Файл: Технология «клиент-сервер.pdf

Программа-клиент является инициатором запроса, который может произвести в любой момент. В отличие от сервера клиент не должен быть постоянно включен. Достаточно подключиться в момент запроса.

Итак, в общих чертах система клиент-сервер выглядит так:

Есть компьютеры, контроллеры Ардуино, планшеты, сотовые телефоны и другие интеллектуальные устройства.

Все они включены в общую вычислительную сеть. Проводную или беспроводную - не важно. Они могут быть подключены даже к разным сетям, связанным между собой через глобальную сеть, например через интернет.

На некоторых устройствах установлены программы-серверы. Эти устройства называются серверами, должны быть постоянно включены, и их задача обрабатывать запросы от клиентов.

На других устройствах работают программы-клиенты. Такие устройства называются клиентами, они инициируют запросы серверам. Их включают только в моменты, когда необходимо обратиться к серверам.

Например, если вы хотите с сотового телефона по WiFi включать утюг, то утюг будет сервером, а телефон – клиентом. Утюг должен быть постоянно включен в розетку, а управляющую программу на телефоне вы будете запускать по необходимости. Если к WiFi сети утюга подключить компьютер, то вы сможете управлять утюгом и с помощью компьютера. Это будет еще один клиент. WiFi микроволновая печь, добавленная в систему, будет сервером. И так систему можно расширять бесконечно.

1.4 Пакеты данных

Передача данных пакетами.

Технология клиент-сервер в общем случае предназначена для использования с объемными информационными сетями. От одного абонента до другого данные могут проходить сложный путь по разным физическим каналам и сетям. Путь доставки данных может меняться в зависимости от состояния отдельных элементов сети. Какие-то компоненты сети могут не работать в этот момент, тогда данные пойдут другим путем. Может изменяться время доставки. Данные могут даже пропасть, не дойти до адресата.

Поэтому простая передача данных в цикле, как мы передавали данные на компьютер в некоторых предыдущих уроках, в сложных сетях совершенно невозможна. Информация передается ограниченными порциями – пакетами. На передающей стороне информация разбивается на пакеты, а на приемной “склеивается” из пакетов в цельные данные. Объем пакетов обычно не больше нескольких килобайт.

Пакет это аналог обычного почтового письма. Он также, кроме информации, должен содержать адрес получателя и адрес отправителя.

Пакет состоит из заголовка и информационной части. Заголовок содержит адреса получателя и отправителя, а также служебную информацию, необходимую для “склейки” пакетов на приемной стороне. Сетевое оборудование использует заголовок для определения, куда передавать пакет.

 Адресация пакетов.

На эту тему в интернете есть много подробной информации. Я хочу рассказать как можно ближе к практике.

Уже в следующем уроке для передачи данных с использованием клиент-серверной технологии нам придется задавать информацию для адресации пакетов. Т.е. информацию, куда доставлять пакеты данных. В общем случае нам придется задавать следующие параметры:

IP-адрес устройства;

маску подсети;

доменное имя;

IP-адрес сетевого шлюза;

MAC-адрес;

порт.

Давайте разбираться, что это такое.

 IP-адреса.

Технология клиент-сервер предполагает, что все абоненты всех сетей мира подключены к единой глобальной сети. На самом деле во многих случаях это так и есть. Например, большинство компьютеров или  мобильных устройств подключено к интернету. Поэтому используется формат  адресации, рассчитанный на такое громадное количество абонентов. Но даже если технология клиент-сервер применяется в локальных сетях, все равно сохраняется  принятый формат адресов, при явной избыточности.

Каждой точке подключения устройства к сети присваивается уникальный номер – IP-адрес (InternetProtocolAddress). IP-адрес присваивается не устройству (компьютеру), а интерфейсу подключения. В принципе устройства могут иметь несколько точек подключения, а значит несколько различных IP-адресов.

IP-адрес это 32х разрядное число или 4 байта. Для наглядности принято записывать его в виде 4 десятичных чисел от 0 до 255, разделенных точками. Например, IP-адрес моего сервера 31.31.196.216.

ГЛАВА 2. ЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИИ КЛИЕНТ-СЕРВЕР

2.1 Основные сетевые протоколы

Сетевой протокол это набор соглашений, правил, которые определяют обмен данными в сети. Мы не собираемся реализовывать эти протоколы на низком уровне. Мы намерены использовать готовые аппаратные и программные модули, которые реализуют сетевые протоколы. Поэтому нет необходимости подробно разбирать форматы заголовков, данных и т.п. Но, зачем нужен каждый протокол, чем он отличается от других, когда используется знать надо.

 Протокол IP.

InernetProtocol (межсетевой протокол) доставляет пакеты данных от одного сетевого устройства к другому. IP протокол объединяет локальные сети в единую глобальную сеть, обеспечивая передачу пакетов информации между любыми устройствами сетей. Из представленных в этом уроке протоколов IP находится на самом низком уровне. Все остальные протоколы используют его.

IP протокол работает без установления соединений. Он просто пытается доставить пакет по указанному IP-адресу.

IP обрабатывает каждый пакет данных, как отдельную независимую единицу, не связанную с другими пакетами. Невозможно используя только IP протокол,  передать значительный объем связанных данных. Например, в сетях Ethernet максимальный объем данных одного IP-пакета составляет всего 1500 байт.

В протоколе IP нет механизмов, позволяющих контролировать достоверность конечных данных. Контрольные коды используются только для защиты целостности данных заголовка. Т.е. IP не гарантирует, что данные в полученном пакете будут правильными.

