مقابس بيركلي

مع تطور واجهة برمجة تطبيقات Berkeley socket API وصولاً إلى واجهة برمجة تطبيقات POSIX socket API، ^{[ 2 ]} تم إيقاف بعض الوظائف أو إزالتها واستبدالها بوظائف أخرى. كما صُممت واجهة برمجة تطبيقات POSIX API لتكون قابلة لإعادة الاستخدام وتدعم بروتوكول IPv6.

توفر واجهة برمجة تطبيقات طبقة النقل (TLI) القائمة على STREAMS بديلاً لواجهة برمجة تطبيقات المقابس. كما توفر العديد من الأنظمة التي توفر واجهة برمجة تطبيقات طبقة النقل (TLI) واجهة برمجة تطبيقات مقابس بيركلي.

غالباً ما تُتيح الأنظمة غير التابعة لنظام يونكس واجهة برمجة تطبيقات Berkeley socket مع طبقة ترجمة إلى واجهة برمجة تطبيقات الشبكات الأصلية. يستخدم كل من Plan 9 ^{[ 3 ]} و Genode ^{[ 4 ]} واجهات برمجة تطبيقات نظام الملفات مع ملفات التحكم بدلاً من مُعرّفات الملفات.

تُنشئ هذه الدالة socket()نقطة نهاية للاتصال وتُعيد مُعرّف ملف للمقبس. وتستخدم ثلاثة وسائط:

• domain، والذي يحدد عائلة البروتوكول الخاصة بالمقبس المُنشأ. على سبيل المثال:
  • PF_INET لبروتوكول الشبكة IPv4 (IPv4 فقط)
  • PF_INET6 لبروتوكول IPv6 (وفي بعض الحالات، متوافق مع الإصدارات السابقة من IPv4)
  • PF_UNIX للمقبس المحلي (باستخدام عقدة نظام ملفات خاصة)
• type، أحد ما يلي:
  • SOCK_STREAM (خدمة موثوقة موجهة نحو التدفق أو مقابس التدفق )
  • SOCK_DGRAM (خدمة مخطط البيانات أو مقابس مخطط البيانات )
  • SOCK_SEQPACKET (خدمة حزم متسلسلة موثوقة)
  • SOCK_RAW (البروتوكولات الخام فوق طبقة الشبكة)
• protocolتحديد بروتوكول النقل الفعلي المراد استخدامه. من أكثر البروتوكولات شيوعًا: IPPROTO_TCP و IPPROTO_SCTP و IPPROTO_UDP و IPPROTO_DCCP . تُحدد هذه البروتوكولات في ملف . يمكن استخدام القيمة 0 لاختيار بروتوكول افتراضي من النطاق والنوع المحددين.<netinet/in.h>

تُرجع الدالة القيمة -1 في حالة حدوث خطأ. وإلا، فإنها تُرجع عددًا صحيحًا يُمثل المُعرّف المُعيّن حديثًا.

bind()يربط هذا الأمر المقبس بعنوان. عند إنشاء مقبس باستخدام هذه الدالة socket()، يُمنح فقط عائلة بروتوكول، ولكن لا يُخصص له عنوان. يجب إجراء هذا الربط قبل أن يتمكن المقبس من قبول الاتصالات من مضيفين آخرين. تحتوي الدالة على ثلاثة وسائط:

• sockfd، واصف يمثل المقبس
• my_addr، مؤشر إلى sockaddrبنية تمثل العنوان المراد الربط به.
• addrlen، حقل من النوع socklen_tيحدد حجم البنية sockaddr.

bind()تُرجع القيمة 0 في حالة النجاح و -1 في حالة حدوث خطأ.

بعد ربط المقبس بعنوان، listen()يتم تجهيزه للاتصالات الواردة. مع ذلك، هذا ضروري فقط لأنماط البيانات الموجهة بالتدفق (الموجهة بالاتصال)، أي لأنواع المقابس ( SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET). listen()يتطلب وسيطين:

• sockfd، واصف مقبس صالح.
• backlog، وهو عدد صحيح يمثل عدد الاتصالات المعلقة التي يمكن وضعها في قائمة الانتظار في أي وقت. وعادةً ما يضع نظام التشغيل حدًا أقصى لهذه القيمة.

بمجرد قبول الاتصال، يتم إخراجه من قائمة الانتظار. في حالة النجاح، يتم إرجاع القيمة 0. في حالة حدوث خطأ، يتم إرجاع القيمة -1.

