Книга представляет собой классический учебник для высшей школы, содержащий глубокое изложение вопросов, связанных с абстракцией и структурами данных, а также их реализацией на языке C++. Помимо предоставления прочных основ методов абстракции данных, в ней особо подчеркивается различие между спецификацией и реализацией, что является принципиально важным в объектно-ориентированном подходе. В книге подроб­но обсуждаются ключевые понятия объектно-ориентированного программирования, включая инкапсуляцию, наследование и полиморфизм, однако в центре внимания всегда находится именно абстракция данных, а не синтаксические конструкции языка C++.
Книга будет полезна всем, кто заинтересован в глубоком изучении важнейших аспек­тов ООП и полном освоении соответствующих возможностей языка C++.

Прошли те времена, когда в Интернете на уровне элементарных понятий нужно было объяснять, что такое хостинг. Все уже давно знают, что свою страничку вовсе не нужно держать на домашнем компьютере и каким-то образом обеспечивать к ней постоянный доступ, а на порядок проще разместить ее на так называемом хостинге - на компьютере хостинг-провайдера, чьей головной болью и одновременно сферой приложения профессиональных услуг является обеспечение круглосуточного доступа через Интернет к вашей страничке любых желающих.

Что интересно, еще буквально пару-тройку лет назад под хостингом только это и понималось - размещение и обеспечение доступа. В большинстве случаев это так и выглядело - ваша страничка где-то там лежала, периодически откликаясь на попытки ее посмотреть, а нередко и не откликалась, причем когда кто-то из ваших знакомых интересовался, в чем там дело, вы только криво усмехались и отвечали что-то вроде: "Да опять у хостера какие-то проблемы".


Но время шло, и хостинг как интернетовская услуга претерпел значительные изменения. Во-первых, значительно возросла стабильность доступа - если раньше странички "валялись" не менее пары раз в день, то теперь недоступность странички из-за проблем у хостера - явный нонсенс. Во-вторых, значительно изменилось само "железо", на котором размещаются сайты - раньше серверы собирали черт знает из чего на неизвестно чьей коленке, а сейчас любой уважающий себя хостинг-провайдер использует специальные серверы, созданные именно для решения подобных задач.

В-третьих, понятие "техническая поддержка пользователей" из полуабстракции в виде студента на телефоне, который говорил исключительно на фидошном сленге и через минуту общения с клиентом тут же терял человеческое лицо, превратилась во вполне четкую структуру, которая занимается именно поддержкой пользователей, а не их посыланием во все места с их идиотскими вопросами.

В-четвертых, хостинг-провайдеры стали намного более требовательно относиться к вопросам защиты данных клиентов. Если раньше сохранность вашей страницы на сервере хостинга зависела только от вашей предусмотрительности (то есть - догадаетесь ли вы всегда держать актуальную копию сайта на домашнем компьютере), то теперь, независимо от того, что именно вдруг произошло на сервере хостера, вопрос сохранности вашей информации лежит целиком на нем.


Хостинг как интернетовская услуга претерпел значительные изменения
В-пятых, понятие хостинга стало включать в себя большой набор всевозможных дополнительных видов услуг - предоставление почтовых ящиков, баз данных, скриптов, статистики, защиты от спама и вирусов, листов рассылки и так далее.

И при всем этом богатстве услуг вполне серьезный хостинг стал стоить совсем небольших денег - $5, $10, $15 или $20, в зависимости от дисковой квоты и набора предоставляемых сервисов. Причем уровень стоимости похожих пакетов услуг у разных хостинг-провайдеров отличается весьма незначительно. Не бывает такого, чтобы у одного хостинг-провайдера, скажем так, оптимальный хостинговый пакет стоил $10, а у другого - $30. Разница обычно составляет буквально два-три доллара. Но вот как раз эти ничтожные пара долларов в месяц могут означать весьма существенные отличия в уровне и видах предоставляемых услуг.

