Programmazione con socket
Cos’è un socket? Un’interfaccia per la comunicazione tra processi che utilizza i file descriptor di UNIX “everything in UNIX is a file” Tipi di socket: Internet Socket Unix Socket etc….. File descriptor=intero associaato con un file. Un file può essere anche un terminale o una connessione di rete.
Internet Socket Ci sono due tipi principali di Socket: Stream Socket (SOCK_STREAM) Reliable Two way connected Utilizzano il Transmission Control Protocol (RFC.793) Datagram Socket (SOCK_DGRAM) Not reliable Connectionless Utilizzano lo User Datagram Protocol (RFC. 768)
Comunicazione Browser/Server Web GET / HTTP\1.1 HTTP\1.1 200 OK <HTML> ….. </HTML>
Come avviene la comunicazione? Browser TCP IP UDP TSAP Server Web API fornite dal S.O. Il Transport Service Access Point è individuato da un indirizzo di livello 3 (indirizzo IP) ed un indirizzo di livello 4 (port TCP) composto da 16 bit.
Stream Socket communication Connessione instaurata socket() bind() listen() accept() read() write() close() socket() connect() write() read() close() Richiesta Risposta
Strutture C Socket descriptor: int Indirizzo di un socket generico: struct sockaddr { unsigned short sa_family; // address family, AF_xxx char sa_data[14]; // 14 bytes of protocol address }; Indirizzo di un Internet Socket struct sockaddr_in { short int sin_family; // Address family unsigned short int sin_port; // Port number struct in_addr sin_addr; // Internet address unsigned char sin_zero[8]; // Same size as struct sockaddr struct in_addr { unsigned long s_addr; // that's a 32-bit long, or 4 bytes
Conversione Big-Endian / Little-Endian Network Byte Order = Big Endian Host Byte Order = Big or Little Endian Funzioni per la conversione htons() – “Host to Network Short” htonl() – “Host to Network Long” ntohs() – “Network to Host Short” ntohl() – “Network to Host Long”
Funzioni utili in_addr_t inet_addr (const char *str); restituisce il valore a 32-bit, nell’ordine di rete, ottenuto dalla conversione della stringa puntata da str. In caso di errore restituisce INADDR_NONE
funzione socket() La prima azione per fare dell’I/O da rete è la chiamata alla funzione socket() specificando il tipo di protocollo di comunicazione da utilizzare (TCP, UDP, Unix domain stream protocol per usare le pipe). #include <sys/socket.h> int socket (int family, int type, int protocol); restituisce un descrittore di socket maggiore o uguale a zero, oppure -1 in caso di errore.
funzione socket() int socket (int family, int type, int protocol); family specifica la famiglia di protocolli da utilizzare. PF_INET IPv4 protocol PF_INET6 IPv6 protocol PF_LOCAL Unix domain protocols (ex PF_UNIX) type specifica quale tipo di protocollo vogliamo utilizzare all’interno della famiglia di protocolli specificata da family. SOCK_STREAM socket di tipo stream (connesso affidabile) SOCK_DGRAM socket di tipo datagram SOCK_RAW socket di tipo raw (livello network) protocol di solito è settato a 0, tranne che nel caso dei socket raw.
funzione connect() #include <sys/socket.h> La funzione connect() è usata per stabilire una connessione con un server TCP. #include <sys/socket.h> int connect (int socketfd, const struct sockaddr *servaddr, int addrlen); restituisce 0 se la connessione viene stabilita, -1 in caso di errore.
funzione connect() int connect (int socketfd, const struct sockaddr *servaddr, int addrlen); socketfd è un descrittore socket ottenuto da una chiamata alla funzione socket(). servaddr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, e deve specificare l’indirizzo IP e il numero di porta del server al quale connettersi. addrlen specifica la dimensione della struttura dati che contiene l’indirizzo del server servaddr, viene di solito assegnata mediante la sizeof(servaddr). Il client può non specificare il proprio indirizzo IP e la propria porta, chiedendo al sistema operativo di assegnargli una porta TCP qualsiasi e come indirizzo IP l’indirizzo della sua interfaccia di rete. Quindi non è necessaria la chiamata alla bind() prima della connect().
funzione bind() La funzione bind() collega al socket un indirizzo locale. Per TCP e UDP ciò significa assegnare un indirizzo IP ed una porta a 16-bit. #include <sys/socket.h> int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, int addrlen); restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
funzione bind() int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, int addrlen); sockfd è un descrittore ottenuto da una chiamata socket(). myaddr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, e specifica l’eventuale indirizzo IP locale e l’eventuale numero di porta locale a cui il sistema operativo deve collegare il socket. addrlen specifica la dimensione della struttura myaddr.
funzione bind() Chiamando la bind() si può specificare o no l’indirizzp IP e la porta, assegnando valori ai due campi sin_addr e sin_port della struttura sockaddr_in L’assegnazione viene fatta con le istruzioni: struct sockaddr_in localaddr; localaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); localaddr.sin_port = htons(port_number);
funzione listen() La funzione listen è utilizzata solo per implementare un server TCP e esegue due azioni: 1) ordina al kernel di far passare il socket dallo stato iniziale CLOSED allo stato LISTEN, e di accettare richieste di inizio connessione per quel socket, mettendole in una coda del kernel. 2) specifica al kernel quante richieste di inizio connessione può accodare al massimo per quel socket. #include <sys/socket.h> int listen (int socketfd, int backlog ); restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
funzione listen() int listen (int socketfd, int backlog ); socketfd è un descrittore ottenuto da una chiamata socket(). backlog è un intero che specifica quante richieste di inizio connessione il kernel può mantenere in attesa nelle sue code.