عندما يستمع تطبيق ما لاتصالات موجهة نحو التدفق من مضيفين آخرين، يتم إخطاره بهذه الأحداث (انظر select()الدالة) ويجب عليه تهيئة الاتصال باستخدام الدالة accept(). تقوم هذه الدالة بإنشاء مقبس جديد لكل اتصال وإزالته من قائمة الانتظار. تحتوي الدالة على الوسائط التالية:

• sockfd، وهو وصف لمقبس الاستماع الذي تم وضع الاتصال في قائمة الانتظار الخاصة به.
• cliaddr، مؤشر إلى بنية sockaddr لتلقي معلومات عنوان العميل.
• addrlen، مؤشر إلى socklen_tموقع يحدد حجم بنية عنوان العميل التي تم تمريرها إلى accept(). عند accept()الإرجاع، يحتوي هذا الموقع على حجم البنية (بالبايت).

accept()يُعيد هذا الأمر مُعرّف المقبس الجديد للاتصال المقبول، أو القيمة -1 في حال حدوث خطأ. وسيتمّ التواصل مع المضيف البعيد عبر هذا المقبس الجديد.

لا تتطلب مقابس البيانات معالجة من قبل accept()المتلقي لأنه يمكنه الاستجابة فورًا للطلب باستخدام مقبس الاستماع.

connect()يقوم بإنشاء رابط اتصال مباشر مع مضيف بعيد محدد يتم التعرف عليه من خلال عنوانه عبر مقبس يتم التعرف عليه من خلال واصف الملف الخاص به.

عند استخدام بروتوكول موجه للاتصال ، يُنشئ هذا اتصالاً. بعض أنواع البروتوكولات غير موجهة للاتصال، وأبرزها بروتوكول بيانات المستخدم (User Datagram Protocol ). عند استخدامه مع البروتوكولات غير الموجهة للاتصال، connectيُحدد عنوان الجهاز البعيد لإرسال واستقبال البيانات، مما يسمح باستخدام وظائف مثل ` sendconnect` و`connect` recv. في هذه الحالات، تمنع وظيفة الاتصال (connect) استقبال حزم البيانات من مصادر أخرى.

connect()تُعيد الدالة عددًا صحيحًا يُمثل رمز الخطأ: 0 يُشير إلى النجاح، بينما -1 يُشير إلى الخطأ. تاريخيًا، في الأنظمة المُشتقة من BSD، تكون حالة مُعرّف المقبس غير مُحددة إذا فشلت عملية الاستدعاء (كما هو مُحدد في مواصفات يونكس المُوحدة )، وبالتالي، يجب على التطبيقات القابلة للنقل إغلاق مُعرّف المقبس فورًا والحصول على مُعرّف جديد باستخدام الدالة ، في حالة فشل عملية الاستدعاء. ^{[ 5 ]}connectsocket()connect()

gethostbyname()تُستخدم الدالتان gethostbyaddr()لحل أسماء المضيفين وعناوينهم في نظام أسماء النطاقات أو آليات حل أسماء المضيفين الأخرى (مثل /etc/hostsالبحث). تُعيدان مؤشرًا إلى كائن من النوع struct hostent، والذي يصف مضيف بروتوكول الإنترنت . تستخدم الدالتان الوسائط التالية:

• nameيحدد اسم المضيف.
• addrيحدد مؤشرًا إلى كائن struct in_addrيحتوي على عنوان المضيف.
• lenيحدد طول الملف بالبايت addr.
• typeيحدد نوع عائلة العنوان (على سبيل المثال، AF_INET) لعنوان المضيف.

تُعيد الدوال قيمة NULLفي حالة حدوث خطأ، وفي هذه الحالة قد يتم التحقق من العدد الصحيح الخارجي لمعرفة ما إذا كان هذا عطلًا مؤقتًا أو مضيفًا غير صالح أو غير معروف. وإلا، فسيتم إرجاع قيمة صالحة.h_errnostruct hostent*

لا تُعدّ هذه الدوال جزءًا أساسيًا من واجهة برمجة تطبيقات مقابس BSD، ولكنها تُستخدم غالبًا بالتزامن مع دوال واجهة برمجة التطبيقات للبحث عن مضيف. وتُعتبر هذه الدوال الآن واجهات قديمة للاستعلام عن نظام أسماء النطاقات. وقد تم تعريف دوال جديدة مستقلة تمامًا عن البروتوكول (تدعم IPv6). هذه الدوال الجديدة هي getaddrinfo() و getnameinfo() ، وتعتمد على بنية بيانات جديدة . ^{[ 6 ]}[[addrinfo]]

