Основы разработки сетевых Windows-приложений

212 Pages·1.31 MB·Russian

by  Васильчиков В.В.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П.Г.Демидова
В.В. Васильчиков
Основы разработки сетевых
Windows-приложений
Учебное пособие
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов специальностей "Прикладная математика и
информатика" и "Математическое обеспечение
и администрирование информационных систем"
Ярославль 2007
УДК
ББК
В

Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2007 года

Рецензенты:
кандидат физико-математических наук С.И. Щукин;
кафедра теории и методики обучения информатике ЯГПУ
им. К.Д. Ушинского

Васильчиков, В.В. Основы разработки сетевых Windows-
В приложений : учебное пособие / В.В. Васильчиков ; – Яросл. гос.
ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2007. – 212 с.
ISBN

Рассмотрены основные моменты разработки сетевых
приложений для платформы Win32, сетевые функции Windows, а
также наиболее распространенные сетевые протоколы.
Рекомендуется студентам, обучающимся по специальностям
010501 Прикладная математика и информатика (дисциплина
специализации "Программирование в Windows и сетях Windows")
и 010503 Математическое обеспечение и администрирование
информационных систем (дисциплина специализации "Програм-
мирование в сетях Windows") очной формы обучения.
Библиогр.: 5 назв.

УДК
ББК

© Ярославский
государственный
университет, 2007
© В.В.Васильчиков, 2007

2
Введение
Данное учебное пособие написано на основе лекционного курса по
программированию в сетях Windows, читавшегося автором для студентов
факультета ИВТ ЯрГУ, обучающихся по специальности "Математическое
обеспечение и администрирование информационных систем".
В пособии рассмотрены существующие технологии и Win32 API-
функции, использующиеся для создания сетевых приложений различных
версий ОС Windows. При этом все, что говорится о Windows 2000,
остается в силе и для более свежих версий операционной системы.
Первые главы посвящены рассмотрению несколько устаревших,
однако все еще использующихся технологий: интерфейса NetBIOS,
перенаправителей Windows, почтовых ящиков и именованных каналов.
Далее рассматривается API-интерфейс Winsock, наиболее распространен-
ные сетевые протоколы Winsock, базовая модель программирования
клиент-сервер и соответствующие функции, предоставляемые Win32 API.
При этом основное внимание уделялась программированию протоколов,
построенных на базе протокола IP. Наконец, последняя глава коротко
описывает основные моменты работы с сервером удаленного доступа RAS,
используемого для коммутируемого доступа к Интернет.
Основная часть учебного материала и исходных кодов взята из книги
Джонса и Оланда [1]. Все примеры программ написаны на языке С и не
привязаны к использованию какой-либо конкретной среды программиро-
вания. При этом для организации работы с сетью используются только
Win32 API- функции. Читателям, интересующимся более высокоуров-
невыми средствами, например классами библиотеки MFC для работы в
сети, можно порекомендовать обратиться к книгам Олафсена, Скрайбера
и Уайта [3], Круглински, Уингоу и Шеферда [4], а также к документации
MSDN. Однако для понимания устройства и работы этих классов все
же настоятельно рекомендуется изучить использование соответствую-
щих функций Win32 API.
Для удобства использования все исходные коды, сгруппированные по
темам учебного курса, (а на них в тексте пособия постоянно встречаются
ссылки) доступны в локальной сети факультета.
Для лабораторных занятий студентам предлагаются задания по разра-
ботке программ, функционально эквивалентных рассмотренным, однако
имеющих привычный оконный интерфейс. В качестве среды разработки
предполагается использование Microsoft Visual Studio версии 6.0. Проекты
структурированы по темам учебного курса. Предполагаемый результат
находится в папке Solution. Стартовый проект (заготовка с предлагаемым
интерфейсом) находится в папке Starter. Инструкции по выполнению
задания помещены в файл ToDo.doc.
3
