49816 (Розвиток сучасних структур програмного забезпечення)

Вступ

Розвиток сучасного суспільства характеризується підвищенням технічного рівня, ускладненням організаційної структури як програмного, так і апаратного забезпечення. Все більше і більше наше виробництво потребує автоматизації, це полягає у можливому керуванні роботою на великій відстані, застосовуючи цілі блоки виробництва, ієрархічні контролі на можливості управління цілими системами за допомогою віддаленого керування.

Щоб отримати певну користь та практичність потрібно створювати мережі:

• локальні мережі,- для подальшого їх розвитку,налагодження та керуванням;

• Глобальна мережа,- можливості представлення свого продукту,та більш широкий діапазон користувачів.

Для передачі даних, використовується протокол керування передачею, відомий нам як TCP, та протокол Інтернет IP. TCP/IP – набір, або комплект протоколів, де вони представляють розбивання вихідного повідомлення на пакети (TCP), доставку пакетів на вузол адресата (IP) і збирання (відновлення) вихідного повідомлення з пакетів (TCP). Оскільки це є базовою та вихідною інформацією, розглянений приклад нашої програми також працює із даним протоколом, та підпорядковується усім загальним поняттям,- законам передачі інформації PCP/IP.

Вирішення мережевої задачі можна розбити на такі етапи:

1. Побудова загального проектного завдання.

2. Знаходження оптимального рішення одним із відомих способів.

3. Реалізація, та створення даної системи.

Побудова загального проектного завдання складається в створенні спрощеної моделі, у якій формально відображенна структура досліджувального процесу. При цьому особлива увага повинна бути приділена відбитті в моделі всіх істотних особливостей завдання й облік всіх обмежуючих умов, які можуть вплинути на результат. Потім визначається мета рішення, вибирається критерій оптимальності й дається загальне формулювання завдання.

Складовою частиною моделювання даної задачі, є використання API програмування. Прикладний програмний інтерфейс забезпечує абстракційне зображення. Це дозволяє перейти на більш високий рівень програмного забезпечення. Використання Windows Api дозволяє використовувати програму у операційній системі Windows, що має сьогодні велику кількість користувачів , а отже може набути чималої популярності серед користувачів.

На сьогоднішній час, розвиток таких продуктів забезпечує практичність використання Інтернету, та подальше його розширення в цій галузі. Багато етапність кожного процесу забезпечує точність виконання тої чи іншої функції, що особливо зменшує проблеми із використанням такого продукту.

1. Загальні відомості

Огляд сокетів:

IP (Internet Protocol, Протокол Інтернету) - це протокол маршрутизації нижнього рівня, який розділяє дані на невеликі пакети і посилає їх за різними адресами через мережу, але не гарантує доставку відправлених пакетів пункту призначення.

TCP (Transmission Control Protocol, Протокол управління передачею) - це протокол більш високого рівня, що вміє з'єднувати разом пакети, сортуючи і ретранслюючи їх у міру необхідності для надійної передачі даних.

Третій протокол - UDP (User Datagram Protocol, дейтаграмним протокол користувача) - слід за TCP, може застосовуватися безпосередньо для підтримки швидкої, без встановлення з'єднання, але ненадійного транспортування пакетів.

Сервер - це ресурс який розділяється і колективно використовується. Існують обчислювальні сервери, які забезпечують обчислювальну потужність; сервери друку, які управляють сукупністю принтерів; дискові сервери, які надають що працює в мережі дисковий простір, і Web-сервери, які зберігають Web-сторінки.

Клієнт - будь-який інший об'єкт, який хоче отримати доступ до специфічного сервера.

Умова побудованої задачі:

• З’єднати дві ЕОМ, на клієнт-серверному рівні, застосовуючи протокол TCP/IP.

• Передати, та отримати данні,- повідомлення від клієнта до сервера.

• Створити функції що забезпечують виконання заданої дії сервером.