Мне не раз приходилось слышать разговоры из серии: "Ну, и зачем ты в этой конторе хостишься, когда вон у тех - и оплата ниже на два бакса, и дискового пространства предоставляют больше, и список сервисов - две страницы?". Но потом, когда пользователь, соблазненный экономией двух долларов в месяц и списком сервисов на две страницы, переходил на нового хостинг-провайдера, вдруг выяснялось, что техподдержка там отвечает на звонки с 11 до 17, кроме выходных, причем как они отвечают - так лучше бы вообще не отвечали; что сайт имеет тенденцию вдруг падать и не подниматься, потому что вырубилось электричество, защиты у провайдера нет, так что все серверы полегли, а поднялись после появления электричества далеко не все, но никто и не почесался; что из заявленного длинного списка сервисов реально представлена дай бог половина, причем из них восемьдесят процентов - вещи, которые никогда не понадобятся, зато многое из того, что действительно нужно, работает через пень-колоду, и так далее. И становится не сильно понятно, зачем такие проблемы из-за каких-то двух долларов в месяц? Стоит оно того или нет?

Или наоборот. Бывает так, что вебмастер (или организация) сели к какому-то хостинг-провайдеру, мучаются с его ненавязчивым сервисом, а переходить в другое место - боятся, потому что, дескать, "от добра добра не ищут". От добра - точно, не ищут. Но в данном случае речь идет совсем не о добре, а о некачественном предоставлении услуг.


Понятие хостинга стало включать в себя большой набор всевозможных дополнительных видов услуг
Закончились времена доморощенных хостеров. Точнее, почти закончились, потому что где-то еще остались конторы, предоставляющие хостинг на кошмарном уровне девяностых годов прошлого столетия. Но они очень скоро отомрут, потому что не могут, не умеют и не хотят оказывать эту услугу так, как полагается на современном уровне, а сегодняшнего клиента уже не удовлетворяют фразы "не волнуйтесь, завтра починим" или "пока нет, но скоро будет". Ему нужно сейчас, в полном объеме и качественно.

Однако у неискушенных клиентов тут же возникает вопрос: как выбрать хостинг-провайдера, если они все предлагают примерно одинаковый набор предоставляемых услуг, цены на которые различаются совсем незначительно? Здесь, на мой взгляд, следует обращать внимание на две вещи. Во-первых, сайт провайдера и данные, которые на нем представлены. Если на сайте нет никакой информации о самой компании, используемом оборудовании, защите, сертификатах и так далее - это шарашкина контора. Список предоставляемых услуг - еще далеко не все. Клиенты должны знать, где расположено помещение с серверами, как оно охраняется, что предусмотрено в случае проблем с электричеством, и так далее.

Конечно, тут многое зависит от ваших личных требований к хостингу. Потому что если вам нужно разместить страничку с парой фотографий и текстом "Когда-нибудь здесь будет крутая страница", тогда, конечно, вас мало будет интересовать охрана дата-центра и защита электропитания. Но в этом случае вам и нормальный хостинг не нужен - достаточно просто разместить страничку на одном из бесплатных серверов. А вот в случае размещения серьезного проекта, корпоративного ресурса и так далее все эти вопросы обязательно нужно выяснить, потому что, например, неответ корпоративного ресурса в течение какого-то времени может обернуться серьезными финансовыми потерями.

Ну, и во-вторых, поинтересуйтесь впечатлениями тех людей, которые уже пользуются услугами каких-то хостинг-провайдеров. Пускай они расскажут, что им понравилось, а что нет, с какими проблемами им пришлось столкнуться. Это может быть весьма показательным.

И последнее. Если вам не нравится тот хостинг-провайдер, на котором в настоящий момент размещен ваш проект, - не останавливайтесь перед тем, чтобы подыскать более подходящую фирму. Перенести проект на новый хостинг, как правило, особого труда не составляет, а выигрыш от подобных действий может быть весьма значительным. Потому что на современном этапе хостинг должен отвечать очень высоким требованиям. И есть немало провайдеров, которые этим требованиям действительно отвечают.

Прародителем сети интернет была сеть ARPANET. Первоначально её разработка финансировалась Управлением перспективного планирования (Advanced Research Projects Agency, или ARPA). Проект стартовал осенью 1968 года и уже в сентябре 1969 года в опытную эксплуатацию был запущен первый участок сети ARPANET.

Сеть ARPANET долгое время являлась тестовым полигоном для исследования сетей с коммутацией пакетов. Однако кроме исследовательских, ARPANET служила и чисто практическим целям. Ученые нескольких университетов, а также сотрудники некоторых военных и государственных исследовательских институтов регулярно её использовали для обмена файлами и сообщениями электронной почты, а так же для работы на удалённых компьютерах. В 1975 году управление сетью было выведено из под контроля ARPA и поручено управлению связи Министерства обороны США. Для военных данная сеть представляла большой интерес, так как позволяла сохранять её работоспособность даже при уничтожении её части, например, при ядерном ударе.

