Ενότητα 4-1

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται διάφορες υλοποιήσεις TCP clients και TCP servers. Το πρωτόκολλο TCP είναι σημαντικά πολυπλοκότερο από το UDP. Έτσι, εμφανίζονται σοβαρά προβλήματα σε μια απλοϊκή μη-ρεαλιστική υλοποίηση:

• Πότε τελειώνουν τα δεδομένα; Όσο διαρκεί η σύνδεση TCP, τα δύο μέρη δεν είναι εύκολο να γνωρίζουν πότε τελειώνουν τα δεδομένα που λαμβάνουν.
• Πόσοι clients ταυτόχρονα; Ένας TCP server μπορεί να εξυπηρετεί ταυτόχρονα πολλούς clients, απαιτείται όμως η βοήθεια του λειτουργικού συστήματος για αυτό.

Τα προβλήματα αυτά μελετάμε στη συνέχεια.

Απλοϊκός TCP server και TCP client

Ο κώδικας που ακολουθεί δείχνει τη βασική διαδικασία δημιουργίας ‘σύνδεσης’ (connection) μεταξύ TCP client και TCP server. Ο server επιστρέφει τα δεδομένα που στέλνει ο client (echo service). Σε αντίθεση με το UDP, εδώ η διαδικασία πρέπει να περάσει από ορισμένα στάδια:

1. Ο server δημιουργεί ένα socket τύπου SOCK_STREAM με την socket() (listensock στον κώδικα που ακολουθεί).
2. Το listensock ‘δένεται’ σε μια τοπική διεύθυνση/port με την bind().
3. Η προθυμία να δεχτούμε εισερχόμενες αιτήσεις για σύνδεση στο listensock δηλώνεται με την listen().

• Η listen() δεν είναι blocking συνάρτηση! Δεν κάνει η ίδια την αποδοχή των συνδέσεων.
• Η listen() δέχεται ως όρισμα την περίφημη παράμετρο backlog.

Note

Η περιγραφή του backlog στα εγχειρίδια είναι τουλάχιστον ασαφής. Επιπλέον έχει αλλάξει έννοια με το πέρασμα του χρόνου σε διάφορες υλοποιήσεις των δικτυακών βιβλιοθηκών. Η αφαλέστερη περιγραφή είναι ότι αποτελεί υπόδειξη (hint) προς το λειτουργικό σύστημα για το μέγεθος των ουρών αναμονής των αιτήσεων σύνδεσης. Στα εκπαιδευτικά παραδείγματα χρησιμοποιείται η τιμή 1 ενώ σε πραγματικές εφαρμογές με πολές συνδέσεις θα έπρεπε να έχει μεγαλύτερο μέγεθος. Σε κάθε περίπτωση το λειτουργικό σύστημα έχει μια μέγιστη τιμή για το backlog. Μην χρησιμποιείτε την τιμή 0! Δεν σημαίνει ‘default’ σε όλα τα λειτουργικά συστήματα!

4. Οι αιτήσεις σύνδεσης γίνονται αποδεκτές από τη συνάρτηση accept() (blocking συνάρτηση).

• Η accept() επιστρέφει ένα νέο socket (connectionsock στο παράδειγμα που ακολουθεί) μέσω του οποίου θα γίνει η ανταλλαγή των δεδομένων.

5. Στη συνέχεια ο server μπορεί να ανταλλάξει δεδομένα μέσω του connectionsock με τη βοήθεια των recv() και send().

• Η recv() δέχεται ως όρισμα τον μέγιστο αριθμό bytes που μπορεί να επιστρέψει.

Note

Οι send() και recv() είναι (στην εξ’ορισμού συμπεριφορά) blocking συναρτήσεις:

• Η send() (κανονικά) δεν θα επιστρέψει αν δεν στείλει όλα τα δεδομένα.
• Η recv() δεν θα επιστρέψει παρά μόνον α)όταν ληφθεί ένας αριθμός δεδομένων (μικρότερος ή ίσος του ορίσματός της) ή β) όταν το πρωτόκολλο γνωρίζει οριστικά ότι δεν πρόκειται να ληφθούν άλλα δεδομένα.

