клиент серверное приложение c сокеты
Клиент-серверный чат, используя сокеты Qt/C++
Предисловие
Статья ориентирована в основном на новичков. Целью ее написания является быстрое и максимально подробное описание сокетов, для начального понимания сети и сокетов. В свое время искал подобную, но нужны были подробные примеры. В стандартном примере fortune server/client, который идет с qt очень плохо показывают возможности сокетов.
Для понимания это будут Гуи-приложения:
В qt существуют классы QTcpSocket и QTcpServer для работы с сокетами. Используя сигналы и слоты, с ними можно работать в неблокирующем (асинхронном режиме). Это значит, если подключение к серверу занимает заметное количество времени, гуи не блокируется, а продолжает обрабатывать события, а когда произойдет подключение (либо ошибка), вызовется определенный слот (в текущем случае подключенный к сигналу connected()).
Клиент
Начнем с простого — не будем наследовать классы, а воспользуемся QTcpSocket:
Вообще при работе с сокетами нужно смотреть на данные как набор байтов, иначе могут быть проблемы с отображением информации лишь частично (пришло не полное сообщение, а следующее отображается с куском предыдущего). Чтобы избежать этих неприятностей будем использовать потоки данных (QDataStream) и предавать между сокетами блоки, в которых первые 2 байта это размер текущего блока, 3-й байт это команда клиента серверу (или ответ сервера), а остальное — данные в зависимости от команды. Стоит сказать, что протокол tcp гарантирует доставку всех пакетов, поэтому можно смело ждать полный размер блока, прежде чем его обрабатывать.
На этом с клиентом все — основные моменты описаны, остальное все довольно просто.
Сервер
В сервере будет все посложнее — отделим гуи (dialog), сервер (myserver) и клиент (myclient). Кто малознаком с сокетами может не понять какой клиент может быть в сервере? Так вот, при подключении сокета к серверу, на сервере, как привило, создается «клиентский» сокет, который добавляется в массив (напрашивается мысль использовать ассоциативный массив, но для простоты возьмем QList).
Унаследуем класс от QTcpServer, это нужно для переопределения виртуальной функции incomingConnection, в которой перехватывается входящее соединение (входной параметр — дескриптор сокета)
Для класса-клиента, пожалуй, стоит описать только интерфейс, тут все понятно по аналогии. MyClient не обязательно наследовать от QTcpSocket, можно сделать иначе:
Upd 2017:
Увы, но исходники уже утеряны навсегда
Upd 2018:
Как известно, все что когда либо было загружено в интернет остается там навсегда. Благодаря vladpower исходники снова доступны
C: сокеты и пример модели client-server
Перевод с дополнениями. Оригинал – тут>>>.
Как правило – два процесса общаются друг с другом с помощью одного из Inter Process Communication (IPC) механизма ядра, таких как:
Кроме перечисленных IPC – в ядре присутствует много других возможностей, но что если процессам необходимо обмениваться данными по сети?
Тут используется ещё один механизм IPC – сокеты.
Что такое сокет?
Сокеты (англ. socket — разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.
Кратко говоря – существует два типа сокетов – UNIX-сокеты (или сокеты домена UNIX – Unix domain sockets) и INET-сокеты (IP-сокеты, network sockets).
UNIX-сокеты чвляются частью механизма IPC и позволяют обмен данными в обоих направлениях между процессами, работающими на одной машине.
INET-сокеты в свою очередь представляют собой механизм, позволяющий выполнять коммуникацию между процессами по сети.
Грубо говоря – если UNIX-сокет использует файл в файловой системе, то INET-сокет – требует присваивания сетевого адреса и порта.
Коммуникация в среде TCP/IP происходит по клиент-серверной модели, т.е. – клиент инициализирует связь, а сервер его принимает.
Ниже – пример сервера, который будет работать как демон и ожидать подключения клиента, а при инициализации клиентом соединения – передаст ему дату и время.
Socket сервер
Наш сервер будет выглядеть следующим образом:
Теперь – давайте рассмотрим сам код сервера.
Далее – вызывается функция bind() :
Socket клиент
Перейдём ко второй программе – клиенту.
Код её будет выглядеть следующим образом:
Кратко рассмотрим его:
И в конце-концов – клиент с помощью read() получает данные из своего сокета, в который поступают данные от сокета на сервере.
Собираем клиент, и пробуем подключиться к нашему серверу:
Клиент-серверное приложение на потоковом сокете TCP
В следующем примере используем TCP, чтобы обеспечить упорядоченные, надежные двусторонние потоки байтов. Построим завершенное приложение, включающее клиент и сервер. Сначала демонстрируем, как сконструировать на потоковых сокетах TCP сервер, а затем клиентское приложение для тестирования нашего сервера.
