Programmation Sockets en C/UNIX

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1 Programmation Sockets en C/UNIX Objectifs : 1. Présenter les bases de la programmation Sockets En C/UNIX Sébastien JEAN

2 Introduction La librairie UNIX socket permet la programmation au niveau transport Elle permet la gestion de 2 types de sockets : «Datagram Socket» = UDP «Stream Socket» = TCP Partie «include» d un code C/UNIX utilisant les sockets : #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 2

3 Descripteur de socket 1/2 Les sockets sont manipulés à travers un descripteur de type int un socket peut être vu comme un fichier Unix Un descripteur de socket peut être vu comme un descripteur de fichier L accès à un socket peut être basiquement réalisé via les primitive d accès aux flots (read/write) Rappel : lecture/écriture dans un flot d octets int cc, fd, nbytes; char buf [MAX]; cc = read(fd, buf, MAX); cc = write(fd, buf, cc) Lire au maximum MAX octets dans le flot décrit par fd, les stocker à l adresse buf, et obtenir le nombre d octets lus dans cc Écrire au maximum cc octets, stockés à l adresse buf, dans le flot décrit par fd, et obtenir le nombre d octets écrits dans cc S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 3

4 Descripteur de socket 2/2 Initialisation d un socket : primitive socket int socket(int domaine, int type, int protocole); «fopen-like» Retourne le descripteur de socket Domaine : identifie le domaine de connexion (noyau/noyau, IP/noyau, IP/IP, ) AF_UNIX, AF_ROUTE, AF_INET, AF_APPLETALK, Type : type de socket SOCK_DGRAM (datagramme) SOCK_STREAM (flot) SOCK_RAW (programmation de niveau 3, administrateur seulement) Protocole : protocole à utiliser (adéquat au type) (voir /etc/protocols) 0 = protocole par défaut S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 4

5 Adressage 1/5 Adresses de niveau transport : structures sockaddr et sockaddr_in 2 octets 14 octets Famille d adresse (domaine) Adresse Fournit un type générique de structure compatible avec les types spécifiques (AF_INET, AF_UNIX, ) Toutes les primitives de manipulation de sockets sont génériques, elles prennent en paramètre le type sockaddr (il faut penser à transtyper) struct sockaddr{ unsigned short int sa_family unsigned char sa_data[14]; struct sockaddr_in{ short int sin_family; unsigned short int sin_port; struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8]; AF_INET port Adresse IP 2 octets 2 octets 4 octets Fournit un type spécifique de structure représentant une adresse de niveau transport pour une pile IP Inutilisé 8 octets S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 5

6 Adressage 2/5 Adresses de niveau réseau : structure in_addr 4 octets Adresse L adresse IP est sérialisée en utilisant la convention Big-Endian, appelée également Network Byte Order (NBO) struct in_addr{ unsigned long s_addr; struct sockaddr_in{ NBO! unsigned short int sin_port; Big-Endian (NBO) Little-Endian S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 6

7 Adressage 3/5 Adresses de niveau réseau : changement de conversion de sérialisation Il existe des primitives de changement de convention pour s adapter à la convention de sérialisation locale ou réseau : short htons(short); short ntohs(short); long htonl(long); long ntohl(long); host to network short : à utiliser avant d envoyer d initialiser un champs de type short network to host short : à utiliser avant d interpréter localement un champs de type short host to network long : à utiliser avant d envoyer d initialiser un champs de type long network to host long : à utiliser avant d interpréter localement un champs de type long S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 7

8 Adressage 4/5 Obtention et affichage d adresses : int inet_aton(const char *sadr, struct in_addr *adr); Internet Address, ASCII to network Remplit une structure de type in_addr, dont l adresse est passée en paramètre (penser à l allouer), avec les octets correspondants à l adresse IP passée sous la forme d une chaîne de caractères en notation décimale pointée char * inet_ntoa(struct in_addr adr); Internet Address, network to ASCII Retourne une chaîne de caractères correspondant à la forme en notation décimale pointée de l adresse IP représentée dans la structure de type in_addr S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 8