Интерфейс NetBIOS
Network Basic Input/Output System (NetBIOS) – стандартный
интерфейс прикладного программирования, разработанный еще в 1983
году. Он определяет программный интерфейс для сетевой связи, но не
обуславливает физический способ передачи данных по сети. В 1985 году
фирма IBM сформировала цельный протокол NetBIOS Extended User
Interface (NetBEUI), интегрированный с интерфейсом NetBIOS.
Впоследствии его реализовали и для протоколов TCP/IP и IPX/SPX. В
настоящее время NetBIOS используется многими приложениями и
операционными системами, включая все варианты Windows (Windows CE
не дает возможности использовать NetBIOS API).
NetBIOS и сетевая модель OSI
Модель Open Systems Interconnect (OSI) обеспечивает высоко-
уровневое представление сетевых систем. Для описания сетевых
концепций она использует семь уровней (см. рисунок):
4
• прикладной – предоставляет пользовательский интерфейс для
передачи данных между программами;
• представительский – форматирует данные;
• сеансовый – управляет связью между двумя узлами;
• транспортный – обеспечивает передачу данных (надежную или
ненадежную);
• сетевой – поддерживает механизм адресации между узлами и
маршрутизацию пакетов данных;
• канальный – управляет взаимодействием между узлами на
физическом уровне, отвечает за группировку данных,
передаваемых по физическому носителю;
• физический – физический носитель, ответственный за передачу
данных в виде электрических сигналов.
Здесь, правда, следует заметить, что, несмотря на частое упоминание
в литературе по компьютерным сетям, модель OSI обладает изрядной
условностью. Она была изначально спроектирована без готовой
реализации, и потому распределение функций между уровнями не всегда
очевидно, ряд функций выполняется сразу на нескольких уровнях.
Конкретные реализации могут использовать не все уровни, редко,
например, используются уровень представления и сеансовый уровень.
Если говорить о NetBIOS, то в модели OSI он относится к сеансовому
и транспортному уровню.
Интерфейс Microsoft NetBIOS
В известном смысле интерфейс NetBIOS не зависит от сетевого
протокола. Если приложение разработано согласно спецификации
NetBIOS, оно может использовать и протокол TCP/IP, и IPX/SPX, и
NetBEUI. Однако оба связывающихся компьютера должны иметь хотя бы
один общий сетевой протокол.
Кроме того, не все протоколы по умолчанию реализуют интерфейс
NetBIOS. Например, Microsoft TCP/IP и NetBEUI поддерживают, а
IPX/SPX нет. Однако при установке IPX/SPX можно в окне свойств
поставить флажок, с помощью которого включается поддержка NetBIOS
для данного сетевого протокола.
Следует также учитывать, что NetBEUI – немаршрутизируемый
протокол. Если между клиентом и сервером есть маршрутизатор, то
связаться они не смогут. Для TCP/IP и IPX/SPX такого ограничения не
существует.
Номера LANA
Основное понятие интерфейса NetBIOS – это номера сетевых
адаптеров (Local Area Network Adapter, LANA). Первоначально каждому
5
физическому сетевому адаптеру присваивалось уникальное значение –
номер LANA.
Номер LANA соответствует уникальным сочетаниям сетевого
адаптера с транспортным протоколом. Например, если на компьютере
установлено две сетевых платы и два поддерживающих NetBIOS сетевых
протокола, то их сочетаниям будет присвоено четыре номера LANA. Эти
номера лежат в диапазоне от 0 до 9, и операционная система назначает их
без какого-либо определенного порядка, за исключением того, что LANA 0
– номер по умолчанию. Некоторые старые приложения жестко
запрограммированы на работу только с LANA 0. Для работы с ними можно
вручную назначить этот номер конкретному сетевому протоколу.
Имена NetBIOS
Приложение регистрирует имя на каждом номере LANA, с которым
ему требуется связаться. Имя NetBIOS имеет длину 16 символов, причем
16 символ зарезервирован для специальных целей (определяет сетевую
службу Microsoft, более подробно этот вопрос не рассматриваем). В среде
Win32 каждый процесс имеет таблицу имен для каждого доступного
номера LANA (не более 254 имен с номерами от 1 до 254, номера 0 и 255