Следующая программа создает сервер, получающий запросы на соединение от клиентов. Сервер построен синхронно, следовательно, выполнение потока блокируется, пока сервер не даст согласия на соединение с клиентом. Это приложение демонстрирует простой сервер, отвечающий клиенту. Клиент завершает соединение, отправляя серверу сообщение
Сервер TCP
Создание структуры сервера показано на следующей функциональной диаграмме:
Вот полный код программы SocketServer.cs:
Давайте рассмотрим структуру данной программы.
Первый шаг заключается в установлении для сокета локальной конечной точки. Прежде чем открывать сокет для ожидания соединений, нужно подготовить для него адрес локальной конечной точки. Уникальный адрес для обслуживания TCP/IP определяется комбинацией IP-адреса хоста с номером порта обслуживания, которая создает конечную точку для обслуживания.
Класс Dns предоставляет методы, возвращающие информацию о сетевых адресах, поддерживаемых устройством в локальной сети. Если у устройства локальной сети имеется более одного сетевого адреса, класс Dns возвращает информацию обо всех сетевых адресах, и приложение должно выбрать из массива подходящий адрес для обслуживания.
Создадим IPEndPoint для сервера, комбинируя первый IP-адрес хост-компьютера, полученный от метода Dns.Resolve(), с номером порта:
Здесь класс IPEndPoint представляет localhost на порте 11000. Далее новым экземпляром класса Socket создаем потоковый сокет. Установив локальную конечную точку для ожидания соединений, можно создать сокет:
Перечисление AddressFamily указывает схемы адресации, которые экземпляр класса Socket может использовать для разрешения адреса.
В параметре SocketType различаются сокеты TCP и UDP. В нем можно определить в том числе следующие значения:
Dgram
Поддерживает дейтаграммы. Значение Dgram требует указать Udp для типа протокола и InterNetwork в параметре семейства адресов.
Поддерживает доступ к базовому транспортному протоколу.
Stream
Поддерживает потоковые сокеты. Значение Stream требует указать Tcp для типа протокола.
Следующим шагом должно быть назначение сокета с помощью метода Bind(). Когда сокет открывается конструктором, ему не назначается имя, а только резервируется дескриптор. Для назначения имени сокету сервера вызывается метод Bind(). Чтобы сокет клиента мог идентифицировать потоковый сокет TCP, серверная программа должна дать имя своему сокету:
Метод Bind() связывает сокет с локальной конечной точкой. Вызывать метод Bind() надо до любых попыток обращения к методам Listen() и Accept().
Теперь, создав сокет и связав с ним имя, можно слушать входящие сообщения, воспользовавшись методом Listen(). В состоянии прослушивания сокет будет ожидать входящие попытки соединения:
В параметре определяется задел (backlog), указывающий максимальное число соединений, ожидающих обработки в очереди. В приведенном коде значение параметра допускает накопление в очереди до десяти соединений.
В состоянии прослушивания надо быть готовым дать согласие на соединение с клиентом, для чего используется метод Accept(). С помощью этого метода получается соединение клиента и завершается установление связи имен клиента и сервера. Метод Accept() блокирует поток вызывающей программы до поступления соединения.
Метод Accept() извлекает из очереди ожидающих запросов первый запрос на соединение и создает для его обработки новый сокет. Хотя новый сокет создан, первоначальный сокет продолжает слушать и может использоваться с многопоточной обработкой для приема нескольких запросов на соединение от клиентов. Никакое серверное приложение не должно закрывать слушающий сокет. Он должен продолжать работать наряду с сокетами, созданными методом Accept для обработки входящих запросов клиентов.
Как только клиент и сервер установили между собой соединение, можно отправлять и получать сообщения, используя методы Send() и Receive() класса Socket.
Метод Send() записывает исходящие данные сокету, с которым установлено соединение. Метод Receive() считывает входящие данные в потоковый сокет. При использовании системы, основанной на TCP, перед выполнением методов Send() и Receive () между сокетами должно быть установлено соединение. Точный протокол между двумя взаимодействующими сущностями должен быть определен заблаговременно, чтобы клиентское и серверное приложения не блокировали друг друга, не зная, кто должен отправить свои данные первым.
Когда обмен данными между сервером и клиентом завершается, нужно закрыть соединение используя методы Shutdown() и Close():
Сокет закрывается при вызове метода Close(), который также устанавливает в свойстве Connected сокета значение false.
