О чём не пишут в книгах по Delphi - А. Григорьев

В библиотеке сокетов предусмотрена константа INADDR_ANY, позволяющая не указывать явно адрес в программе, а оставить его выбор на усмотрение системы. Для этого полю sin_addr.S_addr следует присвоить значение INADDR_ANY. Если IP-адрес компьютеру не назначен, то при использовании этой константы сокет будет привязан к локальному адресу 127.0.0.1. Если компьютеру назначен один IP-адрес, сокет будет привязан к этому адресу. Если компьютеру назначено несколько IP-адресов, то будет выбран один из них, причем сама привязка при этом отложится до установления соединения (в случае TCP) или до первой отправки данных через сокет (в случае UDP). Выбор конкретного адреса при этом зависит от того, какой адрес имеет удалённая сторона.

Итак, резюмируем все сказанное. Пусть у нас есть сокет S, который нужно привязать, например, к адресу 192.168.200.217 и порту 3320. Для этого следует выполнить код листинга 2.3.

Листинг 2.3. Привязка сокета к конкретному адресу

Addr.sin_family := PF_INET;

Addr.sin_addr.S_addr := inet_addr('192.168.200.217');

Addr.sin_port := htons(3320);

FillChar(Addr.sin_zero, SizeOf(Addr.sin_zero), 0);

if bind(S, Addr, SizeOf(Addr)) = SOCKET_ERROR  then

begin

 // какая-то ошибка, анализируем с помощью WSAGetLastError

end;

FillChar — это стандартная процедура Паскаля, заполняющая некоторую область памяти заданным значением. В данном случае мы применяем ее для заполнения нулями поля sin_zero. Для этой же цели пригодна функция Windows API ZeroMemory. В примерах на С/C++ обычно используется функция memset.

Теперь рассмотрим другой случай: пусть выбор адреса и порта можно оставить на усмотрение системы. Тогда код будет выглядеть так, как показано в листинге 2.4.

Листинг 2.4. Привязка сокета к адресу, выбираемому системой

Addr.sin_family := PF_INET;

Addr.sin_addr.S_addr := INADDR_ANY;

Addr.sin_port := 0;

FillChar(Addr.sin_zero, SizeOf(Addr.sin_zero), 0);

if bind(S, Addr, SizeOf(Addr)) = SOCKET_ERROR then

begin

 // какая-то ошибка, анализируем с помощью WSAGetLastError

end;

В случае TCP сервер сам не является инициатором подключения, но может работать с любым подключившимся клиентом, какой бы у него ни был адрес.

Для сервера принципиально, какой порт он будет использовать — если порт не определен заранее, клиент не будет знать, куда подключаться. Поэтому номер порта является важным признаком для сервера. (Иногда, впрочем встречаются серверы, порт которых заранее неизвестен, но в таких случаях всегда существует другой канал передачи данных, позволяющий клиенту до подключения узнать, какой порт задействован в данный момент сервером. С другой стороны, клиенту обычно непринципиально, какой порт будет у его сокета, поэтому чаще всего серверу назначается фиксированный порт, а клиент оставляет выбор системе.

Протокол UDP не поддерживает соединение, но при его применении часто одно приложение тоже можно условно назвать сервером, а другое — клиентом. Сервер создает сокет и ждет, когда кто-нибудь что-нибудь пришлет и высылает что-то в ответ, а клиент сам отправляет что-то куда-то. Поэтому, как и в случае TCP, сервер должен использовать фиксированный порт, а клиент может выбирать любой свободный.

Если у компьютера только один IP-адрес, то выбор адреса для сокета и клиент, и сервер могут доверить системе. Если компьютер имеет несколько интерфейсов к одной сети, каждый со своим IP-адресом, то выбор конкретного адреса в большинстве случаев также непринципиален и может быть оставлен на усмотрение системы. Проблемы возникают, когда у компьютера несколько сетевых интерфейсов, каждый из которых включен в свою сеть. В этом случае выбор того или иного IP-адреса для сокета привязывает его к одной из сетей, и только к одной. Поэтому нужно принять меры для того, чтобы сокет оказался привязан к той сети, в которой находится его адресат.

Ранее мы уже говорили, что в системах с несколькими сетевыми картами привязка сокета к адресу в том случае, когда его выбор доверен системе, может осуществляться не во время выполнения функции bind, а позже, когда системе станет понятно, зачем используется этот сокет. Например, когда TCP-клиент осуществляет подключение к серверу, система по адресу этого сервера определяет, через какую карту должен идти обмен, и выбирает соответствующий адрес. То же самое происходит с UDP-клиентом: когда он отправляет первую дейтаграмму, система по адресу получателя определяет, к какой карте следует привязать сокет. Поэтому клиент и в данном случае может оставить выбор адреса на усмотрение системы. С серверами все несколько сложнее. Система привязывает сокет UDP-сервера к адресу, он ожидает получения пакета. В этот момент система не имеет никакой информации о том, с какими узлами будет вестись обмен через данный сокет, и может выбрать не тот адрес, который нужен. Поэтому сокеты UDP-серверов, работающих в подобных системах, должны явно привязываться к требуемому адресу. Сокеты TCP-серверов, находящиеся в режиме ожидания и имеющие адрес INADDR_ANY, допускают подключение к ним по любому сетевому интерфейсу, который имеется в системе. Сокет, который создается таким сервером при подключении клиента, будет автоматически привязан к IP-адресу того сетевого интерфейса, через который осуществляется взаимодействие с подключившимся клиентом. Таким образом, сокеты, созданные для взаимодействия с разными клиентами, могут оказаться привязанными к разным адресам.

