Михаил Шохирев - Язык программирования Perl

Для идентификации объединенных в сети компьютеров или других сетевых устройств, обобщенно называемых хостами (host), используются последовательности из четырех чисел - IP-адреса: например, 192.168.82.83 или 172.16.2.73. Назначенный IP-адрес служит уникальным идентификатором хоста в конкретной сети. Кроме того, каждый хост, настроенный на работу с протоколом IP и даже не подключенный к сети, имеет собственный специальный адрес 127.0.0.1 - что-то вроде местоимения "я" на языке сетевых коммуникаций. Хост может иметь доменное имя, соответствующее его IP-адресу, например, имя хоста www.perl.com соответствует адресу 208.201.239.36. Собственному адресу 127.0.0.1 соответствует специальное имя localhost. Поскольку на каждом хосте может выполняться несколько сетевых программ, то для распределения между ними получаемых и отправляемых пакетов используются дополнительные числовые обозначения, так называемые номера портов. Поэтому программная точка отправления или доставки данных в IP-сетях определяется сочетанием адреса и порта, разделенных двоеточием. Многие номера портов по общепринятым соглашениям закреплены за определенными сетевыми службами. Например, обращение к web-серверу на текущей машине будет происходить по адресу и порту 127.0.0.1:80, а к почтовому серверу - по 127.0.0.1:25.

Для установления соединения между хостами и обмена данными в IP-сетях применяется механизм сокетов. Сокеты (socket) можно рассматривать как логические каналы двусторонней связи между сетевыми программами. Сокет определяется адресом хоста, номером порта и используемым протоколом обмена данными. Для организации пересылки данных между программами применяется один из двух протоколов транспортного уровня - UDP или TCP, выполняющихся поверх протокола IP. Протокол UDP (User Datagram Protocol) применяется для обмена независимыми блоками данных, называемыми дейтаграммами (datagram), без их гарантированной доставки адресату. Например, с использованием протокола UDP отправляются запросы управления устройствами или пересылается аудио- или видеотрансляция, когда потеря нескольких передаваемых пакетов не слишком существенна. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) применяется для передачи по сети потока данных. При этом контролируется гарантированная доставка упорядоченной последовательности пакетов адресату. При помощи протокола TCP, например, отправляется электронная почта, передаются файлы и доставляются web-страницы.

Даже если в большинстве случаев при сетевом программировании на Perl используются более высокоуровневые средства, полезно хотя бы очень бегло познакомиться с принципами обмена данными через сокеты. Особенностью Perl, отражающей его сетевую направленность, стало то, что многие примитивные сетевые операции встроены в ядро языка, например: socket, socketpair, getsockname, getpeername, setsockopt, bind, listen, accept, send, recv, shutdown. Но гораздо удобнее и надежнее пользоваться стандартными модулями, реализующими средства работы с сокетами. В стандартном модуле Socket определены вспомогательные функции для работы с сокетами. Например, функция inet_ntoa() преобразует в строку двоичное представление IP-адреса, которое возвращает встроенная функция gethostbyname. А функция inet_aton() преобразует строковое представление адреса в двоичный вид, требуемый для встроенной функции gethostbyaddr, определяющей доменное имя хоста по IP-адресу. Работу этих функций можно показать на таком примере:

use Socket; # используем модуль работы с сокетами my $host_name = 'www.perl.com'; # по имени хоста my $address = gethostbyname($host_name); # узнаем адрес и my $ip_address = inet_ntoa($address); # преобразуем его print "$ip_address $host_namen"; # в строку # результат: 208.201.239.36 www.perl.com $address = inet_aton($ip_address); # и обратно my $host_name = gethostbyaddr($address,AF_INET);# узнаем имя print "$ip_address $host_namen"; # по адресу # результат: 208.201.239.36 www.perl.com

Класс IO::Socket предоставляет объектный интерфейс для встроенных функций и помогает справиться со многими трудностями и избежать некоторых ошибок при программировании передачи данных через сокеты. Максимально упрощенный пример демонстрирует написание сервера для приема сообщений по протоколу TCP:

use IO::Socket; # используем класс работы с сокетами my $server_port = 5555; # порт для обмена my $server = IO::Socket::INET->new( # создаем сокет LocalPort => $server_port, # на порту Type => SOCK_STREAM, # для потокового обмена Proto => 'tcp', # по протоколу TCP Listen => 10, # с 10-ю соединениями Reuse => 1) # or die "Ошибка запуска TCP сервера на $server_port ([email protected])"; while (my $client = $server->accept()) { # создаем поток для $client->autoflush(1); # клиента, очищаем буфер, my $message = <$client>; # читаем сообщение из него print $client "OKn"; # посылаем ответ клиенту close $client; # и закрываем поток print STDERR $message; # выводим сообщение last if $message =~ /STOP/i; # выходим из цикла, если } # в сообщении есть STOP, close $server; # и закрываем сокет

