что такое сокеты в сети

Что такое сокеты в сети

Сетевые сокеты — способ взаимодействия любого приложения с системой на которой оно работает. Сокет — это интерфейс, который по сути представляет собой совокупность адреса в сети и используемого порта. Также часто термин употребляется применительно к Socket API, о котором рассказывается во второй части статьи.

Клиентское приложение всегда работает на локальной машине, подключенной к сети

Интерфейс между приложением и хост-машиной (Network-Application Interface) определяет как приложение может использовать сеть.

Сетевые сокеты и клиент серверная модель

Приложение клиента (посылает например URL в случае с вебом или запрос к MySQL) на определенный сетевой адрес и порт. В примере это localhost и порт 3306 — сервер в свою отвечает приложению. К приложению при этом могут обращаться множество клиентов, запросы и использованием сокета приходят на один и тот же адрес и обрабатываются одним пакетом. Таким образом работает клиент-серверая модель взаимодействия.

Чтобы написать приложение, которое могло бы обслуживать множество клиентов (последовательно и параллельно) нужно сокет API

Socket API — интерфейс используемый всеми интернет приложениями.

Socket API при соединении 2-х приложений может работать с потоками и с датаграммами :

Сетевой сокет — комбинация IP адреса и номера порта, которые представляют собой способ адресации и обеспечивают нормальное взаимодействие большого количества приложений в рамках одной системы.

Один сокет не может использовать два приложения одновременно или два экземпляра одного приложения.

Вызовы в Socket API

SOCKET — вызов создает структуру

BIND — связывает локальный адрес с сокетом

LISTEN — заявляет о готовности установить соединение

ACCEPT — принимает входящее соединение

CONNECT — пробует установить соединение

SEND — отправляет данные в рамках соединения

RECEIVE — принимает информацию в рамках соединения

CLOSE — прерывает соединение

Источник

Сокеты¶

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.

Принципы сокетов¶

Каждый процесс может создать слушающий сокет (серверный сокет) и привязать его к какому-нибудь порту операционной системы (в UNIX непривилегированные процессы не могут использовать порты меньше 1024). Слушающий процесс обычно находится в цикле ожидания, то есть просыпается при появлении нового соединения. При этом сохраняется возможность проверить наличие соединений на данный момент, установить тайм-аут для операции и т.д.

Каждый сокет имеет свой адрес. ОС семейства UNIX могут поддерживать много типов адресов, но обязательными являются INET-адрес и UNIX-адрес. Если привязать сокет к UNIX-адресу, то будет создан специальный файл (файл сокета) по заданному пути, через который смогут сообщаться любые локальные процессы путём чтения/записи из него (см. Доменный сокет Unix). Сокеты типа INET доступны из сети и требуют выделения номера порта.

Обычно клиент явно подсоединяется к слушателю, после чего любое чтение или запись через его файловый дескриптор будут передавать данные между ним и сервером.

Основные функции¶

socket()¶

Создаёт конечную точку соединения и возвращает файловый дескриптор. Принимает три аргумента:

domain указывающий семейство протоколов создаваемого сокета

type

protocol

Протоколы обозначаются символьными константами с префиксом IPPROTO_* (например, IPPROTO_TCP или IPPROTO_UDP). Допускается значение protocol=0 (протокол не указан), в этом случае используется значение по умолчанию для данного вида соединений.

Функция возвращает −1 в случае ошибки. Иначе, она возвращает целое число, представляющее присвоенный дескриптор.

Связывает сокет с конкретным адресом. Когда сокет создается при помощи socket(), он ассоциируется с некоторым семейством адресов, но не с конкретным адресом. До того как сокет сможет принять входящие соединения, он должен быть связан с адресом. bind() принимает три аргумента:

Возвращает 0 при успехе и −1 при возникновении ошибки.

Автоматическое получение имени хоста.

listen()¶

Подготавливает привязываемый сокет к принятию входящих соединений. Данная функция применима только к типам сокетов SOCK_STREAM и SOCK_SEQPACKET. Принимает два аргумента:

После принятия соединения оно выводится из очереди. В случае успеха возвращается 0, в случае возникновения ошибки возвращается −1.

accept()¶

Используется для принятия запроса на установление соединения от удаленного хоста. Принимает следующие аргументы:

Функция возвращает дескриптор сокета, связанный с принятым соединением, или −1 в случае возникновения ошибки.

connect()¶

Устанавливает соединение с сервером.