2. Функціональне призначення

2.1 Призначення програми

Програма призначена для віддаленого керування комп’ютера через локальну та глобальну мережі.

2.2 Вибір середовища програмування

Для вирішення задачі було оглянуто та порівняно такі мови як С++ та Java. Ознайомившись із перевагами та недоліками кожної із програм було вирішено вибрати середовище програмування Microsoft Visual Studio 2008 з мовою С++.

У С++ можливе опрацювання на низькому рівні з пам'яттю, адресами, портами, що дозволяє більш ширше використовувати ті, чи інші функції. Java потребує встановлення спеціально віртуальної машини, не має підтримки процедурного програмування що доволі суттєво може позначитись на дії програми.

При програмуванні на мові С++ використовуються API функції Windows,- це дозволило більш обширно ознайомитись із оформленням візуальним інтерфейсом, та розглянути загальні принципи зв’язку із Windows.

3. Аналіз методів рішення задачі

3.1 Постановка задачі. Та її компоненти

Прикладний програмний інтерфейс платформи Win32 має хороші можливості для створення мережених програм. В операційній системі Windows наявна бібліотека, яка надає можливість працювати з базовою технологією передачі даних – сокетами. Сокети – програмні інтерфейси взаємодії програм. На базі сокетів спроектовано величезну кількість програм для роботи з мережею та написано багато бібліотек, які слугують «обгортками» для сокетів, щоб абстрагуватися від деталей реалізації передачі даних.

Сокети побудовані на концепції «клієнт-сервер». Тобто одна машина (програма) виступає в ролі сервера, яка надає (виконує) сервіс, а інша в ролі клієнта, що дає запит серверу на виконання тих чи інших операцій. Все це добре інкапсульовано в потужних бібліотеках роботи з мережею, які дають можливість будувати потужне програмне забезпечення. Крім того, на базі сокетів працюють найпоширеніші протоколи 7-го (прикладного) рівня моделі OSI, такі як ftp, http, smtp, pop3 і т.д.

Розгляну передачу даних по протоколу TCP\IP, тобто дані будуть передаватися зі встановленням з'єднання. Для цього я використовою функції API платформи Win32. Спочатку розгляну сам алгоритм передачі даних. Оскільки дані передаються від машини до машини, то одна з них має виступати сервером (на ній повинна стояти серверна частина програми), а інша клієнтом (на ній має знаходитись клієнтська частина програми). Оскільки клієнт надсилає інструкції, а сервер приймає повідомлення від клієнта і виконує команди, то алгоритми роботи сервера і клієнта відрізняються.

Що собою представляють сервер та клієнт:

Сервер.

1. Ініціалізація бібліотеки.

2. Створення сокету.

3. Заповнення структури параметрами сервера.

4. Асоціювання сокету зі структурою.

5. Прослуховування порту.

6. Прийняття підключення клієнта.

7. Отримання даних (інструкцій) від клієнта.

8. Закриття сокету.

Клієнт.

1. Ініціалізація бібліотеки.

2. Створення сокету.

3. Заповнення структури параметрами сервера.

4. З’єднання з сервером.

5. Відсилання даних (інструкцій) серверу.

6. Закриття сокету.

Ініціалізація бібліотеки потрібна для того, щоб завантажити необхідну її версію. Далі створюється сокет (програмний інтерфейс взаємодії). Через ці сокети відбувається обмін інформацією між клієнтом і сервером. Потім заповнюється відповідна структура з параметрами з’єднання.

На сервер кладеться відповідальність за прослуховування порту (чи не хоче до нього звернутись клієнт…). Якщо такий клієнт є, то сервер повинен дозволити підключитись клієнту. Далі сервер отримує від клієнта дані (інструкції). Після отримання інструкцій, сервер виконує їх.

Клієнт зі своєї сторони робить наступні дії. Пробує з’єднатися з сервером. Після вдалої спроби він відсилає інструкції серверу. Потім чекає відповіді від сервера. Після цього обидві сторони закривають з’єднання.