Если во время доставки пакета произошла ошибка, и пакет был потерян, то IP не пытается заново послать пакет. Т.е. IP не гарантирует, что пакет будет доставлен.

Коротко о протоколе IP можно сказать, что:

это протокол без установления соединений;

он доставляет небольшие (не более 1500 байт) отдельные пакеты данных между IP-адресами;

он не гарантирует, что доставленные данные будут правильными;

он не гарантирует, что данные вообще будут доставлены;

он не сообщит отправителю, были ли доставлены данные и не повторит передачу пакета;

нет упорядоченности пакетов, порядок доставки сообщений не определен.

 Протокол TCP.

TransmissionControlProtocol (протокол управления передачей) основной протокол передачи данных Интернета. Он использует способность IP протокола доставлять информацию от одного узла другому. Но в отличии от IP он:

Позволяет переносить большие объемы информации. Разделение данных на пакеты и “склеивание” данных на приемной стороне обеспечивает TCP.

Данные передаются с предварительной установкой соединения.

Производит контроль целостности данных.

В случае потери данных инициирует повторные запросы потерянных пакетов, устраняет дублирование при получении копий одного пакета.

По сути, протокол TCP снимает все проблемы доставки данных. Если есть возможность, он их доставит. Не случайно это основной протокол передачи данных в сетях.  Часто используют терминологию TCP/IP сети.

 Протокол UDP.

UserDatagramProtokol (протокол пользовательских датаграмм) простой протокол для передачи данных без установления соединения. Данные отправляются в одном направлении без проверки готовности приемника и без подтверждения доставки. Объем данных пакета может достигать 64 кБайт, но на практике многие сети поддерживают размер данных только 1500 байт.

Главное достоинство этого протокола – простата и высокая скорость передачи. Часто применяется в приложениях критичных к скорости доставки данных, таких как видеопотоки. В подобных задачах предпочтительнее потерять несколько пакетов, чем ждать отставшие.

Протоколу UDP свойственно:

это протокол без установления соединений;

он доставляет небольшие отдельные пакеты данных между IP-адресами;

он не гарантирует, что данные вообще будут доставлены;

он не сообщит отправителю, были ли доставлены данные и не повторит передачу пакета;

нет упорядоченности пакетов, порядок доставки сообщений не определен.

 Протокол HTTP.

Скорее всего, об этом протоколе в следующих уроках буду писать подробнее. А сейчас коротко скажу, что это протокол передачи гипертекста (HyperTextTransferProtocol). Он используется для получения информации с веб-сайтов. При этом веб-браузер выступает в роли клиента, а сетевое устройство в качестве веб-сервера.

2.2 Архитектура клиент-сервер

Существуют ограничения на выбор IP-адресов. Я посчитал главными для нас следующие:

Адрес 127.0.0.1 называется loopback и используется для тестирования программ в пределах одного устройства. Данные посланы по этому адресу не передаются по сети, а возвращаются программе верхнего уровня, как принятые.

“Серые” адреса – это IP-адреса разрешенные только для устройств, работающих в локальных сетях без выхода в Интернет. Эти адреса никогда не обрабатываются маршрутизаторами. Их используют в локальных сетях.

Класс A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

Класс B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255

Класс C: 192.168.0.0 – 192.168.255.255

Если поле номера сети содержит все 0, то это означает, что узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет.

 Маски подсетей.

При классовом методе маршрутизации число битов адресов сети и узла в IP-адресе задается типом класса. А классов всего 5, реально используется 3.  Поэтому метод классовой маршрутизации в большинстве случаях не позволяет оптимально выбрать размер сети. Что приводит к неэкономному использованию пространства IP-адресов.

В 1993 году был введен бесклассовый способ маршрутизации, который в данный момент является основным. Он позволяет гибко, а значит и рационально выбирать требуемое количество узлов сети. В этом методе адресации применяются маски подсети переменной длины.

Сетевому узлу присваивается не только IP-адрес, но и маска подсети. Она имеет такой же размер, как и IP-адрес, 32 бит. Маска подсети и определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая к узлу.

Каждый бит маски подсети соответствует биту IP-адреса в том же разряде. Единица в бите маски говорит о том, что соответствующий бит IP-адреса принадлежит сетевому адресу, а бит маски со значением 0 определяет принадлежность бита IP-адреса к узлу.

При передаче пакета, узел с помощью маски выделяет из своего IP-адреса сетевую часть, сравнивает ее с адресом назначения, и если они совпадают, то это означает, что передающий и приемный узлы находятся в одной сети. Тогда пакет доставляется локально. В противном случае пакет передается через сетевой интерфейс в другую сеть. Подчеркиваю, что маска подсети не является частью пакета. Она влияет только на логику маршрутизации узла.

По сути, маска позволяет одну большую сеть разбить на несколько подсетей. Размер любой подсети (число IP-адресов) должен быть кратным степени числа 2. Т.е.  4, 8, 16 и т.д. Это условие определяется тем, что биты полей адресов сети и узлов должны идти подряд. Нельзя задать, например,  5 битов - адрес сети, затем 8 битов – адрес узла, а затем опять биты адресации сети.

Пример формы записи сети с четырьмя узлами выглядит так:

Сеть  31.34.196.32, маска 255.255.255.252

Маска подсети всегда состоит из подряд идущих единиц (признаков адреса сети) и подряд идущих нулей (признаков адреса узла). Основываясь на этом принципе, существует другой способ записи той же адресной информации.

Сеть  31.34.196.32/30

/30 это число единиц в маске подсети. В данном примере остается два нуля, что соответствует 2 разрядам адреса узла или четырем узлам.

Мне кажется подсчитать нетрудно, но можно использовать простую таблицу.