網路程式設計練習題 (Practice - Network Programming)

四步驟:(1) client 送出 request;(2) server 收到後解讀並操作其資源;(3) server 送出 response 並等待下一個 request;(4) client 收到 response 並處理它。
client 與 server 都是 process,不是機器(機器稱 host);一台 host 可同時跑多個 client 與 server,transaction 也可發生在同一台 host 上。
它不具備 atomicity——client-server transaction 不是 database transaction,不共享其任何性質。

Hub:盲目複製每個 port 收到的每個 bit 到所有其他 port,每台 host 都看得到每個 bit。
Bridge:以分散式演算法自動學習「哪些 host 從哪個 port 可達」,只在必要時選擇性轉送 frame(同 segment 的 frame 直接丟棄),節省頻寬。
Router:連接不相容的 LAN/WAN;從 packet header 取出目的 internet address 作為 routing table 索引,剝掉舊 frame header、前置新 frame header 後轉送。
只有 router 理解 internet address,也只有 router 會改寫 frame header。

Network byte order 是 big-endian;struct in_addr 中的位址永遠以 network byte order 存放,與 host byte order 無關。
四個函式:htonl / ntohl(32-bit)、htons / ntohs(16-bit);命名中 h=host、n=network、l=long(32-bit)、s=short(16-bit)。
沒有 64-bit 版本。

三性質:point-to-point(連接一對 process)、full duplex(資料可同時雙向流動)、reliable(byte stream 以相同順序送達)。
一條 connection 由 socket pair (cliaddr:cliport, servaddr:servport) 唯一識別。
client 端 port 由 kernel 自動分配,稱 ephemeral port;server 端用與服務永久關聯的 well-known port(如 http=80、smtp=25),映射記錄在 /etc/services。

Listening descriptor:通常只建立一次,存活於 server 的整個生命週期,是 client 連線請求的端點。Connected descriptor:每次 accept 接受連線請求時建立,只在服務該 client 期間存在。
listen 把 kernel 預設的 active socket 轉為 listening socket,使其可接受連線請求。
backlog 是給 kernel 的提示:開始拒絕請求前應排隊的未完成連線請求數,通常設為大值如 1024。

getaddrinfo 取代 gethostbyname / getservbyname(字串 → socket address);getnameinfo 取代 gethostbyaddr / getservbyport(socket address → 字串)。
兩大優點:reentrant、protocol-independent(不依賴特定 IP 版本)。
getaddrinfo 回傳指向 addrinfo 結構 linked list 的指標,每個節點指向一個 socket address 結構;用畢必須呼叫 freeaddrinfo 釋放,否則 memory leak;錯誤碼用 gai_strerror(不是 strerror)轉字串。

(1) 每行以 CRLF(\r\n) 結尾。
(2) request line:method URI version;response line:version status-code status-message。
(3) 200 OK(處理無誤)、301 Moved permanently(內容移到 Location header 所指處)、403 Forbidden(無權限存取檔案)、404 Not found(找不到檔案)、501 Not implemented(不支援該 method)、505 HTTP version not supported。

Host header:HTTP/1.1 必填。用途是讓 proxy chain 中間的 proxy cache 判斷自己是否有該內容的本地快取副本。
Static content:server 讀取磁碟檔案並回傳其內容。Dynamic content:server 執行可執行檔並回傳其執行期輸出。
對 client 與 server 而言,內容都是「byte 序列 + MIME type」。

逐 byte 換算(每個十進位數換成一個 hex byte):
(a) 128=0x80、2=0x02、194=0xc2、242=0xf2 → 0x8002c2f2
(b) 0xFF=255、0xFF=255、0xFF=255、0x00=0 → 255.255.255.0
(c) 10=0x0a、1=0x01、1=0x01、64=0x40 → 0x0A010140
(d) 0x00、0x00、0x00、0x80=128 → 0.0.0.128

(1) ? 分隔檔名與參數、& 分隔各個參數;空白必須編碼為 %20。
(2) Tiny 的 parse_uri 規則:URI 含字串 cgi-bin 即視為 dynamic(此例是),否則 static。
URI 開頭的 / 不是 Linux 根目錄,而是該類內容的 home directory(Tiny 的 static home dir 為 .、dynamic 為 ./cgi-bin);最小 suffix / 會被展開成預設首頁(Tiny 為 ./home.html)。

(1) child 在 execve 前把參數放進環境變數 QUERY_STRING,adder 用 getenv("QUERY_STRING") 讀取後自行以 & 切割。
(2) child 先用 dup2 把 stdout 重導到 connected descriptor 才 execve;CGI 程式繼承 execve 前已開啟的檔案與環境變數,所以寫到 stdout 的輸出不經 parent、直達 client(Practice Problem 11.5 觀念)。
(3) 由 CGI 程式(child)自己產生,包含終止 headers 的空行——因為 parent 不知道 child 產生內容的型別與大小。

區分的目的是支援 concurrent server:listening descriptor 持續存在、專門接收連線請求;每收到一個請求就得到一個獨立的 connected descriptor,server 可以 fork 新 process 用它與該 client 通訊,同時服務多個 client。若只有一個 descriptor,服務一個 client 期間就無法再接受新連線。
"Address already in use" 用 setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, ...) 解決;否則被終止後重啟的 server 預設會拒絕 client 連線約 30 秒,嚴重妨礙除錯。

第一次 write 正常返回;第二次 write 觸發 SIGPIPE,其預設行為是終止 process——iterative server 會就此死掉,無法服務後續 client。
強健作法:捕捉或忽略 SIGPIPE,此時第二次 write 改為回傳 -1 且 errno = EPIPE(Broken pipe),server 檢查並處理該錯誤即可。
EOF 不是字元,是 kernel 偵測的條件:對端 process 關閉其連線端後,本端在讀取 stream 最後一個 byte 之後的資料時,read/rio_readlineb 回傳 0,即偵測到 EOF。