UNIX: разработка сетевых приложений

При успешном выполнении функция 
socket
 возвращает неотрицательное целое число, аналогичное дескриптору файла. Мы называем это число дескриптором сокета (socket descriptor), или 
sockfd
. Чтобы получить дескриптор сокета, достаточно указать лишь семейство протоколов (IPv4, IPv6 или Unix) и тип сокета (потоковый, символьный или дейтаграммный). Мы еще не задали ни локальный адрес протокола, ни удаленный адрес протокола.
  
AF_xxx и PF_xxx
 
Префикс 
AF_
 обозначает семейство адресов (address family), a 
PF_
 — семейство протоколов (protocol family). Исторически ставилась такая цель, чтобы отдельно взятое семейство протоколов могло поддерживать множество семейств адресов и значение 
PF_
 использовалось для создания сокета, а значение 
AF_
 — в структурах адресов сокетов. Но в действительности семейства протоколов, поддерживающего множество семейств адресов, никогда не существовало, и поэтому в заголовочном файле 
<sys/socket.h>
 значение 
PF_
 для протокола задается равным значению 
AF_
. Хотя не гарантируется, что это равенство будет всегда справедливо, но при попытке изменить ситуацию для существующих протоколов большая часть написанного кода потеряет работоспособность.
 
ПРИМЕЧАНИЕ
 
Просмотр 137 программ с вызовами функции socket в реализации BSD/OS 2.1 показывает, что в 143 случаях вызова задается значение AF_, и только в 8 случаях — значение PF_.
 
Причина создания аналогичных наборов констант с префиксами AF_ и PF_ восходит к 4.1cBSD [69] и к версии функции socket, предшествующей описываемой нами версии (которая появилась с 4.2BSD). Версия функции socket в 4.1cBSD получала четыре аргумента, одним из которых был указатель на структуру sockproto. Первый элемент этой структуры назывался sp_family, и его значение было одним из значений PF_. Второй элемент, sp_protocol, был номером протокола, аналогично третьему аргументу нынешней функции socket. Единственный способ задать семейство протоколов заключался в том, чтобы задать эту структуру. Следовательно, в этой системе значения PF_ использовались как элементы для задания семейства протоколов в структуре sockproto. Значения AF_ играли роль элементов для задания семейства адресов в структурах адресов сокетов. Структура sockproto еще присутствует в 4.4BSD [128, с. 626-627], но служит только для внутреннего использования ядром. Начальное определение содержало для элемента sp_family комментарий «семейство протоколов», но в исходном коде 4.4BSD он был изменен на «семейство адресов».
 
Еще большую путаницу в эту ситуацию вносит то, что в Беркли-реализации структура данных ядра, содержащая значение, которое сравнивается с первым аргументом функции socket (элемент dom_family структуры domain [128, с. 187]), сопровождается комментарием, где сказано, что в этой структуре содержится значение AF_. Но некоторые структуры domain внутри ядра инициализированы с помощью константы AF_ [128, с. 192], в то время как другие — с помощью PF_ [128, с. 646], [112, с. 229].
 
Еще одно историческое замечание. Страница руководства по 4.2BSD от июля 1983 года, посвященная функции socket, называет ее первый аргумент af и перечисляет его возможные значения как константы AF_.
 
Наконец, отметим, что POSIX задает первый аргумент функции socket как значение PF_, а значение AF_ использует для структуры адреса сокета. Но далее в структуре addrinfo определяется только одно значение семейства (см. раздел 11.2), предназначенное для использования либо в вызове функции socket, либо в структуре адреса сокета!
   
В целях согласования с существующей практикой программирования мы используем в тексте только константы 
AF_
, хотя вы можете встретить и значение 
PF_
, в основном в вызовах функции 
socket
.
  
4.3. Функция connect
 
Функция 
connect
 используется клиентом TCP для установления соединения с сервером TCP.
#include <sys/socket.h>
int connect(int <i>sockfd</i>, const struct sockaddr *<i>servaddr</i>,
 socklen_t <i>addrlen</i>);
<i>Возвращает: 0 в случае успешного выполнения функции, -1 в случае ошибки</i>
Аргумент 
sockfd
 — это дескриптор сокета, возвращенный функцией 
socket
. Второй и третий аргументы — это указатель на структуру адреса сокета и ее размер (см. раздел 3.3). Структура адреса сокета должна содержать IP-адрес и номер порта сервера. Пример применения этой функции был представлен в листинге 1.1.
Клиенту нет необходимости вызывать функцию 
bind
 (которую мы описываем в следующем разделе) до вызова функции 
connect
: при необходимости ядро само выберет и динамически назначаемый порт, и IP-адрес отправителя.
В случае сокета TCP функция 
connect
 инициирует трехэтапное рукопожатие TCP (см. раздел 2.6). Функция возвращает значение, только если установлено соединение или произошла ошибка. Возможно несколько ошибок:
1. Если клиент TCP не получает ответа на свой сегмент SYN, возвращается сообщение 
ETIMEDOUT
. 4.4BSD, например, отправляет один сегмент SYN, когда вызывается функция 
connect
, второй — 6 с спустя, и еще один — через 24 с [128, с. 828]. Если ответ не получен в течение 75 с, возвращается ошибка.
Некоторые системы позволяют администратору устанавливать значение времени ожидания; см. приложение Е [111].
2. Если на сегмент SYN сервер отвечает сегментом RST, это означает, что ни один процесс на узле сервера не находится в ожидании подключения к указанному нами порту (например, нужный процесс может быть не запущен). Это устойчивая неисправность (hard error), и клиенту возвращается сообщение 
ECONNREFUSED
 сразу же по получении им сегмента RST.
RST (от «reset» — сброс) — это сегмент TCP, отправляемый собеседнику при возникновении ошибок. Вот три условия, при которых генерируется RST: сегмент SYN приходит для порта, не имеющего прослушивающего сервера (что мы только что описали); TCP хочет разорвать существующее соединение; TCP получает сегмент для несуществующего соединения (дополнительная информация содержится на с. 246–250 [111]).
3. Если сегмент SYN клиента приводит к получению сообщения ICMP о недоступности получателя от какого-либо промежуточного маршрутизатора, это считается случайным сбоем (soft error). Клиентское ядро сохраняет сообщение об ошибке, но продолжает отправлять сегменты SYN с теми же временными интервалами, что и в первом сценарии. Если же но истечении определенного фиксированного времени (75 с для 4.4BSD) ответ не получен, сохраненная ошибка ICMP возвращается процессу либо как 
EHOSTUNREACH
, либо как 
ENETUNREACH
. Может случиться, что удаленная система будет недоступна по любому маршруту из таблицы маршрутизации локального узла, или что возврат из 
connect
 произойдет без всякого ожидания.