зарезервированы для системы).
Есть два типа имен NetBIOS: уникальное и групповое. Имена
компьютеров в сетях Microsoft – имена NetBIOS. Когда компьютер
загружается, он регистрирует свое уникальное имя на сервере WINS
(Windows Internet Naming Server). Сервер WINS поддерживает список всех
зарезервированных имен NetBIOS. Вместе с именем может храниться
информация и о протоколе. Например, в сетях TCP/IP запоминает IP-адрес
компьютера.
Групповые имена используются, чтобы отправлять или получать
данные, предназначенные для множества получателей.
NetBIOS предлагает как службы, требующие установления
соединения (сеанс связи), так и службы, которые его не требуют
(дейтаграммные). В первом случае доставка данных гарантируется. Сервер
обычно регистрирует себя под определенным известным именем, а
клиенты ищут это имя, чтобы связаться с сервером.
При использовании дейтаграммных служб сервер регистрируется под
конкретным именем, а клиент просто посылает данные в сеть на NetBIOS-
имя серверного процесса, не устанавливая соединения. При этом не
тратится время и ресурсы на установление соединения, однако
отсутствуют гарантии доставки и порядка сообщений.
Основы программирования NetBIOS
API-интерфейс NetBIOS содержит всего одну функцию:
UCHAR Netbios (PNCB pncb );
6
Все объявления функций, константы и т.п. определены в
заголовочном файле Nb30.h. Для компоновки требуется только одна
библиотека – Netapi32.lib.
Параметр функции Netbios является указателем на блок сетевого
управления (network control block, NCB). Структура NCB определена
следующим образом:
typedef struct _NCB {
UCHAR ncb_command;
UCHAR ncb_retcode;
UCHAR ncb_lsn;
UCHAR ncb_num;
PUCHAR ncb_buffer;
WORD ncb_length;
UCHAR ncb_callname[NCBNAMSZ];
UCHAR ncb_name[NCBNAMSZ];
UCHAR ncb_rto;
UCHAR ncb_sto;
void (CALLBACK *ncb_post) (struct _NCB *);
UCHAR ncb_lana_num;
UCHAR ncb_cmd_cplt;
UCHAR ncb_reserve[10];
HANDLE ncb_event;
} NCB, *PNCB ;
Не все поля структуры используются при каждом вызове, поэтому
перед заполнением структуры ее есть смысл обнулить. Некоторые из полей
являются выходными значениями. Ниже описано значение каждого поля:
• ncb_command – указывает выполняемую команду Netbios.
Логическое сложение с флагом ASYNCH (0x80) приводит к
асинхронному выполнению;
• ncb_retcode – код возврата для данной операции;
• ncb_lsn – номер локального сеанса;
• ncb_num – номер локального сетевого имени;
• ncb_buffer – буфер данных;
• ncb_length – размер буфера в байтах;
• ncb_callname – имя удаленного приложения;
• ncb_name – имя приложения;
• ncb_rto – тайм-аут для операций приема в единицах по 500 милли-
секунд.
• ncb_sto – тайм-аут для операций отправки в единицах по 500
миллисекунд.
• ncb_post – адрес процедуры, которую надо вызвать по завершении
асинхронной команды. Ее формат:
7
void CALLBACK PostRoutine (PNCB pncb);
Здесь pncb – указатель на блок сетевого управления завершенной
команды.
• ncb_lana_num – номер LANA для выполнения команды;
• ncb_cmd_cplt – код возврата, то же самое значение, что и
ncb_retcode;
• ncb_reserve – зарезервировано, должно быть равно 0;
• ncb_event – указывает описатель объекта события Windows в
свободном состоянии, после завершения асинхронной команды
событие переходит в занятое состояние.
Синхронный и асинхронный вызов
Большинство команд, выполняемых через вызов функции, можно
вызвать синхронно (т.е. функция не возвратит управление, пока команда
не будет выполнена), либо асинхронно. Для асинхронного вызова команды
необходимо в поле ncb_command установить флаг ASYNCH. В этом случае
требуется либо определить вызываемую после выполнения команды
процедуру (поле ncb_post), либо дескриптор события (поле ncb_event).
Типовые процедуры NetBIOS
Общие функции приложений NetBIOS
Ниже приводится исходный код основных функций типичного
клиентского или серверного приложения, реализующего асинхронную
модель NetBIOS. Полный код содержится в файле Nbcommon.c.
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "nbcommon.h"