Клиент на TCP
Функции, которые используются для создания приложения-клиента, более или менее напоминают серверное приложение. Как и для сервера, используются те же методы для определения конечной точки, создания экземпляра сокета, отправки и получения данных и закрытия сокета:
Вот полный код для SocketClient.cs и его объяснение:
Сокеты в C
Необходимые библиотеки
Примерный набор библиотек, которые, скорее всего, придётся подключить выглядит так
#include #include #include #include #include #include #include
Хочу обратить Ваше внимание на то, что библиотеки sys/types, sys/socket не подключатся если Вы работаете в Windows с компилятором MinGW.
Создание сокета
Сокет в Си создаётся следующим образом:
int socket( int domain, int type, int protocol);
domain: Аргументом является семейство протоколов. Если Вы планируете использовать IPv4 укажите домен AF_INET.
Если нужен IPv6 то AF_INET6. Полный список смотрите в разделе MAN DESCRIPTION
type: Обычно выбирают SOCK_STREAM это надёжная упорядоченная передача байтов в режиме полный дуплекс.
protocol: Обычно выбирают 0. Если Вам нужен не 0, то Вы уже, видимо, знаете, что делаете лучше меня.
Типичный вариант создания сокета выглядит так:
int socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
TCP Сервер
TCP Сервер v 2
Более продвинутая версия
TCP Клиент
Socket Man
Чтобы прочитать справочную информацию о socket введите
Если man не установлен прочитайте инструкцию по установке здесь
sys/socket.h
inet_aton
Функция inet_aton конвертирует строку в сетевой адрес. Возвращает int. 1 если конвертация прошла успешно. 0 если конвертация не получилась.
В качестве параметров использует указатель const char и структуру in_addr *addr
Эта функция считается устаревшей, на смену ей пришли inet_pton() и inet_ntop()
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *addr);
Сокеты
— это один конец двустороннего канала связи между двумя программами, работающими в сети. Соединяя вместе два сокета, можно передавать данные между разными процессами (локальными или удаленными). Реализация сокетов обеспечивает инкапсуляцию протоколов сетевого и транспортного уровней.
Первоначально сокеты были разработаны для UNIX в Калифорнийском университете в Беркли. В UNIX обеспечивающий связь метод ввода-вывода следует алгоритму open/read/write/close. Прежде чем ресурс использовать, его нужно открыть, задав соответствующие разрешения и другие параметры. Как только ресурс открыт, из него можно считывать или в него записывать данные. После использования ресурса пользователь должен вызывать метод Close(), чтобы подать сигнал операционной системе о завершении его работы с этим ресурсом.
Когда в операционную систему UNIX были добавлены средства межпроцессного взаимодействия (Inter-Process Communication, IPC) и сетевого обмена, был заимствован привычный шаблон ввода-вывода. Все ресурсы, открытые для связи, в UNIX и Windows идентифицируются дескрипторами. Эти дескрипторы, или описатели (handles), могут указывать на файл, память или какой-либо другой канал связи, а фактически указывают на внутреннюю структуру данных, используемую операционной системой. Сокет, будучи таким же ресурсом, тоже представляется дескриптором. Следовательно, для сокетов жизнь дескриптора можно разделить на три фазы: открыть (создать) сокет, получить из сокета или отправить сокету и в конце концов закрыть сокет.
Интерфейс IPC для взаимодействия между разными процессами построен поверх методов ввода-вывода. Они облегчают для сокетов отправку и получение данных. Каждый целевой объект задается адресом сокета, следовательно, этот адрес можно указать в клиенте, чтобы установить соединение с целью.
Типы сокетов
Существуют два основных типа сокетов — потоковые сокеты и дейтаграммные.
Потоковые сокеты (stream socket)
Потоковый сокет — это сокет с установленным соединением, состоящий из потока байтов, который может быть двунаправленным, т, е. через эту конечную точку приложение может и передавать, и получать данные.
Для этого типа сокетов путь формируется до начала передачи сообщений. Тем самым гарантируется, что обе участвующие во взаимодействии стороны принимают и отвечают. Если приложение отправляет получателю два сообщения, то гарантируется, что эти сообщения будут получены в той же последовательности.
Однако, отдельные сообщения могут дробиться на пакеты, и способа определить границы записей не существует. При использовании TCP этот протокол берет на себя разбиение передаваемых данных на пакеты соответствующего размера, отправку их в сеть и сборку их на другой стороне. Приложение знает только, что оно отправляет на уровень TCP определенное число байтов и другая сторона получает эти байты. В свою очередь TCP эффективно разбивает эти данные на пакеты подходящего размера, получает эти пакеты на другой стороне, выделяет из них данные и объединяет их вместе.
Потоки базируются на явных соединениях: сокет А запрашивает соединение с сокетом В, а сокет В либо соглашается с запросом на установление соединения, либо отвергает его.