9 Adressage 5/5 Obtention d adresses via la DNS: struct hostent{ char *h_name; char **h_aliases; int h_addrtype; int h_length; char **h_addr_list; ; Décrit un hôte du réseau, avec son nom (au sens DNS), les alias de ce nom, le type et la longueur des adresses réseau de cet hôte, ainsi que l ensemble des adresses réseaux de cet hôte struct hostent * gethostbyname(const char * name); Émet une requête DNS et obtient (si elles existent) les informations concernant l hôte dans la structure de type hostent retournée L adresse de l hôte s obtient en notation décimale pointée en appelant inet_ntoa avec en paramètre le premier élément du tableau d adresses S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 9

10 Anatomie d une application UDP Émetteur Récepteur initialisation socket() bind() optionnel côté «client», requis côté «serveur» socket() bind() initialisation sendto() recvfrom() sendto() recvfrom() sendto() recvfrom() fermeture close() close() S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 10

11 Anatomie d une application TCP Client Serveur initialisation demande de connexion connexion non établie connexion établie socket() bind() optionnel côté «client», requis côté «serveur» connect() write() / send() socket() bind() listen() accept () read() / receive() initialisation acceptation de connexion read() / receive() write() / send() read() / receive() write() / send() read() / receive() write() / send() fermeture close() / shutdown() close() / shutdown() S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 11

12 Association locale d une adresse de niveau 4 Primitive bind int bind (int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen); sockfd : descripteur de socket my_addr : pointeur sur une structure sockaddr (ou sockaddr_in) pour l initialisation addrlen : taille de la structure (typiquement sizeof(struct sock_addr)) Remarque : lors de l appel à socket, un bind implicite est effectué avec n importe quelle adresse valide pour la machine (INADDR_ANY) et comme port un port client (>=1024) choisi par le système parmi les libres. Pour un client, le bind explicite est optionnel. Exemple d initialisation : #define PORT_TELNET 23 struct sockaddr_in sockadrserv; numsocket = socket(af_inet, SOCK_STREAM,0); sockadrserv.sin_family= AF_INET; inet_aton (" ", &sockadrserv.sin_addr); sockadrserv.sin_port = htons(port_telnet); if (bind(numsocket,&sockadrserv,sizeof( sockadrserv))!=0) { printf ("probleme bind\n"); exit(0); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 12

13 Attente d une connexion (TCP) Primitive listen int listen(int numsock, int backlog); Place le socket du serveur en mode d écoute et d attente de demandes de connexions et précise la longueur de la file d attente des demandes de connexion Primitive accept int accept(int numsock, struct sockaddr *sockaddr, int *len); Attente bloquante d une demande de connexion de la part d un client. Lors de la connexion du client, un nouveau socket est créé et son numéro est renvoyé par la fonction. L ancien socket de numéro numsock peut satisfaire d autres demandes de connexion (on appelle ce socket «interface de bienvenue», car il ne sert qu à accepter des connexions). socketaddr donne en retour l identité de la machine distante (adresse IP + port, stockés dans une structure dont la taille est également retournée) Table des descripteurs de sockets Une table par process Unix n n+1 Numéro de socket retourn é par socket André Lagrèze Descripteur du socket n n Famille: AF_INET Service: locale Port distante Port distant S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 13

14 Connexion, émission/réception Primitive connect int connect(int numsock, struct sockaddr *sockaddr, int len); Connexion à un processus serveur distant dont l adresse est passée en paramètre Primitives d envoi de données write et send (mode connecté) int write(int numsock, char * buffer, int nboctets); générique (écriture dans un flot) int send(int numsock, char * buffer, int nboctets, int flag); spécifique aux sockets Primitives de réception de données read et receive (mode connecté) int read(int numsock, char * buffer, int taillemax); générique (écriture dans un flot) int receive(int numsock, char * buffer, int taillemax, int flag); spécifique aux sockets Les primitives de réception sont bloquantes! S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 14