В 1983 году Министерство обороны разделило ARPANET на две связанные сети. При этом за сетью ARPANET были сохранены её исследовательские функции, а для военных целей была сформирована новая сеть, которую назвали MILNET. Физически сеть ARPANET состояла приблизительно из 50 миникомпьютеров типа С30 и С300, выпущенных фирмой BBN Corporation. Они назывались узлами коммутации пакетов и были разбросаны по территории материковой части США и Западной Европы. Сеть MILNET состояла приблизительно из 160 узлов, причём 34 из них были расположены в Европе, а 18 в Тихом Океане и в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Сами узлы коммутации пакетов нельзя было использовать для решения вычислительных задач общего плана.

Понимая, что в ближайшем будущем очень важным моментом в научных исследованиях будет процесс обмена данными, Национальный научный фонд (NFS) в 1987 году основал отделение сетевых и коммуникацинных исследований и инфраструктуры. В его задачи входило обеспеченье современными сетевыми коммуникационными средствами учёных и инженеров США. И хотя отделение фонда NFS финансировало основные исследовательские программы в области сетевых коммуникаций, сферой его основных интересов было расширение Internet.

Сеть NSFNET строилась в несколько этапов и быстро преобретала популярность не только в научно-исследовательских кругах, но и в коммерческой среде. К 1991 году фонд NFS и другие государственные учреждения США поняли, что масштабы Internet вышли далеко за отведённые её на этапе разработки рамки университетской и научной сети. К Internet стало подключаться множество организаций, разбросанных по всему Земному шару. Трафик в магистральном канале NSFNET вырос почти до миллиарда пакетов в день, и его пропускной способности 1.5 Мбит/с на отдельных участках стало уже не хватать. Поэтому правительство США начало проводить политику приватизации и коммерческого использования Internet. Фонд NFS принял решение предать магистральную сеть на попечение закрытой акционерной компании и оплачивать доступ к ней для государственных научных и исследовательских организаций.

Семейство TCP/IP

Познакомившись с историей, давайте подробнее рассмотрим, что собой представляют протоколы TCP/IP. TCP/IP - это семейство сетевых протоколов, ориентированных на совместную работу. В состав семейства входит несколько компонентов:

IP (Internet Protocol - межсетевой протокол) - обеспечивает транспортировку пакетов данных с одного компьютера на другой;

ICMP (Internet Control Message Protocol - протокол управляющих сообщений в сети Internet) - отвечает за различные виды низкоуровневой поддержки протокола IP, включая сообщения об ошибках, вспомогательные маршрутизирующие запросы и подтверждения о получении сообщений;

ARP (Address Resolution Protocol - протокол преобразования адресов) - выполняет трансляцию IP-адресов в аппаратные MAC-адреса;

UDP (User Datagram Protocol - протокол передачи дейтаграмм пользователя) и TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) - обеспечивают доставку данных конкретным приложениям на указанном компьютере. Протокол UDP реализует передачу отдельных сообщений без подтверждения доставки, тогда как TCP гарантирует надёжный полнодуплексный канал связи между процессами на двух разных компьютерах с возможностью управления потоком и контроля ошибок.

Протокол представляет собой набор правил, использующихся для при обмене данными между двумя компьютерами. В нём оговариваются формат блоков сообщений, описывается реакция компьютера на получение определённого типа сообщения и указываются способы обработки ошибок и других необычных ситуаций. И что самое важное, благодаря протоколам, мы можем описать процесс обмена данными между компьютерами, не привязываясь к какой-то определённой комьютерной платформе или сетевому оборудованию конкретного производителя.

Сокрытие низкоуровневых особенностей процесса передачи данных способствует повышению производительности труда разработчиков. Во-первых, поскольку программистам приходится иметь дело с протоколами, относящимися к достаточно высокому уровню абстракции, им не нужно держать в голове (и даже изучать!) технические подробности испольуемого аппаратного обеспечения. Во-вторых, поскольку программы разрабатываются на основе модели, относящейся к высокому уровню абстракции, который не зависит от конкретной архитектуры компьютера или типа сетевого оборудования, в них не нужно вносить никаких изменений при переходе на другой тип оборудования или изменений конфигурации сети.