Сокеты могут использоваться не только для обмена данными по сети, но и для межпроцессного взаимодействия, когда сервер и клиент работают на одном и том же компьютере. Для доступа к приведенному серверу можно использовать, например, такую клиентскую программу:

use IO::Socket; # используем модуль работы с сокетами my $server_host = '127.0.0.1'; # адрес сервера my $server_port = 5555; # и порт на нем my $socket = IO::Socket::INET->new( # создаем сокет Type => SOCK_STREAM, # для потокового обмена Proto => 'tcp', # по протоколу TCP PeerAddr => $server_host, # с удаленным адресом PeerPort => $server_port) # и портом or die "Ошибка соединения с $remote_host:$remote_port ([email protected])"; # сообщение задается my $message = $ARGV[0] || # параметром программы "Проверка связи!"; # или умолчанием print $socket "$messagen"; # отправляем его и my $answer = <$socket>; # принимаем ответ print "$answer"; # выводим ответ close $socket; # и закрываем сокет

Из этого незатейливого примера можно сделать такой вывод: для согласованной работы клиент и сервер должны следовать установленным "правилам общения" во время сеанса обмена данными, так называемому протоколу прикладного уровня. В нашем случае правила сводятся к тому, что обмен идет по порту 5555, сервер ждет от клиента только одно сообщение, клиент ждет обязательного ответа от сервера, который завершает работу по получении сообщения, в котором содержится строка 'STOP'. Подробные соглашения описываются в конкретных протоколах сетевого обмена, например: HTTP (передача гипертекстовых документов), SMTP (отправка электронной почты), FTP (передача файлов). Описание подобных протоколов и других соглашений публикуются в виде предложений RFC (Request For Comment) - фактических международных стандартов, на которые ориентируются разработчики сетевого программного обеспечения.

Во Всемирной сети Интернет насчитывается огромное количество файловых серверов, где хранятся архивы программ, документация и другая информация. FTP (File Transfer Protocol) - это протокол, специально созданный для передачи файлов. Обмен файлами остается одной из постоянных задач сетевого программирования, которая легко решается средствами языка Perl. В поставке Perl имеется стандартный модуль Net::FTP, реализующий FTP-клиента, который позволяет весьма просто организовать обмен файлами с сервером по протоколу FTP - например, автоматизировать автоматическое обновление нужных файлов с сервера. Далее приводится программа, которая с помощью команд FTP загружает с сервера файл, если он имеет более позднее время изменения, чем его локальная копия:

use Net::FTP; # используем модуль работы с FTP my $server = 'ftp.server.org'; # имя или адрес сервера my $file = 'file.name'; # имя файла my $ftp = Net::FTP->new($server) # соединяемся с сервером or die "Ошибка соединения с $server:[email protected]"; $ftp->login('ftp','ftp') # указываем имя и пароль or die " Ошибка регистрации:", $ftp->message; $ftp->cwd("/pub") # переходим в каталог or die "Ошибка смены каталога:", $ftp->message; my $time_ftp = $ftp->mdtm($file) # время изменения на сервере or die; my $time_old = (stat($file))[9]; # время создания копии if ($time_ftp > $time_old) { # если файл на сервере новее, $ftp->binary; # то в двоичном режиме $ftp->get($file) # загружаем файл or die "Ошибка загрузки: ", $ftp->message; utime($time_ftp, $time_ftp, $file); # и меняем время файла } $ftp->quit; # заканчиваем сеанс связи

Поскольку в классе Net::FTP реализованы остальные команды протокола FTP, с его помощью можно разрабатывать гораздо более сложные программы файлового обмена. Кроме этого класса, в архивах CPAN можно найти много других модулей для обмена файлами с FTP-серверами.

Электронная почта (e-mail) была и остается одним из самых популярных сетевых сервисов. Электронная почта базируется на асинхронной доставке почтового сообщения (message) с одного почтового сервера на другой с помощью протокола SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Почтовые сообщения каждого пользователя хранятся на сервере в отдельном почтовом ящике (mail-box). Клиентская почтовая программа (Mail User Agent, MUA) забирает почту с сервера с помощью одной из версий протокола POP (Post-Office Protocol) или предоставляет пользователю непосредственный доступ к ящику на почтовом сервере с помощью протокола IMAP (Internet Mail Access Protocol).