Różnice

Różnice między wybraną wersją a wersją aktualną.

@@ Linia 1: / Linia 1: @@
+====== Klient TCP (przypomnienie) ======
+Do pracy programu w roli klienta TCP trzeba w kolejności użyć funkcji:
+<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
+  - ''socket'' do stworzenia gniazda, podając typ ''SOCK_STREAM'' i protokół ''IPPROTO_TCP'' lub ''0''
+  - ''connect'' żeby połączyć utworzone gniazdo pod adres wskazany w argumentach
+  - po połączeniu można wysyłać i odbierać dane, np. funkcjami ''write'', ''send'' i ''read'', ''recv''
+  - ''shutdown'' żeby zakończyć połączenie na tym gnieździe
+  - ''close'' żeby zwolnić zasoby systemowe związane z gniazdem
+Zwróć uwagę że ''socket'' tworzy gniazdo protokołu TCP, a ''connect'' wybiera
+żeby to gniazdo pełniło rolę klienta.
+====== Serwer TCP ======
+===== Wstęp =====
+Aby oczekiwać na przychodzące połączenia TCP konieczne jest stworzenie gniazda
+do odbierania nowych połączeń.
+\\
+Takie gniazdo, tzw. **gniazdo nasłuchujące** (listening), nie umożliwia
+odbierania ani wysyłania danych – **pozwala tylko na odbieranie przychodzących
+połączeń** i tworzy **dla każdego nowego połączenia kolejne gniazdo**
+reprezentujące to odebrane połączenie.
+Do przygotowania nasłuchującego gniazda należy najpierw stworzyć gniazdo
+funkcją ''socket'', a następnie wywołać na tym gnieździe funkcję ''listen'',
+ale: jeśli wcześniej nie ustawi się adresu gniazda, system operacyjny wylosuje
+efemeryczny port i rozpocznie nasłuch na dowolnym adresie IP na tym porcie.
+Dlatego przed wywołaniem funkcji ''listen(…)'' **należy funkcją ''bind''
+ustawić lokalny adres gniazda**. Funkcja ''bind'' przyjmuje jako argument
+wskaźnik na strukturę ''sockaddr'', który musi wskazywać na strukturę opisująca
+adres z rodziny obsługiwanej przez gniazdo.
+**Lokalny adres IP nasłuchującego gniazda zwykle ustawia się na dowolny**, czyli
+dla IPv4 adres 0.0.0.0,** reprezentowany przez stałą ''INADDR_ANY''**.
+\\
+Inny lokalny adres IP ustawia się, jeśli gniazdo ma odbierać połączenia
+kierowane tylko na ten właśnie adres – np. 127.0.0.1 (''INADDR_LOOPBACK'')
+jeśli połączenia mają być ograniczone do połączeń z tego komputera.
+**Wywołanie funkcji ''listen'' nakazuje systemowi operacyjnemu czekać na
+połączenia** (wybiera że gniazdo ma pełnić rolę serwera). Wykonanie funkcji
+listen jest natychmiastowe – ta funkcja nie czeka na połączenie, tylko
+informuje system operacyjny że nowe połączenia przychodzące na ustawiony
+adres mają być kierowane na to gniazdo.
+\\
+Argumentem funkcji ''listen'' jest ilość nowych połączeń które czekają
+w kolejce na odebranie (tj. połączeń dla których nie wykonano jeszcze funkcji
+''accept'')((Argument "backlog" funkcji ''listen'' powinien się zawierać w
+zakresie ''1''÷''SOMAXCONN'' (w tej chwili o wartości
+[[https://elixir.bootlin.com/linux/v6.17.1/source/include/linux/socket.h#L298|4096 w Linuksie]])
+i jest traktowany jako podpowiedź, tzn. system operacyjny może używać innego
+limitu niż podany w argumencie ''listen''.)).
+Do odebrania nowych połączeń używa się funkcji ''accept(…)''. **Funkcja
+''accept'' zwraca nowe gniazdo** reprezentujące nawiązane połączenie.
+<small>Tworzenie kolejnych deskryptorów plików oraz wyniki ''lsof'', ''strace''
+i ''ss'' są zaprezentowane [[sk2:sockets_full:tcp_srv_img|tutaj]]</small>
+===== Zadania =====
+~~Zadanie.#~~ Napisz program, który:
+<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
+  - stworzy gniazdo TCP funkcją ''socket'',
+  - stworzy zmienną typu ''sockaddr_in'' i wypełni ją wpisując:
+    * ''AF_INET'' w pole określające rodzinę adresów
+    * stałą ''INADDR_ANY'' w pole określające adres IPv4
+    * wybrany numer portu na którym serwer ma czekać na połączenia w pole określające port \\ (pamiętaj o ''htons'' do zmiany kolejności bajtów)
+  - ustali lokalny adres gniazda funkcją ''bind'' \\ //uwaga//: koniecznie sprawdzaj czy funkcja ''bind'' się powiodła \\ jeśli zobaczysz błąd //address already in use//, przeczytaj tekst o stanie TIME_WAIT pod zadaniem
