобный голосовой чат, хочешь - игрульку по сети гоняй, не хочешь - твое право, но этот случай мы в данном руководстве не рассматриваем...:)

Когда мы создаем сокет (socket - гнездо), мы получаем возможность доступа к нужному нам уровню OSI. Ну а дальше мы можем использовать соответствующие вызовы для взаимодействия с ним. Когда мы создаем сокет, мы также заставляем систему организовать два канала: входящий (это как громкоговоритель у телефона) и исходящий (микрофон). Осуществляя чтение и запись в эти каналы, мы приказываем системе взять на себя дальнейшую судьбу данных, т.е. передать и проследить, чтоб данные дошли вовремя, в нужной последовательности, не искаженные и т.п. Система должна давать (и дает) максимум гарантий (для каждого уровня OSI - гарантии свои), что данные будут переданы правильно. Наша задача - поместить их в очередь, а на другом конце - прочитать из входящей очереди и обработать должным образом. В каждой ОС степень поддержки сокетов разная, но точно могу сказать: в современных операционных системах MS и *nix - сокеты поддерживаются настолько, насколько нам, они могут понадобиться.

Введение в Windows Sockets API C++

Выделяют клиентские и слушающие (серверные) сокеты. Различия между ними очевидны: клиентские подключаются к процессу (к слушающему сокету), слушающие сокеты, соответственно, обрабатывают эти подключения. Передача данных между процессами происходит через клиентские сокеты.