The socket API: the door between AL and TL

الـ socket API: الباب بين AL وTL

Slide 40 asks how network applications interface to the Internet, and answers with three letters: API, Application Programming Interface, the set of operations one piece of software offers another. Slide 41 names the one that matters here: the socket API.

تسأل الشريحة 40 كيف تتصل التطبيقات الشبكية بالإنترنت، وتجيب بثلاثة أحرف: API، أي Application Programming Interface، وهي مجموعة العمليات التي يقدّمها برنامج لآخر. وتسمّي الشريحة 41 الواجهة المهمة هنا: socket API.

• The socket is the interface between the application layer (AL) and the transport layer (TL).

  الـsocket هو الواجهة بين application layer (AL) وtransport layer (TL).

• In OS terms it looks like a file descriptor: writing to or reading from a socket is like writing to or reading from a file.

  بمصطلحات نظام التشغيل يشبه file descriptor: الكتابة في الـsocket أو القراءة منه تشبه الكتابة في ملف أو القراءة منه.

• Socket address = IP address + port number. The IP finds the host; the port finds the process on that host.

  Socket address = IP address + port number. عنوان IP يحدد الجهاز، والـport يحدد العملية على ذلك الجهاز.

• The bridge idea: your program does not need to know how TCP or UDP work. The socket API gives a high-level way to send and receive without the underlying complexity.

  فكرة الجسر: برنامجك لا يحتاج أن يعرف كيف يعمل TCP أو UDP. الـsocket API يعطيك طريقة عالية المستوى للإرسال والاستقبال دون التعقيدات التحتية.

Concretely, in C, socket() returns a small integer such as 3, and the program then calls write(3, ...) exactly as for an open file. The kernel turns those bytes into TCP segments or UDP datagrams. Precise wording: the socket API is the interface; a socket is the endpoint the API creates.

عملياً، في لغة C يعيد socket() عدداً صغيراً مثل 3، ثم يستدعي البرنامج write(3, ...) تماماً كما مع ملف مفتوح. والنواة (kernel) تحوّل هذه البايتات إلى TCP segments أو UDP datagrams. الصياغة الدقيقة: الـsocket API هو الواجهة، والـsocket هو نقطة الاتصال التي تنشئها الواجهة.

The server's sockets: one listening, one per client

مقابس الـ server: واحد للاستماع، وواحد لكل client

A server and a client use different calls. The server must be findable first: socket(), bind() to a well-known address such as port 443, listen(), then accept(). The client only needs socket() and connect(), which for TCP runs the three-way handshake. The key fact: accept() returns a brand new connected socket for that one client, and the listening socket stays open waiting for the next.

الخادم والعميل يستخدمان استدعاءات مختلفة. يجب أن يكون الخادم قابلاً للعثور عليه أولاً: socket() ثم bind() على عنوان معروف مثل المنفذ 443 ثم listen() ثم accept(). أما العميل فيحتاج فقط socket() وconnect()، الذي ينفّذ في TCP المصافحة الثلاثية (three-way handshake). الحقيقة المهمة: accept() يعيد socket متصلاً جديداً تماماً لهذا العميل وحده، ويبقى socket الاستماع مفتوحاً ينتظر العميل التالي.

accept() ran once per client     -> 1,000 connected sockets
the listening socket is still open ->     1 listening socket
total                              =  1,001

TCP socket vs UDP socket

مقبس TCP مقابل مقبس UDP

Slide 42 lists two types of sockets. The type is fixed the moment socket() is called (POSIX: SOCK_STREAM vs SOCK_DGRAM).

تسرد الشريحة 42 نوعين من الـsockets. يتحدد النوع لحظة استدعاء socket() (في POSIX: SOCK_STREAM مقابل SOCK_DGRAM).

يقارن هذا الجدول النوعين. TCP اتصالي (connection-oriented)، يبدأ بمصافحة، ويكتشف الضياع ويعيد الإرسال، ويوصل البايتات بالترتيب، مقابل كلفة الحفاظ على الاتصال. UDP غير اتصالي (connectionless)، كل datagram مستقل، قد يضيع أو يصل بغير ترتيب، لكن كلفته دنيا ورأسه 8 bytes فقط. ملاحظة دقيقة: عبارة الشريحة "لا يمكن أن تضيع البيانات" في TCP تعني أن التطبيق لا يرى الضياع، لأن الحزم تضيع في الشبكة لكن TCP يعيد إرسالها.

The right question is not "which is faster". Ask: what does losing or delaying one unit of data cost this application? If it must be recovered, use TCP. If late data is worthless, retransmission only adds delay, so use UDP.

السؤال الصحيح ليس "أيهما أسرع". بل: ما كلفة ضياع أو تأخر وحدة واحدة من البيانات على هذا التطبيق؟ إذا وجب استرجاعها فاستخدم TCP. وإذا كانت البيانات المتأخرة بلا قيمة، فإعادة الإرسال تضيف تأخيراً فقط، فاستخدم UDP.

One modern twist worth knowing: HTTP/3 runs on QUIC, which is carried inside UDP datagrams and rebuilds reliability on top. So "UDP" does not always mean "no reliability"; it means the layer above decides.

لمسة حديثة تستحق المعرفة: HTTP/3 يعمل فوق QUIC المحمول داخل UDP datagrams، ويعيد بناء الموثوقية فوقه. إذن UDP لا يعني دائماً "بلا موثوقية"، بل يعني أن الطبقة الأعلى هي التي تقرر.

Web applications: the browser manages the client socket

تطبيقات الويب: المتصفح يدير مقبس الـ client

Slide 43's one line is the shift: the browser manages the client socket. Page code calls fetch("/api/...") and works at the HTTP level; the browser decides when to open, reuse and close the connection. Every socket call still happens, just inside the browser and the server runtime.

سطر الشريحة 43 الوحيد هو التحوّل: المتصفح يدير client socket. كود الصفحة يستدعي fetch("/api/...") ويعمل على مستوى HTTP، والمتصفح يقرر متى يفتح الاتصال ويعيد استخدامه ويغلقه. كل استدعاءات الـsocket ما زالت تحدث، لكن داخل المتصفح وبيئة تشغيل الخادم.

Slide 44 gives the architecture: Frontend = one component, the Client. Backend = two components, Server + Database, and "these two components may run on different machines". The client talks only to the server; the server writes to and reads from the database.

تعطي الشريحة 44 البنية: Frontend = مكوّن واحد هو الـClient. وBackend = مكوّنان: Server + Database، و"قد يعمل هذان المكوّنان على أجهزة مختلفة". الـclient يتكلم مع الخادم فقط، والخادم يكتب في قاعدة البيانات ويقرأ منها.

1. The user presses Save. The browser sends an HTTP request over its socket across the Internet to the server.

   يضغط المستخدم "حفظ". يرسل المتصفح طلب HTTP عبر الـsocket خلال الإنترنت إلى الخادم.

2. The server validates the input and writes a row to the database.

   يتحقق الخادم من المدخلات ويكتب صفاً في قاعدة البيانات.

3. The database acknowledges the write. Later page loads read the row back the same way.

   تؤكد قاعدة البيانات الكتابة. وعند فتح الصفحة لاحقاً يُقرأ الصف بالطريقة نفسها.

4. The server sends the HTTP response; the browser renders the result.

   يرسل الخادم رد HTTP، ويعرض المتصفح النتيجة.

A backend route: method + path + handler

مسار في الـ backend: الطريقة + المسار + المعالج (method + path + handler)

Slide 45 shows the calculator from both sides: the front-end in the browser (HTML, CSS, JavaScript), the back-end in Node.js, joined by HTTP. The back-end code registers a route:

تعرض الشريحة 45 الآلة الحاسبة من الجهتين: الـfront-end في المتصفح (HTML, CSS, JavaScript)، والـback-end في Node.js، ويربطهما HTTP. كود الـback-end يسجّل route:

server.route({
  method: 'GET',
  path: '/calculadora/about',
  handler: function (request, h) {
    var data = { message: 'Calculator API ...' };
    return data;
  }
});

A route = method + path + handler. When a request arrives, the framework matches both the method and the path, calls the handler, and sends back whatever the handler returns (here an object, serialized as JSON) in the HTTP response.

route = method + path + handler. عند وصول طلب يطابق الإطار كلاً من method وpath، ثم يستدعي الـhandler، ويرسل ما يعيده (هنا كائن يتحول إلى JSON) في رد HTTP.

GET  /calculadora/about   method matches, path matches  -> handler runs
                          response body: {"message": "Calculator API ..."}
POST /calculadora/about   path matches, method does NOT -> no route matched
                          the handler never runs

Two details from the slide: the heading "Font-end" is a typo for Front-end, and server.route with a (request, h) handler is the hapi framework running on Node.js. Node.js itself is a JavaScript runtime, not a language. Same language on both sides, different processes on different machines, joined only by HTTP over a socket.

تفصيلتان من الشريحة: عنوان "Font-end" خطأ مطبعي صوابه Front-end، وserver.route مع handler بالشكل (request, h) هو إطار hapi الذي يعمل فوق Node.js. وNode.js نفسه بيئة تشغيل لـJavaScript وليس لغة. اللغة نفسها في الجهتين، لكن في عمليتين على جهازين، لا يربطهما إلا HTTP عبر socket.