+  - rozpocznie oczekiwanie na połączenia wywołując funkcję ''listen'' \\ drugi argument ''listen'' określa ile nieodebranych połączeń może naraz czekać w systemie; tutaj wystarczy ''1''
+  - zaakceptuje połączenie funkcją ''accept'' \\ na razie drugi i trzeci argument funkcji ''accept'' ustaw na ''0'' lub ''nullptr''
+  - wynik funkcji ''accept'' to deskryptor nowego gniazda, połączonego z klientem \\ (w tym momencie możesz już zamknąć gniazdo nasłuchujące na połączenia)
+  - wyśle do gniazda połączonego z klientem stały ciąg znaków (np. ''hello'')
+  - zakończy połączenie z klientem funkcją ''shutdown'' i zamknie deskryptor pliku funkcją ''close''
+<html><div style="display:inline-block; margin-top:-1.4em; line-height:100%"></html><small>
+Potrzebne pliki nagłówkowe:
+<html><div style="margin-top:-1.4em;"></div></html>
+<code c++>
+#include <arpa/inet.h>
+#include <cstdio>
+#include <netinet/in.h>
+#include <sys/socket.h>
+#include <unistd.h>
+int main(int argc, char **argv) {
+    return 0;
+}
+</code></small>
+<html></div></html>
+<html><div style="margin-top:-1.4em;"></div></html>
+===== Stan TIME_WAIT =====
+System operacyjny śledzi w jakim stanie jest połączenie TCP.
+\\
+Poniższa ilustracja pokazuje kolejne stany połączenia po wykonaniu ''shutdown''
+z argumentem ''SHUT_WR'' lub ''SHUT_RDWR'':
+<html><div style="text-align:center;margin-top:-1.4em"><object style="border:1px solid #bbb;height:80pt;padding:0.25em" data="/jkonczak/_media/bio-psiec:tcp_server:time-wait_1.svg" type="image/svg+xml"></object></div></html>
+Zwróć uwagę, że wywołanie ''shutdown'' wysyła segment TCP z informacją że
+ta strona nie będzie już więcej wysyłać danych (flaga FIN), a druga strona
+musi potwierdzić że odebrała tą informację (flaga ACK).
+Jeżeli potwierdzenie zamknięcia połączenia nie dotrze (bo np. pakiet z tą
+informacją został zgubiony w sieci), to po upływie określonego czasu system
+operacyjny ponownie wyśle informację o zamknięciu połączenia:
+<html><div style="text-align:center;margin-top:-1.4em"><object style="border:1px solid #bbb;height:80pt;padding:0.25em" data="/jkonczak/_media/bio-psiec:tcp_server:time-wait_2.svg" type="image/svg+xml"></object></div></html>
+**Strona która pierwsza zamknęła połączenie** po wysłaniu ostatniego ACK nie
+wie czy wystąpi sytuacja z pierwszej ilustracji (w której żaden segment z tego
+połączenie już nie przyjdzie) czy sytuacja z drugiej ilustracji (w której
+przyjdzie ponowiona informacja że druga strona zamyka połączenie).
+Dlatego **przez określony czas** (w Linuksie
+około minuty((https://elixir.bootlin.com/linux/v6.17.1/source/include/net/tcp.h#L128)))
+system operacyjny **pamięta o tym że połączenie istniało utrzymując je w stanie
+TIME_WAIT**.
+\\
+<small>
+Więcej informacji o [[https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc9293#normal_close|zamykaniu połączenia]]
+i [[https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc9293#name-state-machine-overview|stanach połączenia]]
+znajdziesz w odpowiednim RFC
+</small>
+Dla systemu operacyjnego port który był wykorzystany w tym połączeniu jest
+uznawany za zajęty, więc domyślnie system nie pozwoli uruchomić serwera na
+tym porcie. Można zmienić to zachowanie ustawiając dla gniazda opcję
+**SO_REUSEADDR**, która pozwala użyć adresu (IP i portu) mimo tego ze jakieś
+połączenie w stanie TIME_WAIT go jeszcze używa.
+\\
+Poniższy kod ustawia opcję ''SO_REUSEADDR'' dla gniazda ''sockFd'':
+<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
+<code cpp>const int one = 1;
+setsockopt(sockFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof(one));</code>
+<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
+Oczywiście trzeba zmienić to zachowanie przed wywołaniem funkcji ''bind''
+której działania ta opcja dotyczy.
+===== Zadania =====
+~~Zadanie.#~~ Zmodyfikuj program z poprzedniego zadania tak, by ustawiał opcję
+''SO_REUSEADDR''.
+\\
+Sprawdź czy teraz możesz uruchomić serwer natychmiast po zakończeniu jego
+poprzedniego uruchomienia.