Замечание
Говорить о том, что ARP входит в состав семейства протоколов TCP/IP не совсем корректно. Однако это неотъемлемая часть стека протоколов в сетях Ethernet. Для того чтобы отправить данные по сети, IP-адрес хоста должен быть преобразован в физический адрес машины получателя (уникальный адрес сетевой платы). Протокол ARP как раз и предназначен для такой цели.

Самым фундаментальным протоколом Интернета является протокол IP (от англ. Internet Protocol), обеспечивающий передачу данных между двумя удаленными компьютерами. Протокол IP является достаточно простым, и обеспечивает адресацию в сети. В ранних сетях адреса в сети были уникальные целые цифры, сейчас сеть построена по иерархическому принципу.

Стек протоколов TCP/IP имеет четыре основных уровня, поэтому часто говорят, что TCP/IP — это четырехуровневый стек протоколов. Внизу стека расположен интерфейсный уровень, посредством которого происходит связь с аппаратурой. За ним следует уровень IP, поверх которого построены транспортные протоколы TCP и UDP. На вершине стека находится уровень приложений, таких как ftp, telnet и т. д. Как мы уже говорили, IP — это простой протокол, не требующий установления соединения. При отсылке пакета данных, IP, как и все протоколы без соединения, послав пакет, тут же "забывает" о нем. При приеме пакетов с верхних уровней стека, этот протокол обертывает их в IP-пакет и передает необходимому аппаратному обеспечению для отправки в сеть. Однако именно в такой простоте и заключается основное достоинство протокола IP. Дело в том, что поскольку IP является простым протоколом, он никак не связан со структурой физической среды, по которым передаются данные. Для протокола IP главное, что эта физическая среда в принципе способна к передаче пакетов. Поэтому IP работает как в локальных, так и в глобальных сетях, как в синхронном, так и в асинхронном режиме передачи данных, как в обычных линиях связи, так и беспроводных и т. д. А поскольку протокол IP является фундаментом четырехуровнего сте-ка протоколов, то все семейство протоколов TCP/IP также может функционировать в любой сети с любым режимом передачи пакетов.

На сетевом уровне в семействе протоколов TCP/IP предусмотрено два обширных класса служб, которые используются во всех приложениях.

Служба доставки пакетов, не требующая установки соединения.

Надёжная потоковая транспортная служба.

Различие между службами, требующими установления надёжного соединения и службами, не требующими этого, является одним из самых основных вопросов сетевого программирования. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что когда мы говорим об установлении соединения, то имеется в виду не соединение между компьютерами посредством физического носителя, а о способе передачи данных по этому носителю. Основное различие состоит в том, что службы, в которых устанавливается надёжное соединение, сохраняют информацию о состоянии и таким образом отслеживают информацию о передаваемых пакетах. В службах же, не требующих надёжного соединения, пакеты передаются независимо друг от друга.

Данные передаются по сети в форме пакетов, имеющих максимальный размер, определяемый ограничениями канального уровня. Каждый пакет состоит из заголовка и полезного содержимого (сообщения). Заголовок включает сведения о том, откуда прибыл пакет и куда он направляется. Заголовок, кроме того, может содержать контрольную сумму, информацию, характерную для конкретного протокола, и другие инструкции, касающиеся обработки пакета. Полезное содержимое – это данные, подлежащие пересылке.

Имя базового блока передачи данных зависит от уровня протокола. На канальном уровне это кадр или фрейм, в протоколе IP – пакет, а в протоколе TCP – сегмент. Когда пакет передаётся вниз по стеку протоколов, готовясь к отправке, каждый протокол добавляет в него свой собственный заголовок. Законченный пакет одного протокола становится полезным содержимым пакета, генерируемого следующим протоколом.

Определение

Пакеты, которые посылаются протоколом, не требующим соединения, называются дейтаграммами.

Каждая дейтаграмма является уникальной в том смысле, что никак не зависит от других. Как правило, при работе с протоколами без установления соединения, диалог между клиентом и сервером предельно прост: клиент посылает одиночный запрос, а сервер на него отвечает. При этом каждый новый запрос — это новая транзакция, т. е. инициируемые клиентом запросы никак не связаны друг с другом с точки зрения протокола. Протоколы без установления соединения ненадежны в том смысле, что нет никаких гарантий, что отправленный пакет будет доставлен по месту назначения.

