Без поддержки семьи и друзей написать книгу невозможно. Билл Феннер хотел бы поблагодарить свою жену Пегги (чемпионку в беге на четверть мили) и соседа по дому Кристофера Бойда за то, что они взяли на себя все тяготы домашнего труда на время его работы над этим проектом. Нужно поблагодарить и Джерри Виннера, чья поддержка была незаменима. Энди Рудофф благодарен своей жене Эллен и дочерям Джо и Кэти за понимание и поощрение. Без вашей помощи мы бы не справились с этим.
Рэндолл Стюарт из Cisco Systems предоставил большую часть материала по SCRIPT и заслуживает отдельной благодарности за свой бесценный вклад. Без помощи Рэндолла мы не смогли бы рассказать ничего на эту новую интересную тему.
Многочисленные рецензенты помогли ценными замечаниями и указаниями, обращая внимание на многочисленные ошибки и те области, которые требовали более подробного изложения, а также предложили альтернативные варианты формулировок, изложения материала и самих программ. Авторы хотели бы поблагодарить Джеймса Карлсона, Ву-Чана Фена, Рика Джонса, Брайана Кернигана, Сэма Леффлера, Джона МакКанна, Крейга Метца, Яна Ланса Тейлора, Дэвида Шварца и Гари Райта.
Многие люди и те организации, в которых они работали, шли мне навстречу, предоставляя программное обеспечение или доступ к системе, необходимые для тестирования некоторых примеров к книге.
■ Джесси Хог из IBM Austin предоставила систему AIX и компиляторы.
■ Рик Джонс и Уильям Гиллэм из Hewlett-Packard предоставили доступ ко множеству систем под управлением HP-UX.
Истинным удовольствием было работать с персоналом Addison Wesley: Норин Региной, Кэтлин Кэрен, Дэном де Паскуале, Энтони Гемелларо и Мэри Франц, нашим редактором, которая заслуживает отдельных благодарностей.
Продолжая традиции Рика Стивенса (но в противоположность общепринятым технологиям), мы подготовили оригинал-макет книги, используя замечательный пакет groff, написанный Джеймсом Кларком (James Clark), создали иллюстрации с помощью программы gpic (используя многие из макросов Гари Райта), сделали таблицы с помощью программы gtbl, составили предметный указатель и подготовили окончательный макет страниц. Программа Дейва Хансона (Dave Hanson) loom и некоторые сценарии Гари Райта (Gary Wright) использовались для включения кода программ в книгу. Набор сценариев на языке awk, написанный Джоном Бентли (Jon Bentley) и Брайаном Керниганом (Brian Kernighan), помогал в создании предметного указателя.
Авторы с нетерпением ждут комментарии, предложения и сообщения о замеченных опечатках.
authors@unpbook.com
http://www.unpbook.com
Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу электронной почты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
Исходные коды всех программ, приведенных в книге, вы можете найти по адресу http://www.piter.com.
На веб-сайте издательства http://www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.
Часть 1
Введение. TCP/IP
Глава 1
Введение в сетевое программирование
1.1. Введение
Чтобы писать программы, рассчитанные на взаимодействие в компьютерных сетях, необходимо сначала изобрести протокол — соглашение о порядке взаимодействия таких программ. Прежде чем углубляться в детальное проектирование протокола, нужно принять некоторые высокоуровневые решения о том, какая программа будет инициировать передачу данных и в каких случаях можно ожидать ответной передачи. Например, веб-сервер обычно рассматривается как долгоживущая программа (или демон — daemon), которая отправляет сообщения исключительно в ответ на запросы, поступающие по сети. Другой стороной является веб-клиент, например браузер, который всегда начинает взаимодействие с сервером первым. Деление на клиенты и серверы характерно для большинства сетевых приложений. И протокол, и программы обычно упрощаются, если возможность отправки запросов предоставляется только клиенту. Конечно, некоторые сетевые приложения более сложной структуры требуют поддержки асинхронного обратного вызова (asynchronous callback), то есть инициации передачи сообщений сервером, а не клиентом. Однако гораздо чаще приложения реализуются в базовой модели клиент-сервер, изображенной на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Сетевое приложение: клиент и сервер
Клиенты обычно устанавливают соединение с одним сервером за один раз, хотя, если в качестве примера говорить о веб-браузере, мы можем соединиться со множеством различных веб-серверов, скажем, в течение 10 минут. Сервер, напротив, в любой момент времени может быть соединен со множеством клиентов. Это отражено на рис. 1.2. Далее в этой главе будут рассмотрены различные возможности взаимодействия сервера одновременно со множеством клиентов.
Рис. 1.2. Сервер, который одновременно обслуживает множество клиентов
Не будет большой ошибкой сказать, что клиентское и серверное приложения взаимодействуют по сетевому протоколу, однако фактически в большинстве случаев используется несколько протоколов различных уровней. В этой книге мы сосредоточимся на наборе (стеке) протоколов TCP/IP, также называемом набором протоколов Интернета. Так, например, клиенты и веб-серверы устанавливают соединения, используя протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP). TCP, в свою очередь, использует протокол Интернета (Internet Protocol, IP), а протокол IP устанавливает соединение с тем или иным протоколом канального уровня. Если и клиент, и сервер находятся в одной сети Ethernet, взаимодействие между ними будет осуществляться по схеме, изображенной на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Клиент и сервер в одной сети Ethernet, соединенные по протоколу TCP
Хотя клиент и сервер устанавливают соединение с использованием протокола уровня приложений, транспортные уровни устанавливают соединение, используя TCP. Обратите внимание, что действительный поток информации между клиентом и сервером идет вниз по стеку протоколов на стороне клиента, затем по сети и, наконец, вверх по стеку протоколов на стороне сервера.
Заметьте, что клиент и сервер являются типичными пользовательскими процессами, в то время как TCP и протоколы IP обычно являются частью стека протоколов внутри ядра. Четыре уровня протоколов обозначены на рис. 1.3 справа.
Мы будем обсуждать не только протоколы TCP и IP. Некоторые клиенты и серверы используют протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP) вместо TCP; оба эти протокола более подробно обсуждаются в главе 2. Мы часто пользуемся термином «IP», но на самом деле протокол, который мы при этом подразумеваем, называется «IP версии 4» (IP version 4, IPv4). Новая версия этого протокола, IP версии 6 (IPv6), была разработана в середине 90-х и, возможно, со временем заменит протокол IPv4. В этой книге описана разработка сетевых приложений как под IPv4, так и под IPv6. В приложении А приводится сравнение протоколов IPv4 и IPv6 наряду с другими протоколами, с которыми мы встретимся.
Клиент и сервер не обязательно должны быть присоединены к одной и той же локальной сети (local area network, LAN), как в примере на рис. 1.3. Вместо этого, как показано на рис. 1.4, клиент и сервер могут относиться к разным локальным сетям, при этом обе локальных сети должны быть соединены в глобальную сеть (wide area network, WAN) с использованием маршрутизаторов.