Программирование взаимодействия программ на основе прикладных протоколов

Прикладные протоколы позволяют осуществлять обмен через сеть Internet различного рода данными. Это полезное свойство, безусловно, находит практическое применение.

Во многих ОС прикладные протоколы реализованы в различных утилитах (часть из которых была рассмотрена здесь и в предыдущей работе). Эти утилиты ориентированы, прежде всего, на работу с пользователями операционных систем. Однако часто возникает необходимость осуществить обмен данными непосредственно между прикладными программами, минуя вмешательство человека или при его ограниченном участии. Тогда у разработчиков программ возникает потребность в том, чтобы сами прикладные программы могли непосредственно использовать те же самые протоколы, что и описанные выше утилиты. Естественно, к этому нет никаких препятствий - прикладные протоколы сети Internet являются открытыми протоколами, их команды и принцип работы известны и регламентированы общедоступными стандартами.

Для решения такой задачи можно, конечно, прибегнуть к вызову утилит ОС из прикладной программы с помощью командной строки. Такой подход прост в реализации, но имеет два недостатка: во-первых, скорость работы прикладной программы в этом варианте будет ниже, чем при непосредственном обмене данными по протоколу; во-вторых, необходимо параллельное выполнение утилиты ОС и прикладной программы с организацией взаимодействия между ними, что не всегда возможно. Гораздо эффективнее включить обмен данными по заданному протоколу непосредственно в код разрабатываемой прикладной программы.

Можно разработать программу, которая будет обеспечивать обмен по выбранному протоколу с любой стороны - и со стороны сервера, и со стороны клиента (в конце концов, сами все утилиты ОС - это тоже прикладные программы, которые были когда-то кем-то разработаны). Важно только, чтобы такая программа соответствовала спецификации выбранного протокола. Если же это будет не так, и вновь созданная программа не будет удовлетворять требованиям протокола или будет удовлетворять им не полностью, то она не сможет установить связь и осуществить обмен данными с другими программами и утилитами, уже существующими в сети. (Возможно, конечно, разработать две совершенно новых программы - клиента и сервера - которые будут обеспечивать обмен данными по своему протоколу, недоступному другим, но тогда такая система перестанет быть открытой системой, и по сути, перестанет быть частью всемирной сети).

Поскольку в качестве транспортного протокола для всех протоколов прикладного уровня используется TCP, то чтобы реализовать обмен данными по любому выбранному протоколу необходимо использовать обмен данными на основе именно TCP. Для этого в составе многих ОС имеются специальные библиотеки программных средств, позволяющие прикладным программам пользователя осуществлять обмен данными по протоколу TCP. В ОС типа UNIX или Linux это библиотека "сокетов" (socket - ее программный код входит в ядро ОС). В языке программирования "Си", который является базовым для этих ОС, ей обычно соответствует файл заголовков "socket.h". В ОС типа Windows NT (начиная с версии 3.5) и графических средах Windows-95/98 этот протокол реализует динамическая библиотека "WinSock.DLL" (в более ранних версиях этих ОС она не поставляется и должна устанавливаться дополнительно).

Такие библиотеки позволяют осуществлять самые простые операции: установить связь с ЭВМ, для которой известны адрес и порт связи, передать блок данных по протоколам TCP или UDP, получить блок данных, поступивший на локальную ЭВМ. Этого достаточно для того, чтобы запрограммировать любой прикладной протокол и любой обмен данными, поскольку известны все команды протоколов и используемые для обмена информацией номера портов. Однако это достаточно трудоемкий процесс, поскольку необходимо корректно запрограммировать передачу всех команд выбранного протокола и реакцию на полученные команды. Поэтому к такому методу прибегают обычно только в том случае, если нет возможности использовать стандартные прикладные протоколы и приходится организовывать обмен данными по своему, специфичному протоколу (такой подход рассматривается в следующей лабораторной работы). Для реализации стандартных прикладных протоколов уже разработано большое количество программных библиотек в различных языках программирования, поэтому нет необходимости создавать их заново.

Варианты таких библиотек в языке Object Pascal разработанные фирмой Borland для среды программирования Borland Delphi рассмотрены далее. Поскольку чаще всего возникает необходимость создать прикладную программу "клиентской" стороны протокола, то далее речь пойдет именно о создании программ такого рода.