+~~Zadanie.#~~ Zmodyfikuj program z poprzedniego zadania tak, by w pętli
+obsługiwał kolejne połączenia.
+===== Odczytywanie informacji skąd przyszło połączenie =====
+Funkcja ''accept'' może przekazać informację o adresie z którego nawiązano
+połączenie. W tym celu należy jej podać:
+  * jako drugi argument informację gdzie ma zapisać ten adres – tj. podać adres struktury którą ta funkcja ma wypełnić \\ ''accept'' oczekuje typu ''sockaddr*'', ale wskazuje mu się zmienną typu spodziewanego adresu (np. ''sockaddr_in'')
+  * trzeci argument to ilość bajtów struktury z adresem, która jest **czytana i nadpisywana** przez ''accept'' \\ czyli: trzeba podać adres zmiennej, która w momencie wywołania ''accept'' ma wpisany rozmiar przekazanej struktury, \\ a po wyjściu z funkcji ''accept'' będzie mieć informację ile bajtów zostało tam wpisane przez ''accept''
+<html><div style="display:inline-block; margin-top:-1.4em; line-height:100%"></html><small>
+Przykład:
+<html><div style="margin-top:-1.4em;"></div><div style="user-select: none;"></html>
+<code c++>
+sockaddr_in cliAddr;
+socklen_t cliAddrSize = sizeof(cliAddr);
+client = accept(ssock, (sockaddr*)&cliAddr, &cliAddrSize);
+</code></small>
+<html></div></div></html>
+<html><div style="margin-top:-1.4em;"></div></html>
+<small>
+Adresy gniazda (lokalny i zdalny) można też odczytać w każdej chwili funkcjami
+''getsockname'' i ''getpeername''.
+</small>
+===== Zadania =====
+~~Zadanie.#~~ Dodaj do programu wyświetlanie z jakiego adresu IP i numeru portu
+nawiązano połączenie.
+\\
+<small>
+Funkcje zmieniające adres IP zapisany jako liczba na tekst to ''inet_ntoa'' i ''inet_ntop''
+</small>
+~~Zadanie.#~~ Zmień logikę serwera tak, by zamiast wysyłać stały tekst, odbierał
+od klienta (do zamknięcia połączenia przez klienta) dane i jeżeli serwer odbierze tekst:
+  * ''data'', to odeśle klientowi bieżącą datę i godzinę
+  * ''id'', to odeśle klientowi liczbę większą o 1 od poprzednio wysłanej liczby
+<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
+<small>Uwaga: klient może wysłać na końcu tekstu znak nowej linii - weź to pod uwagę</small>
+++++ Przykład minimalistycznego iteracyjnego serwera jednej gry w kółko i krzyżyk (bez sprawdzania warunku końca) |
+<code c++>
+#include <sys/socket.h>
+#include <netinet/in.h>
+#include <cstdio>
+#include <cstring>
+#include <unistd.h>
+#include <algorithm>
+#define CHECK(code, txt) if(code==-1) {perror(txt); return 1;}
+enum ttt:char{e='.',X='x',O='o'} map[3][4]{{e,e,e},{e,e,e},{e,e,e}};
+#define MAP_TO_BUF sprintf(buf, "\n 012\n0%s\n1%s\n2%s\n\n",\
+                                (char*)map[0],(char*)map[1],(char*)map[2]);
+int main(){
+    int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0), one = 1;       CHECK(s, "socket");
+    setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof(one));
+    sockaddr_in saddr{AF_INET, htons(3003), {htonl(INADDR_ANY)}};
+    int rv = bind(s, (sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));      CHECK(rv, "bind");
+    rv = listen(s, 1);                                     CHECK(rv, "listen");
+    int c1 = accept(s, nullptr, nullptr);               CHECK(c1, "accept c1");
+    write(c1, "Poczekaj na drugiego gracza\n", 28);
+    int c2 = accept(s, nullptr, nullptr);               CHECK(c2, "accept c2");
+    close(s);
+    for(;;std::swap(c1,c2)){
+        write(c2, "Ruch przeciwnika.\n", 18);
+        write(c1, "Podaj x i y oddzielone spacją (zakres 0-2)\n", 44);
+        char buf[256]{}; unsigned x=3, y=3;
+        read(c1, buf, 255);
+        sscanf(buf, "%u%u", &x, &y);
+        if (x<3&&y<3 && map[y][x]==e) map[y][x]=c1<c2?X:O; MAP_TO_BUF;
+        rv = write(c2, buf, 22);         // program zakończy się kiedy dostanie
+        rv = write(c1, buf, 22);         // sygnał SIGPIPE przy próbie zapisu
+    }                                    // do zamkniętego gniazda
+}
+</code>
+++++

Jan Kończak

Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny

Różnice

Narzędzia strony