ظهرت هاتان الدالتان بالتزامن مع واجهة برمجة تطبيقات مقابس BSD في الإصدار 4.2BSD (1983)، ^{[ 7 ]} وهو نفس العام الذي أُنشئ فيه نظام أسماء النطاقات (DNS). لم تكن الإصدارات المبكرة تستعلم عن DNS، بل كانت تُجري عمليات بحث في ملف /etc/hosts فقط. أضاف الإصدار 4.3BSD (1984) نظام DNS بطريقة بدائية. يعتمد التنفيذ الحالي، باستخدام مُبدِّل خدمة الأسماء (NSS )، على نظام Solaris، ولاحقًا على NetBSD 1.4 (1999). ^{[ 8 ]} تم تعريف NSS في البداية لنظام NIS+ ، وهو يجعل DNS أحد الخيارات العديدة المتاحة للبحث بواسطة هاتين الدالتين، ويمكن تعطيل استخدامه حتى اليوم. ^{[ 9 ]}

توفر المقابس الخام واجهة بسيطة تتجاوز معالجة حزمة بروتوكولات TCP/IP الخاصة بالمضيف. وهي تسمح بتنفيذ بروتوكولات الشبكات في مساحة المستخدم وتساعد في تصحيح أخطاء حزمة البروتوكولات. ^{[ 13 ]} تُستخدم المقابس الخام من قِبل بعض الخدمات، مثل ICMP ، التي تعمل على مستوى طبقة الإنترنت في نموذج TCP/IP.

يتضمن إنشاء خادم TCP الخطوات الأساسية التالية:

• إنشاء مقبس TCP عن طريق استدعاء socket().
• ربط المقبس بمنفذ الاستماع bind()بعد تحديد رقم المنفذ.
• إعداد المقبس للاستماع إلى الاتصالات (جعله مقبس استماع)، مع استدعاء لـ listen().
• قبول الاتصالات الواردة ( accept()). يؤدي هذا إلى إيقاف العملية مؤقتًا حتى يتم استقبال اتصال وارد، ويعيد وصفًا للمقبس الخاص بالاتصال المقبول. يبقى الوصف الأولي وصفًا للاستماع، ويمكن accept()استدعاؤه مرة أخرى في أي وقت باستخدام هذا المقبس، حتى يتم إغلاقه.
• التواصل مع المضيف البعيد باستخدام وظائف واجهة برمجة التطبيقات (API) send()و recv()، بالإضافة إلى الوظائف العامة write()و read().
• إغلاق كل مقبس تم فتحه بعد الاستخدام باستخدام الوظيفةclose()

يقوم البرنامج التالي بإنشاء خادم TCP يستمع على المنفذ رقم 1100:

#include <stdbool.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main ( void ) { int sockfd = socket ( PF_INET , SOCK_STREAM , IPPROTO_TCP ); if ( sockfd == -1 ) { fprintf ( stderr , "فشل إنشاء المقبس! \n " ); return EXIT_FAILURE ; } struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_port = htons ( 1100 ), . sin_addr . s_addr = htonl ( INADDR_ANY ) }; إذا فشلت عملية الربط ( bind ( sockfd , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) ) في `-1` ، فسيتم طباعة رسالة " فشل ربط المقبس! \n " على الخطأ القياسي ، ثم إغلاق المقبس ( sockfd )، وإرجاع رمز الخطأ EXIT_FAILURE . وبالمثل ، إذا فشلت عملية الاستماع ( listen ( sockfd , 10 )) في `-1` ، فسيتم طباعة رسالة " فشل الاستماع على المقبس! \n " على الخطأ القياسي ، ثم إغلاق المقبس ( sockfd )، وإرجاع رمز الخطأ EXIT_FAILURE . ثم يتم التحقق من قبول الاتصال (connfd = accept ( sockfd , NULL , NULL ) )، وإذا فشلت هذه العملية ، فسيتم طباعة رسالة "فشل قبول الاتصال! \n " على الخطأ القياسي ، ثم إغلاق المقبس ( sockfd )، وإرجاع رمز الخطأ EXIT_FAILURE .EXIT_FAILURE ; } // تنفيذ عمليات القراءة والكتابة... // read(connfd, buff, size) if ( shutdown ( connfd , SHUT_RDWR ) == -1 ) { fprintf ( stderr , "فشل إغلاق الاتصال! \n " ); close ( connfd ); close ( sockfd ); return EXIT_FAILURE ; } close ( connfd ); }أغلق ( sockfd )؛ أرجع EXIT_SUCCESS ؛ }

تتضمن برمجة تطبيق عميل TCP الخطوات التالية:

• إنشاء مقبس TCP.
• الاتصال بالخادم ( connect())، عن طريق تمرير sockaddr_inبنية مع sin_familyتعيين AF_INET ، وتعيين المنفذ الذي تستمع إليه نقطة النهاية (بترتيب بايت الشبكة)، وتعيين عنوان IP الخاص بالخادم المستمع (أيضًا بترتيب بايت الشبكة).sin_portsin_addr
• التواصل مع المضيف البعيد باستخدام وظائف واجهة برمجة التطبيقات (API) send()و recv()، بالإضافة إلى الوظائف العامة write()و read().
• إغلاق كل منفذ تم فتحه بعد الاستخدام باستخدام الوظيفة close().

