12. Что такое дескриптор сокета?

Вы знаете, что при создании сокета сетевой адрес не указывается. Функция socket создает сокет и возвращает значение дескриптора, присвоенного системой этому сокету. Дескриптор указывает на член системной таблицы дескрипторов, соответствующий данному сокету.

Системная таблица дескрипторов управляется реализацией сокетов. Вам, как прикладному программисту, приходится общаться с этой таблицей посредством дескрипторов сокетов. На самом деле «создание сокета» — это просто процесс отведения памяти системой для размещения в ней структуры данных, описывающей данный сокет.

В операционной системе UNIX каждый процесс владеет одной таблицей дескрипторов файлов. (Вы помните, что разработчики интерфейса сокетов использовали ту же концепцию и для сетевого ввода-вывода.) Функция-socket в UNIX получает дескриптор из таблицы дескрипторов файлов. Дескриптор является указателем на внутреннюю структуру данных. Структура данных сокета в упрощенном виде показана на рис. .1.

Рис. 1

Как видно из рисунка, структура данных сокета включает элементы для хранения аргументов, с которыми была вызвана функция socket. Кроме того, в структуре размещены четыре адреса: локальный IP-адрес, удаленный IP-адрес, адреса локального и удаленного портов. Каждый раз, когда программа вызывает функцию-socket, реализация сокетов отводит машинную память для новой структуры данных, а затем размещает в ней семейство адресов, тип сокета и протокола. В таблице дескрипторов размещается указатель на эту структуру. Дескриптор, полученный вашей программой от функции socket, является индексом (порядковым номером) в таблице дескрипторов.

Интерфейс сокетов не определяет никаких способов управления дескриптором сокета. Сам UNIX обращается с дескрипторами сокетов точно так же, как с дескрипторами файлов. Другие приложения могут обращаться с дескрипторами так, как это им заблагорассудится. Другими словами, то, что происходит с данными, на которые указывает дескриптор, зависит от конкретной реализации системы, с которой вы работаете. Вам, как прикладному программисту, не обязательно знать подробности, касающиеся таблиц дескрипторов, структуры данных в них и отведения памяти. Мы рассматриваем все это, только чтобы показать, каким образом сокету присваивается сетевой адрес. Функция socket образует структуру данных сокета, не заполняя при этом поля адресов. Чтобы связать сокет с определенным сетевым адресом, необходимо вызвать другие функции, входящие в состав API, так, как это будет показано в следующих разделах.

Парадигма сокетов, или модель интерфейса сокетов, рассматривает сетевые компьютеры в качестве конечных точек сетевого соединения. Каждое сетевое соединение включает две конечные точки: локальный компьютер и удаленный компьютер. В рамках интерфейса сокетов каждая конечная точка сети представлена сокетом. Вы знаете, что большинство сетевых программ пользуются моделью клиент-сервер. Сетевые соединения в рамках этой модели также включают две конечные точки соединения. Модель клиент/сервер делает эти две точки неравноправными. Одна должна выполнять функции сервера, а другая — клиента. Конечная точка-клиент инициирует запрос к сетевым службам и представлена программой-клиентом или процессом-клиентом. Конечная точка, отвечающая на запрос, представлена программой или процессом-сервером.

Сетевой уровень IP идентифицирует сетевые компьютеры при помощи сетевого адреса. Это значит, что каждый компьютер, подключенный к Интернет, должен иметь уникальный сетевой адрес. Ранее объяснялось, как транспортный уровень использует адреса портов для обозначения определенных приложений (процессов) в сетевом компьютере. Каждый сетевой процесс, таким образом, использует номер порта сетевого компьютера в качестве собственного адреса. Наконец, вы знаете, что программы Интернет должны использовать семейство протоколов TCP/IP для передачи своих данных по сети. Таким образом, соединение между двумя сетевыми программами несет в себе следующую информацию:

- местный (локальный) порт протокола, обозначающий программу или процесс, посылающий сообщения или датаграммы;

- адрес локального компьютера, обозначающий сетевой компьютер, принимающий пакеты данных;

- удаленный порт протокола, обозначающий программу или процесс-получатель данных;

- протокол, обозначающий, каким образом программа собирается передавать данные по сети.

Структура данных сокета, как видно на рис. 1, соответствующая дескриптору сокета, содержит информацию об этих же пяти пунктах. Таким образом, сокет является реализацией абстрактной модели конечной точки сетевого соединения. Структура данных сокета содержит все элементы, необходимые конечной точке сетевого соединения. Структура данных сокета значительно упрощает процесс сетевого соединения. Когда одна программа желает установить связь с другой, программа-передатчик просто отдает свою информацию сокету, а интерфейс сокетов в свою очередь передает ее дальше стеку сетевых протоколов TCP/IP. Перед этим программа должна создать сокет, вызвав системную функцию-сокет, а затем сконфигурировать его, пользуясь функциями, также входящими в интерфейс сокетов. В следующих разделах будет показано, каким образом сокет конфигурируется.