После успешного завершения функций socket и bind сокет создан и готов к работе. Дальнейшие действия с ним зависят от того, какой протокол он реализует и для какой роли предназначен. Мы разберем эти операции в разделах, посвященных соответствующим протоколам. Там же мы увидим, что в некоторых случаях можно обойтись без вызова функции bind, поскольку она будет неявно вызвана при вызове других функций библиотеки сокетов.

Когда сокет больше не нужен, следует освободить связанные с ним ресурсы. Это выполняется в два этапа: сначала сокет "выключается", а потом закрывается.

Для выключения сокета предусмотрена функция shutdown, имеющая следующий прототип:

function shutdown(s: TSocket; how: Integer): Integer;

Параметр s определяет сокет, который необходимо выключить, параметр how может принимать значения SD_RECEIVE, SD_SEND или SD_BOTH. Функция возвращает ноль при успешном выполнении и SOCKET_ERROR — в случае ошибки. Вызов функции с параметром SD_RECEIVE запрещает чтение данных из входного буфера сокета. Однако на у ровне протокола вызов этой функции игнорируется: дейтаграммы UDP и пакеты TCP, посланные данному сокету, продолжают помещаться в буфер, хотя программа уже не может их оттуда забрать.

При указании значения SD_SEND функция запрещает отправку данных через сокет. В случае протокола TCP при этом удаленный сокет получает специальный сигнал, предусмотренный данным протоколом, уведомляющий о том, что больше данные посылаться не будут. Если на момент вызова shutdown в буфере для исходящих остаются данные, сначала посылаются они. а потом только сигнал о завершении. Поскольку протокол UDP подобных сигналов не предусматривает, то в этом случае shutdown просто запрещает библиотеке сокетов использовать указанный сокет для отправки данных.

Параметр SD_BOTH позволяет одновременно запретить и прием, и передачу данных через сокет.

Примечание

Модуль WinSock до пятой версии Delphi включительно содержит ошибку: в нем не определены константы SD_XXX. Чтобы использовать их в своей программе, нужно объявить их так, как показано в листинге 2.5.

Листинг 2.5. Объявление констант SD_XXX для Delphi 5 и более ранних версий

const

 SD_RECEIVE = 0;

 SD_SEND = 1;

 SD_BOTH = 2;

Для освобождения ресурсов, связанных с сокетом, служит функция closesocket, которая освобождает память, выделенную для буферов, и порт. Ее единственный параметр задает сокет, который требуется закрыть, а возвращаемое значение — ноль или SOCKET_ERROR. После вызова этой функции соответствующий дескриптор сокета перестает иметь смысл, и использовать его больше нельзя.

По умолчанию функция closesocket немедленно возвращает управление вызвавшей ее программе, а процесс закрытия сокета начинает выполняться в фоновом режиме. Под закрытием подразумевается не только освобождение ресурсов, но и отправка данных, которые остались в выходном буфере сокета. Вопрос о том, как изменить поведение функции closesocket, будет обсуждаться в разд. 2.1.17. Если сокет закрывается одной нитью в тот момент, когда другая нить пытается выполнить какую-либо операцию с этим сокетом, то эта операция завершается с ошибкой.

Функция shutdown нужна в первую очередь для того, чтобы заранее сообщить партнеру по связи о намерении завершить связь, причем это имеет смысл только для протоколов, поддерживающих соединение. В случае UDP функцию shutdown вызывать практически бессмысленно, можно сразу вызывать closesocket. При использовании TCP удаленная сторона получает сигнал о выключении партнера, но стандартная библиотека сокетов не позволяет программе обнаружить его получение (такие функции есть в сокетах Windows, о чем мы будем говорить далее). Но этот сигнал может быть важен для внутрисистемных функций, реализующих сокеты. Windows-версия библиотеки сокетов относится к отсутствию данного сигнала достаточно либерально, поэтому вызов shutdown в том случае, когда и клиент, и сервер работают под управлением Windows, не обязателен. Но реализации TCP в других системах не всегда столь же снисходительно относятся к подобной небрежности. Результатом может стать долгое (до двух часов) "подвешенное" состояние сокета в той системе, когда с ним и работать уже нельзя, и информации об ошибке программа не получает. Поэтому в случае TCP лучше не пренебрегать вызовом shutdown, чтобы сокет на другой стороне не имел проблем.