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main ( void ) { int sockfd = socket ( PF_INET , SOCK_STREAM , IPPROTO_TCP ); if ( sockfd == -1 ) { fprintf ( stderr , "فشل إنشاء المقبس! \n " ); return EXIT_FAILURE ; } struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_port = htons ( 1100 ), }; int res = inet_pton ( AF_INET , "192.168.1.3" , & sa . sin_addr );إذا فشلت عملية الاتصال ( connect ( sockfd , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) ) في الوصول إلى عنوان IP الخاص بالمنفذ (sa) ، فسيتم طباعة رسالة "فشل الاتصال!" في الخطأ القياسي ( stderr )، ثم إغلاق المنفذ ( sockfd ) ، وإرجاع قيمة EXIT_FAILURE . وإلا ، فسيتم تنفيذ عمليات القراءة والكتابة، ثم إغلاق المنفذ ( sockfd )، وإرجاع قيمة EXIT_SUCCESS .

يمكن للتطبيق إعداد خادم UDP على رقم المنفذ 7654كما يلي. يحتوي البرنامج على حلقة لا نهائية تستقبل حزم بيانات UDP باستخدام الدالة recvfrom().

#include <stdbool.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main ( void ) { struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_addr . s_addr = htonl ( INADDR_ANY ), . sin_port = htons ( 7654 ) }; char buffer [ 1024 ]; ssize_t recsize ; socklen_t fromlen = sizeof ( sa );int sock = socket ( PF_INET , SOCK_DGRAM , IPPROTO_UDP ); if ( bind ( sock , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) == -1 ) { fprintf ( stderr , "فشل ربط المقبس! \n " ); close ( sock ); return EXIT_FAILURE ; }بينما ( صحيح ) { recsize = recvfrom ( sock , ( void * ) buffer , sizeofbuffer , 0 , ( struct sockaddr * ) & sa , & fromlen ); إذا ( recsize < 0 ) { fprintf ( stderr , "%s \n " , strerror ( errno ) ); return EXIT_FAILURE ; } printf ( "recsize: %d \n " , ( int ) recsize ); sleep ( 1 ); printf ( "datagram: %.*s \n " , ( int ) recsize , buffer ); } }

فيما يلي برنامج عميل لإرسال حزمة UDP تحتوي على السلسلة "Hello, world!" إلى العنوان الموجود 127.0.0.1على رقم المنفذ 7654.

#include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main ( void ) { struct sockaddr_in sa = { // العنوان هو IPv4 . sin_family = AF_INET , // عناوين IPv4 هي uint32_t، يتم تحويل تمثيل السلسلة للثمانيات إلى القيمة المناسبة . sin_addr . s_addr = inet_addr ( "127.0.0.1" ), // المقابس هي أعداد صحيحة غير موقعة، htons(x) تضمن أن x بترتيب بايتات الشبكة، يتم تعيين المنفذ إلى 7654 . sin_port = htons ( 7654 ) }; char buffer [ 200 ]; strcpy ( buffer , "Hello, world!" );// إنشاء مقبس بيانات عبر الإنترنت باستخدام بروتوكول UDP int sock = socket ( PF_INET , SOCK_DGRAM , IPPROTO_UDP ); if ( sock == -1 ) { // إذا فشل تهيئة المقبس، يتم الخروج fprintf ( stderr , "فشل إنشاء المقبس! \n " ); return EXIT_FAILURE ; }// إرسال رسالة باستخدام sendto() int bytes_sent = sendto ( sock , buffer , strlen ( buffer ), 0 , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa ));إذا كانت قيمة ` bytes_sent` أقل من الصفر ، فسيتم طباعة رسالة خطأ إلى الخطأ القياسي ( stderr) تُفيد بوجود خطأ في إرسال الحزمة ، ثم يتم إرجاع قيمة ` EXIT_FAILURE` . بعد ذلك، يتم إغلاق المقبس ( sock ) وإرجاع القيمة صفر .

في هذا الكود، bufferيمثل مؤشرًا إلى البيانات المراد إرسالها، buffer_lengthويحدد حجم البيانات.