Протоколами, требующие установления логического соединения, сохраняют информацию о состоянии, что позволяет обеспечивать надежную доставку пересылаемых данных. Когда говорится о сохранении состояния, имеется ввиду то, что между отправителем и получателем происходит обмен информацией о ходе выполнения передачи данных. К примеру, отправитель, посылая данные, сохраняет информацию о том, какие данные он послал. После этого в течении определенного времени он ожидает информацию от получателя о доставке этих данных, и, если такая информация не поступает, данные пересылаются повторно.

Работа протокола с установлением соединения включает в себя три основные фазы:

установление соединения;

обмен данными;

разрыв соединения.

Передача всех данных при работе с таким протоколом, в отличие от протокола без установления соединения, происходит за одну транзакцию, т. е. в фазе обмена данными не происходит обмена адресами между отправителем и получателем, поскольку эта информация передается на этапе установки соединения. Возвращаясь к телефонной аналогии, можно сказать, что нам в этом случае нет необходимости для того, чтобы сказать собеседнику очередное слово, вновь набирать его номер и устанавливать соединение. Заметим, что приводимая аналогия имеет одну неточность. Дело в том, что при телефонном разговоре все же устанавливается физическое соединение. Когда же мы говорим о соединении с точки зрения протоколов, то это соединение, скорее, умозрительное. К примеру, если вдруг при телефонном разговоре, неожиданно сломается телефонный аппарат вашего собеседника, вы тут же узнаете об этом, поскольку разговор незамедлительно прервется. А вот если происходит обмен данными между двумя хостами и один из них вдруг аварийно остановится, то для его "хоста-собеседника" соединение по прежнему будет существовать, поскольку для него не произошло ничего такого, что сделало бы недействительной хранящуюся у него информацию о состоянии.

В этом смысле работу с протоколом, требующим установления логического соединения можно сравнить с телефонным разговором. Когда мы звоним по телефону, мы сначала набираем номер (установление соединения), затем разговариваем (обмен данными) и по окончании разговора вешаем трубки (разрыв соединения).

Протокол без установления соединения обычно сравниваю с почтовой открыткой. Каждая открытка представляет собой самостоятельную единицу (пакет информации или дейтаграмму), которая обрабатывается в почтовом отделении независимо от других открыток. При этом на почте не отслеживается состояние переписки между двумя респондентами и, как правило, нет никакой гарантии, что ваша открытка попадет к адресату. Если на открытке указан неправильный адрес, она никогда не дойдет до получателя, и не возвратиться обратно к отправителю. А если вы захотите отправить вашему собеседнику новую порцию информации, то это уже будет другая транзакция, поскольку нужно будет писать новую открытку, указывать на ней адрес и т. д.

Как видим, у протоколов без установления соединения существует много недостатков и может возникнуть вопрос о надобности таких протоколов. Однако, использование проколов без установления логического соединения все-таки оправдано. Как правило, при помощи таких протоколов организуется связь одного хоста со многими другими, в то время как при использовании протоколов с установлением соединения связь организуется между парой хостов (по одному соединению на каждую пару). Важный момент заключается в том, что протоколы без установления логического соединения являются фундаментом, на котором строятся более сложные протоколы. К примеру, протокол TCP построен на базе протокола IP.

Протоколы транспортного уровня

Протоколами транспортного уровня в четырехуровневом стеке протоколов являются протоколы TCP и UDP.

Давайте рассмотрим, каким образом функционирует протокол TCP. Дело в том, что поскольку TCP-пакеты, иначе называемые сегментами, посылаются при помощи протокола IP, у TCP нет никакой информации о состоянии этих пакетов. Поэтому для того, чтобы хранить информацию о состоянии, TCP к базовому протоколу IP добавляет три параметра.

Во-первых, добавляется сегмент контрольной суммы содержащихся в пакете данных, что позволяет убедиться в том, что в принципе все данные дошли до получателя и не повредились во время транспортировки.

Во-вторых, к каждому передаваемому байту приписывается порядковый номер, что необходимо для определения того, совпадает ли порядок прибытия данных с порядком их отправки. И даже в том случае, если данные пришли не в том порядке, в котором были отправлены, наличие порядковых номеров позволит получателю правильно составить из этих данных исходное сообщение.

В-третьих, базовый протокол IP дополняется также механизмами подтверждения получения данных и повторной отправки, на тот случай, если данные не были доставлены.

Если с первыми двумя параметрами все более-менее понятно, то механизм подтверждения/повторной отправки достаточно сложен и его мы рассмотрим подробнее в другой раз.