// Перечислит ьвсе номера LANA
int LanaEnum(LANA_ENUM *lenum)
{
NCB ncb;
ZeroMemory(&ncb, sizeof(NCB));
ncb.ncb_command = NCBENUM;
ncb.ncb_buffer = (PUCHAR)lenum;
ncb.ncb_length = sizeof(LANA_ENUM);

if (Netbios(&ncb) != NRC_GOODRET)
{
printf("ERROR: Netbios: NCBENUM: %d\n",
ncb.ncb_retcode);
8
return ncb.ncb_retcode;
}
return NRC_GOODRET;
}

//
// Сбор сведений о LANA, перечисленны хв структуре LANA_ENUM.
// Настройка среды NetBIOS (макс. число сеансов, макс. размер
// таблицы имен), использовани епервого NetBIOS–имени.
//
int ResetAll(LANA_ENUM *lenum, UCHAR ucMaxSession,
UCHAR ucMaxName, BOOL bFirstName)
{
NCB ncb;
int i;

ZeroMemory(&ncb, sizeof(NCB));
ncb.ncb_command = NCBRESET;
ncb.ncb_callname[0] = ucMaxSession;
ncb.ncb_callname[2] = ucMaxName;
ncb.ncb_callname[3] = (UCHAR)bFirstName;

for(i = 0; i < lenum->length; i++)
{
ncb.ncb_lana_num = lenum->lana[i];
if (Netbios(&ncb) != NRC_GOODRET)
{
printf("ERROR: Netbios: NCBRESET[%d]: %d\n",
ncb.ncb_lana_num, ncb.ncb_retcode);
return ncb.ncb_retcode;
}
}
return NRC_GOODRET;
}

//
// Добавление указанного имени данному LANA.
// Возвращает номер для зарегистрированно гиомени.
//
int AddName(int lana, char *name, int *num)
{
NCB ncb;
ZeroMemory(&ncb, sizeof(NCB));
ncb.ncb_command = NCBADDNAME;
ncb.ncb_lana_num = lana;
9
memset(ncb.ncb_name, ' ', NCBNAMSZ);
strncpy(ncb.ncb_name, name, strlen(name));

if (Netbios(&ncb) != NRC_GOODRET)
{
printf("ERROR: Netbios: NCBADDNAME[lana=%d;name=%s] %:d\n",
lana, name, ncb.ncb_retcode);
return ncb.ncb_retcode;
}
*num = ncb.ncb_num;
return NRC_GOODRET;
}

//
// Добавление данного группового имени NetBIOS данному LANA.
// Возвращает номер добавленног оимени.
//
int AddGroupName(int lana, char *name, int *num)
{
NCB ncb;
ZeroMemory(&ncb, sizeof(NCB));
ncb.ncb_command = NCBADDGRNAME;
ncb.ncb_lana_num = lana;
memset(ncb.ncb_name, ' ', NCBNAMSZ);
strncpy(ncb.ncb_name, name, strlen(name));

if (Netbios(&ncb) != NRC_GOODRET)
{
printf("ERRO NRe:tbios N:CBADDGRNAME[lana=%d;name %=d%\sn]:",
lana, name, ncb.ncb_retcode);
return ncb.ncb_retcode;
}
*num = ncb.ncb_num;
return NRC_GOODRET;
}
//
// Удаление данного имени NetBIOS из таблицы имен
// для данного LANA
//
int DelName(int lana, char *name)
{
NCB ncb;
ZeroMemory(&ncb, sizeof(NCB));
ncb.ncb_command = NCBDELNAME;
ncb.ncb_lana_num = lana;
10