1 Windows Socket Programming Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni a.a 2006/2007 Autori: Alberto Colombo Fulvio Frati.

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1 1 Windows Socket Programming Corso di Sistemi di Elaborazione delle Informazioni a.a 2006/2007 Autori: Alberto Colombo Fulvio Frati

2 2 Sommario Richiami di TCP Classificazione dei socket Socket client-server UDP Socket client-server TCP Esempio server multiporta gethostbyname & gethostbyaddr Java Socket

3 3 Richiami di TCP: porte I protocolli TCP e UDP usano le porte per mappare i dati in ingresso con un particolare processo attivo su un computer. Ogni socket è legato a un numero di porta così che il livello TCP può identificare l’applicazione a cui i dati devono essere inviati. UDP / TCP Porta App #portaDati

4 4 Socket: definizione A livello programmatico, un Socket è definito come un “identificativo univoco che rappresenta un canale di comunicazione attraverso cui l’informazione è trasmessa” [RFC 147] La comunicazione basata su socket è indipendente dal linguaggio di programmazione. Client e server devono concordare solo su protocollo (TCP o UDP) e numero di porta

5 5 Richiami di TCP: well-known ports Le porte sono rappresentate da valori interi positivi (16 bit). Rappresentano punto di collegamento fra strato fisico e applicazioni; rappresentano un canale di comunicazione Alcune porte sono state riservate per il supporto di servizi well- known:  ftp  21/tcp;  telnet  23/tcp;  smtp  25/tcp;  login  513/tcp. I servizi e i processi a livello utente generalmente usano un numero di porta >=1024.

6 6 Socket: Comunicazione server client fork comm Il server riceve una richiesta da un client Crea un nuovo socket che dialogherà col client e torna in ascolto di altre richieste server client richiesta p server client’ new socket comm client p richiesta

7 7 Datagram Socket:  Utilizzano un protocollo senza connessione  UDP  Non è necessaria una procedura iniziale di connessione e riconoscimento fra client e server  Non dà garanzie di ricezione e ordine dei pacchetti Stream Socket:  Utilizzano un protocollo con connessione  TCP  La comunicazione avviene solo fra nodi tra cui è stato stabilito un canale di comunicazione  Garantisce ordine e ricezione dei pacchetti Raw socket:  Dà completo accesso allo strato fisico del sistema per poter sfruttare funzionalità non implementate dalle interfaccie  Solo per utenti esperti Socket: Classificazione (1)

8 8 Sincroni:  il client ed il server si sincronizzano ad ogni messaggio: sia send() (per inviare) che receive() (per ricevere) sono bloccanti  send() ritorna dopo che è stata fatta l’issue della receive  receive() ritorna solo dopo che il messaggio arriva in coda Asincrona:  send() non è bloccante, significa che l’operazione ritorna subito dopo che il messaggio è stato copiato su un buffer locale  receive() puo’ essere sia bloccante che non. Non bloccante significa che ritorna subito il controllo all’applicazione, poi tramite polling o interrupt notificherà l’accodamento del messaggio nella coda Socket: Classificazione (2)

9 9 Include files, tutte le librerie raccolte in una: WSAGetLastError() al posto della variabile errno closeSocket() al posto di close() Non supporta Raw Socket Fork implicito Differenze ambiente Unix e Windows #include #include #include #include #include #include

10 10 UDP/TCP client: Header

11 11 UDP/TCP Client: Inizializzazione librerie WSAStartup(version, WSAData): WORD version, versione delle librerie da caricare LPWSADATA WSAData, struttura per ricevere i dettagli della Windows Socket Implementation Necessaria solo in ambienti Windows

12 12 UDP/TCP Client: Creazione del socket socket(af, type, protocol): int af, famiglia di indirizzi da utilizzare (AF_INET, PF_INET, AF_UNIX); int type, tipo di socket (SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM); int protocol, tipo di protocolo utilizzato (IPPROTO_UDP, IPPROTO_TCP). Restituisce un valore negativo se non a buon fine