15 Émission/réception (suite) Primitives d envoi de données sendto et recvfrom (mode non connecté) int sendto(int numsock, char * buffer, int nboctets, int flag, struct sockaddr *sockaddr, int len); Envoyer au maximum un datagramme de nboctets de données sur le socket numsock. Les données du datagramme sont stockées dans buffer. L adresse de niveau transport du destinataire est indiquée dans la structure sockaddr int recvfrom(int numsock, char * buffer, int taillemax, int flag, struct sockaddr *sockaddr, int *len); bloquant! Recevoir un datagramme d au maximum taillemax de données sur le socket numsock. Les données du datagramme seront stockées dans buffer. L adresse de niveau transport de l émetteur sera indiquée dans la structure sockaddr S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 15

16 Fermeture de connexion Primitive close : fin d utilisation du socket int close (int numsock); équivalent à une fermeture de fichier Autres fonctions utiles obtenir des informations sur l adresse de niveau 4 locale int getsockname (int numsock, struct sockaddr * sockaddr, int *len); obtenir des informations sur l adresse de niveau 4 distante uniquement en mode connecté int getpeername(int numsock, struct sockaddr *sockaddr, int *len); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 16

17 Exemple UDP : client 1/3 /* fpont 12/99, pont.net, udpclient.c */ #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> /* memset() */ #include <sys/time.h> /* select() */ #define REMOTE_SERVER_PORT 1500 #define MAX_MSG 100 int main(int argc, char *argv[]) { int sd, rc, i; struct sockaddr_in cliaddr, remoteservaddr; struct hostent *h; /* check command line args */ if(argc<3) { printf("usage : %s <server> <data1>... <datan> \n", argv[0]); exit(1); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 17

18 Exemple UDP : client 2/3 /* get server IP address (no check if input is IP address or DNS name */ h = gethostbyname(argv[1]); if(h==null) { printf("%s: unknown host '%s' \n", argv[0], argv[1]); exit(1); printf("%s: sending data to '%s' (IP : %s) \n", argv[0], h->h_name, inet_ntoa(*(struct in_addr *)h->h_addr_list[0])); remoteservaddr.sin_family = h->h_addrtype; memcpy((char *) &remoteservaddr.sin_addr.s_addr, h->h_addr_list[0], h->h_length); remoteservaddr.sin_port = htons(remote_server_port); /* socket creation */ sd = socket(af_inet,sock_dgram,0); if(sd<0) { printf("%s: cannot open socket \n",argv[0]); exit(1); /* bind any port */ cliaddr.sin_family = AF_INET; cliaddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); cliaddr.sin_port = htons(0); rc = bind(sd, (struct sockaddr *) &cliaddr, sizeof(cliaddr)); if(rc<0) { printf("%s: cannot bind port\n", argv[0]); exit(1); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 18

19 Exemple UDP : client 3/3 /* send data */ for(i=2;i<argc;i++) { rc = sendto(sd, argv[i], strlen(argv[i])+1, 0, (struct sockaddr *) &remoteservaddr, sizeof(remoteservaddr)); if(rc<0) { printf("%s: cannot send data %d \n",argv[0],i-1); close(sd); exit(1); return 1; S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 19

20 Exemple UDP : serveur 1/2 /* fpont 12/99, pont.net udpserver.c */ #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> /* close() */ #include <string.h> /* memset() */ #define LOCAL_SERVER_PORT 1500 #define MAX_MSG 100 int main(int argc, char *argv[]) { int sd, rc, n, clilen; struct sockaddr_in cliaddr, servaddr; char msg[max_msg]; /* socket creation */ sd=socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0); if(sd<0) {printf("%s: cannot open socket \n",argv[0]); exit(1); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 20