Если данные должны гарантированно доставляться другой стороне или размер их велик, потоковые сокеты предпочтительнее дейтаграммных. Следовательно, если надежность связи между двумя приложениями имеет первостепенное значение, выбирайте потоковые сокеты.
Сервер электронной почты представляет пример приложения, которое должно доставлять содержание в правильном порядке, без дублирования и пропусков. Потоковый сокет рассчитывает, что TCP обеспечит доставку сообщений по их назначениям.
Дейтаграммные сокеты (datagram socket)
Дейтаграммные сокеты иногда называют сокетами без организации соединений, т. е. никакого явного соединения между ними не устанавливается — сообщение отправляется указанному сокету и, соответственно, может получаться от указанного сокета.
Потоковые сокеты по сравнению с дейтаграммными действительно дают более надежный метод, но для некоторых приложений накладные расходы, связанные с установкой явного соединения, неприемлемы (например, сервер времени суток, обеспечивающий синхронизацию времени для своих клиентов). В конце концов на установление надежного соединения с сервером требуется время, которое просто вносит задержки в обслуживание, и задача серверного приложения не выполняется. Для сокращения накладных расходов нужно использовать дейтаграммные сокеты.
Кроме двух рассмотренных типов существует также обобщенная форма сокетов, которую называют необрабатываемыми или сырыми.
Сырые сокеты (raw socket)
Главная цель использования сырых сокетов состоит в обходе механизма, с помощью которого компьютер обрабатывает TCP/IP. Это достигается обеспечением специальной реализации стека TCP/IP, замещающей механизм, предоставленный стеком TCP/IP в ядре — пакет непосредственно передается приложению и, следовательно, обрабатывается гораздо эффективнее, чем при проходе через главный стек протоколов клиента.
По определению, — это сокет, который принимает пакеты, обходит уровни TCP и UDP в стеке TCP/IP и отправляет их непосредственно приложению.
При использовании таких сокетов пакет не проходит через фильтр TCP/IP, т.е. никак не обрабатывается, и предстает в своей сырой форме. В таком случае обязанность правильно обработать все данные и выполнить такие действия, как удаление заголовков и разбор полей, ложится на получающее приложение — все равно, что включить в приложение небольшой стек TCP/IP.
Однако нечасто может потребоваться программа, работающая с сырыми сокетами. Если вы не пишете системное программное обеспечение или программу, аналогичную анализатору пакетов, вникать в такие детали не придется. Сырые сокеты главным образом используются при разработке специализированных низкоуровневых протокольных приложений. Например, такие разнообразные утилиты TCP/IP, как trace route, ping или arp, используют сырые сокеты.
Работа с сырыми сокетами требует солидного знания базовых протоколов TCP/UDP/IP.
Порты
Порт определен, чтобы разрешить задачу одновременного взаимодействия с несколькими приложениями. По существу с его помощью расширяется понятие IP-адреса. Компьютер, на котором в одно время выполняется несколько приложений, получая пакет из сети, может идентифицировать целевой процесс, пользуясь уникальным номером порта, определенным при установлении соединения.
Сокет состоит из IP-адреса машины и номера порта, используемого приложением TCP. Поскольку IP-адрес уникален в Интернете, а номера портов уникальны на отдельной машине, номера сокетов также уникальны во всем Интернете. Эта характеристика позволяет процессу общаться через сеть с другим процессом исключительно на основании номера сокета.
За определенными службами номера портов зарезервированы — это широко известные номера портов, например порт 21, использующийся в FTP. Ваше приложение может пользоваться любым номером порта, который не был зарезервирован и пока не занят. Агентство Internet Assigned Numbers Authority (IANA) ведет перечень широко известных номеров портов.
Например, на стороне клиента, приложение должно знать адрес цели и номер порта. Отправляя запрос на соединение, клиент пытается установить соединение с сервером:
Если события развиваются удачно, при условии что сервер запущен прежде, чем клиент попытался с ним соединиться, сервер соглашается на соединение. Дав согласие, серверное приложение создает новый сокет для взаимодействия именно с установившим соединение клиентом:
Теперь клиент и сервер могут взаимодействовать между собой, считывая сообщения каждый из своего сокета и, соответственно, записывая сообщения.
Класс Socket
Класс Socket играет важную роль в сетевом программировании, обеспечивая функционирование как клиента, так и сервера. Главным образом, вызовы методов этого класса выполняют необходимые проверки, связанные с безопасностью, в том числе проверяют разрешения системы безопасности, после чего они переправляются к аналогам этих методов в Windows Sockets API.
Прежде чем обращаться к примеру использования класса Socket, рассмотрим некоторые важные свойства и методы этого класса: