Réseaux : Programmation avec l'api BSD/Sockets

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1 1 Réseaux : Programmation avec l'api BSD/Sockets Mias2011.wordpress.com

2 Avant-propos Organisation du Cours Enseignement 3 x 2h de Cours 3 x 4h de TP Evaluation CC : Projet à rendre en binôme Examen 2h Pré-requis indispensables (à réviser d'urgence!) Programmation C : pointeurs, malloc,... + makefile,... Programmation système : fork, signaux (c) 2011 Omar geryville 2

3 3 Avant-propos Chapitre 1 : Introduction Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Chapitre 3 : Appels Systèmes Elémentaires Chapitre 4 : Appels Systèmes Avancés Plan du Cours Chapitre 5 : Techniques de Communication Avancées

4 4 Avant-propos Livres Références W. R. Stevens : «Unix Network Programming», Prentice- Hall 1990 J.-M. Rifflet : «La Communication sous UNIX», Masson D. Comer : «Internetworking with TCP/IP», Prentice Hall URLs (unité réseaux du CNRS)

5 5 Chapitre 1 Introduction

6 Chapitre 1 : Introduction Socket = Prise Un moyen de «brancher» des processus entre-eux Communication dite «par échange de messages», (Message Passing) Message = 1 caractère (stream) ou plusieurs (datagramm) S'oppose à d'autre formes tq. Mémoire (Virt.) Partagée Connexion de processus locaux (IPC) Protocol interne «Unix» Ex: DISPLAY=:0.0 Connexion de processus distants (c) 2011 Omar geryville Protocoles de la famille TCP/IP Telnet, rlogin, ssh, ftp, http, nslookup,... Autres protocoles possibles Mais rarement utilisés car «TCP/IP» standard de fait 6

7 7 Chapitre 1 : Introduction Interface de programmation Interface avec le système Application Socket = API (issue de BSD) Sockets Unix Transport TCP UDP Noyau Unix Network IP IGMP Data Link Ethernet / ATM (ADSL) Matériel Physical

8 Chapitre 1 : Introduction Unix = Fichiers + Processus Principe de Base de l'api Socket Communiquer au travers de pseudo-fichiers Chaque socket est associé à un descripteur Fonctionnement similaire aux FIFO (bi-directionnelles) Envoyer = écrire dans le descripteur Recevoir = lire dans le descripteur Processus i Système fichier fichier socket socket Réseau disk (c) 2011 Omar geryville 8

9 Chapitre 1 : Introduction 1 - Requête Modèle Client/Serveur Client Serveur 2 - Réponse Programmation socket = modèle client serveur Une application socket = 2 programmes (au moins) Un client Etablit la connexion Envoie une requête (demande service) Un serveur Attend connexion(s) Traite requête(s) (c) 2011 Omar geryville 9

10 10 Chapitre 1 : Introduction Client/Serveur : un modèle Asymétrique Serveur : normalement capable de (prévu pour) traiter plusieurs requêtes Eventuellement en parallèle! Client : connexion (ponctuelle) vers un serveur hôte 1 Client Serveur Client Client Client hôte 2 hôte 3

11 11 Chapitre 1 : Introduction Deux modes de connexion Modes de Fonctionnement Mode connecté : l'interlocuteur (au bout de la prise) ne change pas Idée du «téléphone rouge» Mode non connecté : réutilisation d'un socket pour joindre (successivement) différents interlocuteurs Deux types de flots de données Flot de caractères (mode «stream») Une lecture peut récupérer les données envoyées par plusieurs écritures (et inversement) Flot de messages (mode «datagramm») Une écriture = Un message = Une lecture

12 12 Chapitre 1 : Introduction Quel mode de connexion choisir? Mode connecté : logique avec protocole connecté En particulier TCP Mode non connecté : logique avec protocole non connecté En particulier UDP MAIS : Mode connecté possible avec UDP! Connexion virtuelle Evite (à l'expéditeur) d'avoir à répéter le destinataire à chaque envoi... Allège la programmation dans certains cas

13 Chapitre 1 : Introduction Utilisation du mode «Flot de Messages» Frontière de message conservée = information implicite Exemple : expéditeur : envoi (écrit) 10 octets destinataire : lit 20 octets Résultat? Destinataire ne récupère que 10 octets!! Utile lorsque les transmissions sont de longueur variable Pb. destinataire : combien de données lire la prochaine fois?? Solution : (tenter de) lire le maximum Aucun risque de déborder sur la réception suivante Attention : possibilité de perte «silencieuse» de données (c) 2011 Omar geryville Lorsque le destinataire ne lit pas assez de données... 13

14 14 Chapitre 1 : Introduction Utilisation du mode «F Lectures et écritures sont décorrélées lot de Caractères» Le destinataire peut lire en une fois le produit de plusieurs écritures Transmissions de longueur variables?! A la charge du programmeur (concepteur du protocole) Ex : en-tête = longueur(contenu) + contenu Pas forcément plus compliqué... Ex : exp souhaite envoyer chaîne «truc» exp: envoi printf("%2d",strlen(«truc»)) exp: envoi «truc» dest : reçoit scanf("%2d",&msg_len) dest : truc_buf = malloc(msg_len) dest : fread(truc_buf,msg_len,...) Attention à éviter les décalages intempestifs!

