Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

представление с разделителями-точками.

В связи с тем, что большинство компьютеров вынуждено поддерживать работу нескольких параллельных TCP/IP приложений, IP-номер не обеспечивает уникальную идентификацию для соединения на одной машине. Номера портов — это 16-битные числа, которые позволяют однозначно распознавать одну из сторон соединения на данном хосте. Объединение IPv4-адреса и номера порта обеспечивает идентификацию стороны соединения где-либо в пределах одной сети TCP/IP (например, Internet является единой TCP/IP сетью). Две конечные точки соединения образуют полное TCP-соединение, таким образом, две пары, состоящие из IP-номера и номера порта, однозначно определяют TCP/IP соединение в сети.

Распределение номеров портов для различных протоколов производится на основе раздела стандартов Internet, известного как официальные номера портов, который утверждается Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов Internet (Internet Assigned Numbers Authority, LANA)[128]. Общие протоколы Internet, такие как ftp, telnet и http, имеют свои номера портов. Большинство серверов предусматривают данные службы на присвоенных номерах, что позволяет их легко найти. Некоторые сервера запускаются на альтернативных номерах портов, как правило, для поддержки нескольких служб на одной машине[129]. Поскольку официальные номера портов не изменяются, система Linux просто находит соответствие между именами протоколов (обычно называемых службами) и номерами портов с помощью файла /etc/services.

Все номера портов попадают в диапазон от 0 до 65 535; в системе Linux они разделяются на два класса. Зарезервированные порты с номерами от 0 до 1 024 могут использоваться только процессами, работающими как root. Это позволяет клиентским программам иметь гарантию того, что программа, запущенная на сервере, не является троянским конем, активизированным каким-то пользователем[130].

IPv4-адреса хранятся в структуре struct sockaddr_in, которая определяется следующим образом.

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in {
 short int sin_family;        /* AF_INET */
 unsigned short int sin_port; /* номер порта */
 struct in_addr sin_addr;     /* IP-адрес */
}

Первым членом должен быть AF_INET, указывающий, что это IP-адрес. Следующий член — это номер порта в сетевом порядке байтов. Последний элемент — это IP-номер машины для данного TCP адреса. IP-номер, хранящийся в sin_addr, должен трактоваться как непрозрачный тип и не иметь возможности прямого доступа.

Если хотя бы одна из переменных sin_port или sin_addr заполнена байтами (обычно функцией memset()), то это указывает на условие 'пренебречь'. Серверные процессы, как правило, не беспокоятся о том, какой IP-адрес используется для локального соединения. Другими словами, они согласны принимать соединения с любым адресом, имеющимся на данной машине. Если в приложении требуется принимать соединения только на одном интерфейсе, то при этом нужно обязательно указать адрес. Такой адрес иногда называется неустановленным, поскольку он не представляет собой полное определение адреса соединения (для него требуется еще IP-адрес)[131].

17.5.3. Адресация IPv6

В IPv6 используется тот же самый кортеж (локальный хост, локальный порт, удаленный хост, удаленный порт), что и в IPv4, и одни и те же номера портов (16-битные значения).

IPv6-адреса локального и удаленного хостов являются 128-битными (16-байтовыми) числами вместо 32-битных чисел, которые использовались в IPv4. Применение таких больших адресов обеспечивает протоколы достаточным количеством адресов для будущего развития (можно без проблем предоставить уникальный адрес каждому атому в Млечном Пути). На первый взгляд, это может показаться избыточной тратой ресурсов. Однако сетевые архитектуры имеют склонность небрежно относиться к адресам и растрачивать огромное их число впустую, поэтому разработчики версии IPv6 предпочли перейти к 128- битным адресам сейчас, чем переживать о возможной необходимости изменять адреса в будущем.

Аналогом десятичного представления с разделителями-точками, которое используется в IPv4, для версии IPv6 является представление с разделителями-двоеточиями. Как подсказывает название, двоеточия отделяют каждую пару байтов в адресе (вместо точки, которая отделяет каждый отдельный байт). Из-за большой длины IPv6-адреса записываются в шестнадцатеричной (а не в десятичной) форме, что помогает уменьшить их длину. Ниже показано несколько примеров того, как выглядит IPv6-адрес в представлении с разделителями-двоеточиями[132].

1080:0:0:0:8:800:200С:417А
FF01:0:0:0:0:0:0:43
0:0:0:0:0:0:0:1

В связи с тем, что такие адреса являются слишком громоздкими и часто содержат приличное количество нулей, допускается сокращение. Все нули можно просто выбросить из записи адреса, а группы более чем из двух последовательных двоеточий заменить только одной парой двоеточий. Применение этих правил к записанным выше адресам дает следующий результат.

1080::8:800:200C:417A
FF01::43
::1

Если рассмотреть самый крайний случай, то адрес 0:0:0:0:0:0:0:0 превращается просто в выражение ::[133].

Последний метод записи IPv6-адресов заключается в том, что последние 32 бита представляются с разделительными точками, а первые 96 битов — с разделительными двоеточиями. При этом адрес обратной связи IPv6 ::1 будет записан либо как ::0.0.0.1, либо как 0:0:0:0:0:0:0.0.0.1.

IPv6 определяет любой адрес с 96 начальными нулями (за исключением адреса обратной связи и неустановленного адреса) как совместимый IPv4-адрес, который позволяет сетевым маршрутизаторам передавать через сети IPv6 пакеты, предназначенные для IPv4-хостов. Сокращение двоеточий позволяет легко записать IPv4-адрес как IPv6-адрес путем добавления :: перед стандартным десятичным адресом с точками. Такой тип адресов называется IPv4-совместимым IPv6-адресом. Такая адресация применяется только маршрутизаторами; обычные программы не могут воспользоваться ее преимуществами.

Программы, работающие на машинах IPv6 и требующие обращения к машинам IPv4, могут использовать отображенные IPv4-адреса. Они дополняют IPv4-адрес 80-ю нулевыми старшими разрядами и 16-битным значением 0xffff, которое записывается как ::ffff:, а за ним следует десятичный IPv4-адрес с точками. Подобная адресация позволяет большинству программ в системе, поддерживающей только версию IPv6, явно общаться с узлами IPv4.

IPv6-адреса хранятся в переменных типа struct sockaddr_in6.

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>