Ο κώδικας του απλοϊκού echo TCP server

Βασικός κώδικας, χωρίς έλεγχο λαθών. Παρατηρήστε ότι η ανταλλαγή δεδομένων γίνεται μέσω του connectionsock, όχι μέσω του listensock.

import socket

# Create a stream socket to listen for incoming connections
listensock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# Bind server socket to an arbitrary non-privileged port number.
# Host is '' (INADDR_ANY, any interface)
listensock.bind(('',50007))     # NOTE: tuple argument!

# Listen for incoming connection requests on this socket
listensock.listen(1)

# Run until manually interrupted, listensock will be garbage collected
while True:
        # Accept connections on listensocket, blocking if none present.
        # 1st arg returned is the connection socket through which the actual data transfer will happen.
        # 2nd arg returned is the addr of the other part in connection.
        connectionsock,addr = listensock.accept()

        print "server: accepted connection from %s" % repr(addr)

        while True:

                data = connectionsock.recv(1024)        # blocking call! 1024 is max bytes to receive

                if not data:    # equivalent to: if data=='' . Will happen if orher part does a 'properly shutdown'
                        break

                print "server: from %s received data=%s" % (repr(addr),data)

                # echo back received data
                connectionsock.send(data)

        # Terminate connection, shutdown connection socket (server part)
        print "server: shutting down connection to client %s" % repr(addr)
        connectionsock.close()

Note

Η μέθοδος send() θεωρητικά μπορεί να επιστρέψει χωρίς να έχει στείλει όλα τα δεδομένα. Τυπικά η εφαρμογή μας πρέπει να ελέγχει πόσα bytes έχουν σταλεί (η τιμή αυτή επιστρέφεται από την send) και να επαναλαμβάνει την κλήση της send() μέχρι να σταλούν όλα. Εναλλακτικά, η python διαθέτει τη μέθοδο sendall() που επιστρέφει μόνο όταν στείλει όλα τα δεδομένα. Στην τρέχουσα ενότητα θεωρούμε ότι η send πάντα στέλνει το σύνολο των δεδομένων, μια πιο προσεκτική υλοποίηση όμως θα έπρεπε να χρησιμοποιεί τη sendall().

Note

Παρατηρήστε πώς διακόπτεται το εσωτερικό while:

while True:

        data = connectionsock.recv(1024)

        if not data:    # equivalent to: if data=='' .
                break

Το break θα εκτελεστεί μόνο όταν η recv επιστρέψει χωρίς δεδομένα. Αυτό θα συμβεί μόνον όταν το άλλο μέρος (peer) κλείσει το socket!

Ο κώδικας του απλοϊκού echo TCP client

Από την πλευρά του, ο TCP client:

1. Δημιουργεί ένα socket τύπου SOCK_STREAM με την socket().
2. Προσπαθεί να συνδεθεί στη γνωστή διεύθυνση του server με την connect().
3. Στη συνέχεια ανταλλάσσει δεδομένα με την send() και recv().

import socket
import sys

# check if an addr is given as argument
host = 'localhost'
if len(sys.argv)>1: host = sys.argv[1]

# the server addr to connect
serveraddr = (host,50007)

# create the client socket object
clientsock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

# connect to listening server socket
clientsock.connect(serveraddr)  # this will raise an exception if a problem exists
print "client: connected to %s " % repr(serveraddr)


# get a msg from user
tosend = raw_input("client: enter string to send>")

# send string
clientsock.send(tosend)

# get echo reply - here we assume (unrealistically) that echo data will arrive in one call to recv
data = clientsock.recv(1024)

print "client: from %s received data=%s" % (repr(serveraddr),data)

# close socket - signal server that we are done!
print "client: shutting down connection to server %s" % repr(serveraddr)
clientsock.close()

Ο κώδικας που δόθηκε στην ενότητα αυτή φαίνεται να λειτουργεί σωστά. Όπως όμως θα δούμε στη συνέχεια, λειτουργεί μόνο κατά τύχη!