21 Exemple UDP : serveur 2/2 /* bind local server port */ servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); servaddr.sin_port = htons(local_server_port); rc = bind (sd, (struct sockaddr *) &servaddr,sizeof(servaddr)); if(rc<0) { printf("%s: cannot bind port number %d \n", argv[0], LOCAL_SERVER_PORT); exit(1); printf("%s: waiting for data on port UDP %u\n", argv[0],local_server_port); /* server infinite loop */ while(1) { /* init buffer */ memset(msg,0x0,max_msg); /* receive message */ clilen = sizeof(cliaddr); n = recvfrom(sd, msg, MAX_MSG, 0, (struct sockaddr *) &cliaddr, &clilen); if(n<0) { printf("%s: cannot receive data \n",argv[0]); continue; /* print received message */ printf("%s: from %s:udp%u : %s \n", argv[0],inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port),msg); /* end of server infinite loop */ return 0; S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 21

22 Exemple TCP : client 1/3 /* fpont 12/99 pont.net tcpclient.c */ #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> /* close */ #define SERVER_PORT 1500 #define MAX_MSG 100 int main (int argc, char *argv[]) { int sd, rc, i; struct sockaddr_in localaddr, servaddr; struct hostent *h; if(argc < 3) { printf("usage: %s <server> <data1> <data2>... <datan>\n",argv[0]); exit(1); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 22

23 Exemple TCP : client 2/3 h = gethostbyname(argv[1]); if(h==null) { printf("%s: unknown host '%s'\n",argv[0],argv[1]); exit(1); servaddr.sin_family = h->h_addrtype; memcpy((char *) &servaddr.sin_addr.s_addr, h->h_addr_list[0], h->h_length); servaddr.sin_port = htons(server_port); /* create socket */ sd = socket(af_inet, SOCK_STREAM, 0); if(sd<0) { perror("cannot open socket "); exit(1); /* bind any port number */ localaddr.sin_family = AF_INET; localaddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); localaddr.sin_port = htons(0); rc = bind(sd, (struct sockaddr *) &localaddr, sizeof(localaddr)); if(rc<0) { printf("%s: cannot bind port TCP %u\n",argv[0],server_port); perror("error "); exit(1); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 23

24 Exemple TCP : client 3/3 /* connect to server */ rc = connect(sd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)); if(rc<0) { perror("cannot connect "); exit(1); for(i=2;i<argc;i++) { rc = send(sd, argv[i], strlen(argv[i]) + 1, 0); if(rc<0) { perror("cannot send data "); close(sd); exit(1); printf("%s: data%u sent (%s)\n",argv[0],i-1,argv[i]); return 0; S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 24

25 Exemple TCP : serveur 1/2 /* fpont 1/00 pont.net tcpserver.c */ #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <netdb.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> /* close */ #define SUCCESS 0 #define ERROR 1 #define END_LINE 0x0 #define SERVER_PORT 1500 #define MAX_MSG 100 int main (int argc, char *argv[]) { int sd, newsd, clilen; struct sockaddr_in cliaddr, servaddr; char line[max_msg]; /* create socket */ sd = socket(af_inet, SOCK_STREAM, 0); if(sd<0) { perror("cannot open socket "); return ERROR; S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 25

26 Exemple TCP : serveur 2/2 /* bind server port */ servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); servaddr.sin_port = htons(server_port); if(bind(sd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr))<0) { perror("cannot bind port "); return ERROR; listen(sd,5); while(1) { printf("%s: waiting for data on port TCP %u\n",argv[0],server_port); clilen = sizeof(cliaddr); newsd = accept(sd, (struct sockaddr *) &cliaddr, &clilen); if(newsd<0) { perror("cannot accept connection "); return ERROR; /* receive segments */ memset(line,0x0,max_msg); while(read(newsd,line, MAX_MSG)!=EOF) { printf("%s: received from %s:tcp%d : %s\n", argv[0], inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), line); memset(line,0x0,max_msg); S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 26

27 FIN! S.JEAN, décembre 2005, v1.3 Programmation Sockets 27