13 13 UDP Client: sendTo() sendTo(socket, buffer, bufferLength, flag, to, toLength): int socket, descrittore del socket; char* echoString, messaggio da spedire; int bufferLength, dimensione in bytes; int flags, indica la modalità con cui viene effettuata la chiamata (default 0); sockaddr* to, indirizzo destinatario; int toLength, dimensione indirizzo in byte. Non è necessario una procedura di connessione fra client e server

14 14 UDP Client: recvfrom() recvfrom(socket, buffer, bufferLength, flags, from, fromLength): SOCKET socket, descrittore del socket; char* buffer, messaggio da spedire; int bufferLength, dimensione in bytes; int flags, indica la modalità con cui viene effettuata la chiamata (default 0). sockaddr* from, indirizzo mittente; int fromLength, dimensione indirizzo in byte.

15 15 UDP Client: Chiusura socket closesocket(socket): chiude il socket specificato e ritorna 0 se la chiusura è andata a buon fine, altrimenti un codice d’errore, recuperabile con WSAGetLastError(). WSACleanup(): rilascia la libreria.

16 16 UDP Server: Port Binding bind(socket, address, addressLength): SOCKET socket,descrittore del socket; sockaddr* address, indirizzo del socket; int addressLength, dimensione dell’indirizzo in byte. Lega ogni comunicazione su quel protocollo e su quella porta all’applicazione

17 17 UDP Server: Ricezione messaggi Il server rimane in attesa della ricezione di un messaggio sulla recvfrom() Nella struct echoclntAddr sono salvate tutte le informazioni relative al chiamante (in sin_addr l’indirizzo IP)

18 18 TCP Client: Creazione del socket Crea un socket basato su TCP di tipo STREAM

19 19 TCP Client: Connessione Stabilisce una connessione verso uno specifico client connect(socket, address, addressLength): SOCKET socket, descrittore del socket; sockaddr* address, indirizzo del server; int addressLength, dimensione dell’indirizzo in byte.

20 20 TCP Client: Invio dati Invia i dati specificati verso un socket già connesso Non è necessario indicare ogni volta l’indirizzo del mittente send(socket, buffer, bufferLength, flags): SOCKET socket, descrittore del socket; char* buffer, messaggio da inviare; int bufferLength, dimensione del messaggio in byte; int flag, indica la modalità con cui viene effettuata la chiamata (default 0).

21 21 TCP Client: Ricezione dati Riceve dati da un socket connesso e restituisce il numero di byte ricevuti Quando restituisce 0 la comunicazione è interrotta recv(socket, buffer, bufferLength, flag): SOCKET socket, descrittore del socket; char* buffer, messaggio da inviare; int bufferLength, dimensione del messaggio in byte; int flag, indica la modalità con cui viene effettuata la chiamata (default 0).

22 22 TCP Server: Connessione Dopo il bind, il server rimane in ascolto (listen) sul socket; listen(socket, backlog): SOCKET socket, descrittore del socket; int backlog, dimensione massima della coda delle connessioni in attesa.

23 23 TCP Server: Accettazione Quando un client richiede la connessione, viene un creato un nuovo socket per gestire la comunicazione Il socket iniziale rimane in attesa di nuove richieste accept(socket, clientAddress, clientAddressLength): SOCKET socket, descrittore del socket; sockaddr* clientAddress, indirizzo del client che ha richiesto l’accesso; int clientAddressLength, dimensione di clientAddress in byte.