Некоторые типы сокетов работают без установления соединения, это в основном касается UDP-сокетов. Для них соединение приобретает особое значение: цель по умолчанию для посылки и получения данных присваивается переданному адресу, позволяя использовать такие функции как send() и recv() на сокетах без установления соединения.

Загруженный сервер может отвергнуть попытку соединения, поэтому в некоторых видах программ необходимо предусмотреть повторные попытки соединения.

Возвращает целое число, представляющее код ошибки: 0 означает успешное выполнение, а −1 свидетельствует об ошибке.

Передача данных¶

Для передачи данных можно пользоваться стандартными функциями чтения/записи файлов read и write, но есть специальные функции для передачи данных через сокеты:

Нужно обратить внимание, что при использовании протокола TCP (сокеты типа SOCK_STREAM) есть вероятность получить меньше данных, чем было передано, так как ещё не все данные были переданы, поэтому нужно либо дождаться, когда функция recv возвратит 0 байт, либо выставить флаг MSG_WAITALL для функции recv, что заставит её дождаться окончания передачи. Для остальных типов сокетов флаг MSG_WAITALL ничего не меняет (например, в UDP весь пакет = целое сообщение).

Источник

Программирование сокетов. Сеть и сокет

Web Sockets (веб-сокеты) — это технология, позволяющая создавать интерактивное соединение для обмена сообщения в онлайн-режиме. Соединение создаётся в сети между сервером и клиентом (браузером). В отличие от протокола HTTP, веб-сокеты позволяют работать с 2-направленным потоком данных, поэтому можно с уверенностью сказать, что технология является уникальной. Для наилучшего понимания давайте разберём особенности работы сокетов и посмотрим, а чем они конкретно отличаются от HTTP.

Как функционирует HTTP?

Про протокол HTTP (HTTPS) знает каждый, так как мы постоянно встречаемся с ним в своих браузерах. Как правило, браузер постоянно запрашивает у сервера, есть ли для него сообщения, а потом получает их. Здесь возможны различные типы запросов (POST, GET, PUT), причём каждый из них имеет своё назначение. Особенности работы хорошо видны на картинке:

А что сокеты?

Сокет для ответа не нуждается в ваших повторяющихся запросах. Сокет в сети работает таким образом, что достаточно лишь один раз выполнить запрос, а потом ждать отклика. И вы можете спокойно «слушать» сервер, который отправит сообщения по мере готовности.

Когда используют веб-сокет?

Сокет применяется в том случае, если вы, к примеру, разрабатываете: — чат- и IoT-приложения; — программы, работающие в режиме реального времени; — многопользовательские игры.

Когда нежелательно применять сокет?

Особых противопоказаний в отношении сокета и сокетов нет. Один из недостатков — несовместимость с некоторыми видами браузеров, но этот минус уже практически изжил себя, так как сегодня около 95 % браузеров поддерживают сокеты.

Тем не менее иногда сокет вам всё же не нужен, и зависит это от того, с каким типом приложения вы будете работать. Например, вы создаёте простую CMS и вам совершенно нет нужды обеспечивать функциональность в режиме реального времени.

Не стоит применять сокет и в REST API, так как будет вполне достаточно стандартных HTTP-запросов (GET, DELETE, POST и PUT). В целом специалисты не рекомендует использовать сокет, если это не риалтайм-приложение, но вопрос о недостатках сокетов требует более детального рассмотрения в рамках отдельной статьи.

От теории к практике

Давайте напишем сокет самостоятельно. Для создания клиента будем использовать язык программирования JavaScript, а для создания сервера — Node.js.

Собственно говоря, мы подобрали максимально простые примеры, которые в первую очередь нужны для того, чтобы разобраться в сути такой технологии, как сокет.

Cоздание клиента

Cоздание сервера

И что в итоге?

Что же, давайте продемонстрируем работу созданных нами сокетов:

Есть ли эквивалент сокету в HTTP?