Коли присутні декілька клієнтів та один сервер, дії виконуються принципом черги, коли кожний із клієнтів звертається із запитом до сервера, сервер виконує цей запит, видає результат, обробка інформації була проведена і до черги записується новий клієнт, «обслуговується». При такій системі опрацювання значно зменшується ризик розриву із сервером, це особливо має значення для мережевих з’єднань.

3.2 Функції та структури, які беруть участь реалізації алгоритму передачі даних

Перша функція – функція завантаження бібліотеки. Прототип:

int WSAStartup(

WORD wVersionRequested,

LPWSADATA lpWSAData

);

Параметр wVersionRequested (in) – версія бібліотеки, яку потрібно завантажити. Молодший байт визначає основну версію, старший – доповняльну.

Параметр lpWSAData (out) – інформація про завантажену бібліотеку.

Функція повертає нуль у разі успішного завантаження. Інакше – код помилки.

Після того, як необхідна версія бібліотеки завантажена, необхідно створити сам сокет. Функція, що відповідає за створення сокету має наступний прототип:

SOCKET socket(

int af,

int type,

int protocol

);

Параметр af (in) - визначає сімейство адрес, що використовуватимуться при передачі даних через сокети. Найчастіше використовується значення параметру AF_INET = 2. Інші варіанти параметру розглядати не будемо.

Параметр type (in) - визначає тип створюваного сокету. Найчастіше використовується значення SOCK_STREAM. Даний параметр означає, що використовувати протокол із сімейства TCP при передачі даних. При з’єднані по сімейству протоколів UDP використовується значення SOCK_DGRAM.

Параметр protocol (in) - визначає сам протокол, що буде використовуватися при передачі даних. В даному випадку використовуватимемо значення IPPROTO_TCP.

Функція повертає дескриптор створеного сокету.

Далі потрібно занести дані, що визначають основні параметри підключення, в спеціальну структуру. Структура виглядає так:

struct sockaddr_in{

short sin_family;

unsigned short sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero[8];

};

Параметри:

sin_family

Визначає сімейство адрес. Повинен бути AF_INET.

sin_port

Визначає порт IP.

sin_addr

Визначає адресу IP.

sin_zero

Параметр не заповнюється. Визначає розмір структури SOCKADDR.

Після заповнення структури необхідно асоціювати її з сокетом сервера, який повинен приймати через нього дані.

int bind(

SOCKET s,

const struct sockaddr* name,

int namelen

);

Параметр s (in) - сокет, який асоціюється зі структурою.

Параметр name (in) - сама структура, з якою асоціюється сонет.

Параметр namelen (in) - розмір попереднього параметра в байтах.

Функція в разі успіху повертає нуль. В іншому разі – код помилки.

Далі сервер має прослуховувати порт. Здійснюється це за допомогою наступної функції:

int listen(

SOCKET s,

int backlog

);

Параметр s (in) – сокет, який переводиться в режим прослуховування.

Параметр backlog (in) – максимальна кількість підключень до сервера.

Функція в разі успіху повертає нуль. В іншому разі – код помилки.

Після того, як знайдеться клієнт, який хоче підключитись до сервера, сервер приймає підключення. Здійснюється це наступною функцією:

SOCKET accept(

SOCKET s,

struct sockaddr* addr,

int* addrlen

);

Параметр s (in) – сокет, який приймає підключення.

Інші два параметри – вихідні і нас не дуже стосуються. Їх можна виставити в NULL.

Функція повертає дескриптор сокету, що прийняв підключення. В разі невдачі повертає код помилки.

Якщо клієнт підключився до сервера, то сервер може отримувати від клієнта дані або інструкції для дій. Для цього існує наступна функція:

int recv(

SOCKET s,

char* buf,

int len,

int flags

);

Параметр s (in) – сокет, через який передаються дані.