24 24 TCP Server: Select (1) Permette di gestire simultaneamente più socket che gesticono porte diverse Primo passo: creazione di un array di socket ognuno su una porta differente; nell’esempio la lista delle porte è passata a riga di comando Per ogni porta è creato un socket server distinto

25 25 TCP Server: Select (2) La select() ad intervalli specificati, controlla quali socket hanno fatto richiesta in lettura, scrittura o hanno riscontrato errori di comunicazione e restituisce il numero di socket interessati I socket richiedenti sono marcati ed inseriti in specifici array per le successive operazioni select(0,readfds, writefds, errorfds, timeout): fd_set* readfs, puntatore all’array di socket in lettura; fd_set* writefs, puntatore all’array di socket in scrittura; fd_set* errorfs, puntatore all’array di socket controllati per errori; timeval* timeout, tempo di attesa per la select

26 26 TCP Server: Select (3) Per capire quali socket hanno richiesto l’accesso, si scorre l’array dei socket e si applica FD_ISSET() FD_ISSET restituisce un valore non-zero se il socket è stato marcato FD_ISSET(socket, *set): SOCKET socket, il descrittore del socket da controllare; fd_set *set, puntatore all’insieme dei socket marcati.

27 27 TCP Server: Select (4) Prima di ogni chiamata a select() è necessario inizializzare l’insieme dei socket marcabili. Occorre invocare: 1.FD_ZERO() svuota l’insieme dei socket marcati 2.FD_SET(), prepara la lista dei socket attivi, aggiungendo all’insieme il socket che potrà poi essere marcato dalla select()

28 28 gethostbyname() & gethostbyaddr() struct hostent *gethostbyname(const char *name); struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, int len, int type); Restituiscono un puntatore ad un oggetto di tipo hostent che descrive un indirizzo internet a partire da un nome o da un indirizzo Parametri:  name: nome dell’host da ricercare, es. “www.dti.crema.unimi.it”  addr, puntatore alla struttura in_addr che contiene l’indirizzo  len, lunghezza in byte della variabile addr  type, famiglia di indirizzi, es. AF_INET

29 29 Java socket Server:  Creare un oggetto ServerSocket, specificando il numero di porta a cui legarlo  Chiamare accept() per restare in attesa di richieste di connessione  Quando accept() ritorna la connessione col client è stabilita  accept() restituisce un socket per comunicare col client Client:  Creare un oggetto di classe Socket, specificando indirizzo e porta  Quando l’oggetto è costruito la connessione col server è stabilita La comunicazione avviene direttamente attraverso i canali messi a disposizione dall’oggetto Socket:  getInputStream(), getOutputStream(), ottengono rispettivamente un canale di input e di output

30 30 Java socket: Serializzazione Il meccanismo della serializzazione permette di scrivere e ricevere direttamente oggetti (istanze di classi) sui flussi in output e input Gli oggetti scambiati devono implemetare l’interfaccia Serializable La maggior parte delle classi standard implementa Serializable

31 31 Java Socket: Server (1) //SimpleServer.java: un semplice programma server import java.net.*; import java.io.*; public class SimpleServer { public static void main(String args[]) throws IOException { // Registra il servizio sulla porta 1234 ServerSocket s = new ServerSocket(1234); // Aspetta e accetta una connessione Socket s1=s.accept();

32 32 Java Socket: Server (2) // Ottiene un flusso di comunicazione associato al socket OutputStream s1out = s1.getOutputStream(); DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s1out); // Invia una stringa! dos.writeUTF(“Hello world"); // Chiude la connessione, ma non il socket server dos.close(); s1out.close(); s1.close(); }

33 33 Java Socket: Client (1) // SimpleClient.java: un semplice programma client import java.net.*; import java.io.*; public class SimpleClient { public static void main(String args[]) throws IOException { // Apre la connessione a un server, alla porta 1234 Socket s1 = new Socket(“myserver.dti.unimi.it”,1234);

34 34 Java Socket: Client (2) // Ottiene un file handle dal socket e legge l’input InputStream s1In = s1.getInputStream(); DataInputStream dis = new DataInputStream(s1In); String st = new String (dis.readUTF()); System.out.println(st); // Alla fine, chiude la connessione e esce dis.close(); s1In.close(); s1.close(); }

35 35 Riassumendo UDPTCP

36 36 Annotazioni finali Le slide saranno pubblicate su http://ra.crema.unimi.it References: MSDN – Getting started with Winsock