15 15 Chapitre 1 : Introduction Synchronisation Source/Destination Mode de fonctionnement Asynchrone Capacité limitée de stockage à destination Contrôle de flux? Aucun : à la charge du protocole sous-jacent Possibilité de perdre des messages avec UDP... Capacité de stockage (un peu) configurable Le destinataire lit (consomme) les données reçues quand il le souhaite Eventuellement très longtemps après leur réception... Possibilité de blocage Si contrôle de flux (TCP) Mode bloquant débrayable

16 16 Chapitre 1 : Introduction Socket n'est pas la seule API! API concurrente sur System V TLI (Transport Layer Interface) Plus sophistiquée Apparue plus tard Donc moins connue/utilisée... Solaris (Sun) = System V A propos d'api... Obligation de programmer avec TLI sur SUN?? Non : librairie de compatibilité gcc reseau_simple.c o reseau_simple lnsl gcc reseau_socket.c o reseau_socket lsocket lnsl

17 17 Chapitre 2 Manipulations d'adresses

18 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Où chercher? Fichiers d'inclusion <sys/types.h> types de données élémentaires (u_char, u_long, ) <sys/socket.h> déclarations concernant les sockets <netinet/in.h> déclarations concernant le protocole IP <netdb.h> : déclarations concernant la résolution d'adresses (c) 2011 Omar geryville 18

19 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Où chercher? Manuel byteorder(3) Conversions d'entiers entre format natif et format réseau inet(3) Conversion d'adresse entre formats texte et binaire gethostbyname(3) Résolution d'adresses (c) 2011 Omar geryville 19

20 20 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Conversion entre Formats Natif et Réseau Adresse IP = entier 32 bits Tous les CPU ne comprennent pas les entiers 32 bits de la même façon Format MSB, LSB, mixtes Une convention a été adoptée pour éviter les erreurs : Adresse IP = 32 bits MSB Les machines qui n'ont pas la chance de calculer au format MSB doivent convertir Adresses IP (32 bits) Numéros de port (16 bits) Masques de réseaux,

21 21 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Conversion entre Formats Natif et Réseau (2) Fonctions de conversion : htons (host to network short) htonl (host to network long) ntohs (network to host short) ntohl (network to host long) On ne sait pas toujours si l'ordinateur que l'on programme est MSB Conversion systématique! Ces fonctions existent aussi sur les "bonnes" machines au format MSB : elle ne changent rien

22 22 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Quand utiliser les fonctions de conversion? A chaque fois que : L'API nous fournit une donnée de type adresse/port Ex: réception d'un message venant de xxx.yyy.zzz.ttt L'API demande une donnée de type adresse/port Ex: envoyer datagramm vers port iiii de machine xxx.yyy.zzz.ttt... Attention aux calculs arithmétiques! Exemple : scan de ports for (port=1024 ; port<2048 ; port++)... port++ est juste Ssi port au format host En cas de doute : ne pas hésiter à utiliser des variables de nom explicite : hport = ntohs(nport)

23 23 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Fonctions d'interface avec le DNS gethostname(char * name,, size_t len) Résolution d'adresses Retourne dans name le nom de la machine courante struct hostent *gethostbyname(char * name) Retourne une structure décrivant la machine de nom name struct hostent *gethostbyaddr(char *addr addr,, int len,, int type) Retourne une structure (la même) décrivant la machine d'adresse addr (format réseau) len = sizeof(addr) type = AF_INET

24 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses La structure Hostent struct hostent { }; // nom officiel char *h_name; // autres noms : vecteur de chaînes, dont le // dernier élément est NULL char **h_aliases; // type d'adresse (AF_INET) int h_addrtype; // longueur des adresses (32 bits = 4 si IP) int h_length; // Liste des adresses (terminée par NULL aussi) char **h_addr_list; Attention : horreur! Faux type char * (en fait void *) Cast délicat dans le cas d'@ IP... (c) 2011 Omar geryville 24

25 25 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses Structure d'adresse struct sockaddr { u_short sa_family; /* address family: AF_xxx value */ char sa_data [14]; /* up to 14 bytes protocol specific address */ }; struct in_addr { u_longs_addr; /* 32 bit netid/hostid, network byte ordered */ }; struct sockaddr_in { short u_short struct in_addr sin_family; /* AF_INET */ sin_port; /* 16 bit port number, net byte ordered */ sin_addr; char sin_zero [8]; /* unused */ }; Type générique : jamais instancié Type instancié dans le cas

26 26 Chapitre 2 : Manipulations d'adresses #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> unsigned long inet_addr (char * ptr); char * inet_ntoa (struct in_addr inaddr); Conversion d'adresses IP Conversion d adresses internet entre Chaîne au format point décimal (ex: ) Format binaire 4 octets (réseau)

27 27 Chapitre 3 Appels Systèmes Elémentaires

28 28 Chapitre 3 : Appels Systèmes élémentaires Synoptique en mode connecté serveur socket () bind () listen () accept () bloque jusqu à demande de connexion client établissement de la connexion client socket () connect () traitement de la requête read () write () requête réponse write () read ()

29 29 Chapitre 3 : Appels Systèmes élémentaires Synoptique en mode non connecté serveur socket () client bind () socket () bloque jusqu à réception de requête client bind () requête sendto () recvfrom () traitement de la requête sendto () réponse recvfrom ()