В принципе, есть. Смотрите, HTTP должен проверять канал в сети на наличие новых сообщений. Следовательно, мы можем задействовать dirty check, то есть «грязную проверку». При этом подходе клиент с заданной периодичностью (например, каждые 100 мс) будет проверять, есть ли новые сообщения на сервере. Не вникая в XMLHttpRequest, можно применять библиотеку Axios. Это достаточно понятный и декларативный инструмент. Итак, наш клиент:

А теперь посмотрим, что делается на сервере:

Делаем выводы

Можно с уверенностью заявить, что сокет — довольно перспективная веб-технология, поэтому уже сейчас её использует множество разработчиков. Кроме того, сокеты прекрасно подходят для взаимодействия в реальном времени, включая онлайн-игры.

Источник

Разница между веб-сокетами и Socket.IO

Доброго времени суток, друзья!

Веб-сокеты и Socket.IO, вероятно, являются двумя наиболее распространенными средствами коммуникации в режиме реального времени (далее — живое общение). Но чем они отличаются?

При построении приложения для живого общения наступает момент, когда необходимо выбрать средство для обмена данными между клиентом и сервером. Веб-сокеты и Socket.IO являются самыми популярными средствами живого общения в современном вебе. Какое из них выбрать? В чем разница между этими технологиями? Давайте выясним.

Веб-сокеты

Говоря о веб-сокетах, мы имеем ввиду протокол веб-коммуникации, представляющий полнодуплексный канал коммуникации поверх простого TCP-соединения. Проще говоря, эта технология позволяет установить связь между клиентом и сервером с минимальными затратами, позволяя создавать приложения, использующие все преимущества живого общения.

Например, представьте, что вы создаете чат: вам необходимо получать и отправлять данные как можно быстрее, верно? С этим прекрасно справляются веб-сокеты! Вы можете открыть TCP-соединение и держать его открытым сколько потребуется.

Веб-сокеты появились в 2010 году в Google Chrome 4, первый RFC (6455) опубликован в 2011.

Веб-сокеты используются в следующих случаях:

Socket.IO

Socket.IO — библиотека JavaScript, основанная (написанная поверх) на веб-сокетах… и других технологиях. Она использует веб-сокеты, когда они доступны, или такие технологии, как Flash Socket, AJAX Long Polling, AJAX Multipart Stream, когда веб-сокеты недоступны. Легкой аналогией может служить сравнение Fetch API и Axios.

Разница между веб-сокетами и Socket.IO

Главными преимуществами Socket.IO является следующее:

Во-первых, веб-сокеты поддерживаются всеми современными браузерами. Поэтому вы редко нуждаетесь в поддержке других технологий, предоставляемой Socket.IO.

Если говорить о сетевом трафике, то веб-сокеты отправляют всего два запроса:

В npm существует пакет «websocket-vs-socket.io», который позволяет сравнить сетевой трафик этих технологий:

Сетевой трафик веб-сокетов:

Сетевой трафик Socket.IO:

Пишем код

Простой сервер на веб-сокетах

В нашей программе на Node.js мы создадим сервер, работающий на порту 3001. При каждом подключении клиента мы будем присваивать ему уникальный ID. При отправке сообщения клиентом мы будем уведомлять его об успехе: [ ]:

Отлично! Но что если мы хотим рассылать сообщение каждому подключенному клиенту? Веб-сокеты не поддерживают рассылку по умолчанию. Это можно реализовать следующим образом:

Легко и просто! Как видите, WebSocket.Server хранит записи о каждом подключенном клиенте, поэтому мы можем сделать итерацию и отправить сообщение каждому. Вы можете протестировать код на компьютере (MacOS) или в браузере (Chrome).

Простой сервер на Socket.IO

Это было не сложно. Может ли Socket.IO сделать это еще проще? Как нам написать такой же сервер на Socket.IO?

Код получился почти наполовину короче! Как видите, метод «broadcast» не отправляет уведомление отправителю, поэтому мы вынуждены делать это вручную.

Существует проблема: код нельзя протестировать на обычном клиенте веб-сокетов. Это связано с тем, что, как отмечалось ранее, Socket.IO использует не чистые веб-сокеты, а множество технологий для поддержки всех возможных клиентов. Так как же нам проверить его работоспособность?

Необходимо использовать специальный клиент. В приведенном примере мы загружаем его из CDN. Этот клиент позволяет нам провести быстрые (грязные) тесты в браузере.

Источник

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:

Источник