funzione accept() La funzione accept è chiamata solo dal TCP server e restituisce la prima entry nella coda delle connessioni già completate per quel socket. Se la coda è vuota la accept resta in attesa . #include <sys/socket.h> int accept (int socketfd, struct sockaddr *cli_addr, int *ptraddrlen); restituisce un descrittore socket >=0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
funzione accept() int accept (int socketfd, struct sockaddr *cli_addr, int *ptraddrlen); socketfd è un descrittore ottenuto da una chiamata a socket() sul quale sono state effettuate le chiamate bind() e listen(). Tale listening socket viene utilizzato per accedere alla coda delle connessioni instaurate come si è visto nella funzione listen(). cli_addr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, su cui la funzione accept scrive l’indirizzo IP e il numero di porta del client, con cui è stata instaurata la connessione a cui si riferisce il socket che viene restituito come risultato . ptraddrlen è un puntatore alla dimensione della struttura cli_addr che viene restituita.
funzione close() La funzione close è utilizzata è utilizzata per chiudere un socket e terminare una connessione TCP. int close (int socketfd); restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore. socketfd è un descrittore di socket.
funzione send() int send (int socketfd, const void* msg, int len, unsigned int flags); La funzione send cerca di scrivere un numero byte pari a len sul file descriptor socketfd, leggendoli dal buffer puntato da msg.Se len è maggiore di zero viene effettuata la scrittura e viene restituito il numero di byte scritti.
funzione recv() int recv (int socketfd, const void* buf, int len, unsigned int flags); La funzione recv cerca di leggere un numero di byte pari a len dal file descriptor socketfd, scrivendoli nel buffer puntato da buf. Se len è maggiore di zero viene effettuata la lettura e viene restituito il numero di byte letti. Se viene restituito zero significa end-of-file (fine stream). -1 indica che si è verificato un errore.
funzione gethostbyname() struct hostent* gethostbyname( char *name ); Prende una stringa che contiene il nome dell’host e restituisce una struttura hostent che contiene l’indirizzo (gli indirizzi) IP dell’host. Struct hostent { char *h_name; //official host name char **h_aliases; //other aliases int h_length; //address type char **h_addr_list; //list of addresses }
Datagram Socket communication bind() socket() Richiesta sendto() recvfrom() Risposta recvfrom() sendto() close() close()
funzione sendto() int sendto (int socketfd, const void* msg, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *to, int *tolen); to è un puntatore a una struct sockaddr che contiene l’indirizzo IP e la porta della destinazione. tolen può essere inizializzato a sizeof(struct sockaddr)
funzione recvfrom() int recvfrom (int socketfd, const void* buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *from, int * fromlen); from è un puntatore a una struct sockaddr che sarà riempita con l’indirizzo IP e la porta della macchina che si è connessa fromlen va inizializzato a sizeof(struct sockaddr)
Esempio Client TCP … s = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); indirizzo.sin_family = AF_INET; indirizzo.sin_port = htons(80); if ((indirizzo.sin_addr.s_addr = inet_addr("130.251.12.32")) = = INADDR_NONE ) { perror("inet_addr fallita"); return 1; }
Esempio Client TCP (2) if (connect(s,(struct sockaddr *) &indirizzo,sizeof(struct sockaddr_in))!=0) { perror("connect fallita"); return 1; } nw = send(s,messaggio,strlen(messaggio),0); n=recv(s,buffer,20000,0); close(s);
Esempio Server TCP … s = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); indirizzo.sin_family = AF_INET; indirizzo.sin_port = htons(8120); if (bind(s,&indirizzo,sizeof(struct sockaddr_in))!=0){ perror("bind fallita"); return 1; } if (listen(s,3)!=0){ perror("Listen fallita");
Esempio Server TCP (2) if (t== -1){ perror("Accept fallita"); t=accept(s,NULL,0); if (t== -1){ perror("Accept fallita"); return 1; } lungh=recv(t,buffer,1000,0); if (lungh < 1 ){ perror("Read fallita"); …
Esempio Client UDP … remoteServAddr.sin_family = AF_INET; remoteServAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“130.251.12.14"); remoteServAddr.sin_port = htons(8000); sd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sd<0) { printf("cannot open socket \n"); exit(1); } msg = “MESSAGGIO"; rc = sendto(sd, msg , strlen(msg)+1, 0, (struct sockaddr *) &remoteServAddr, sizeof(remoteServAddr));
Esempio Server UDP …. sd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sd<0) { printf("cannot open socket \n"); exit(1); } 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("cannot bind port number %d \n", LOCAL_SERVER_PORT); exit(1); }
Esempio Server UDP (2) while(1) { memset(msg,0x0,MAX_MSG); cliLen = sizeof(cliAddr); n = recvfrom(sd, msg, MAX_MSG, 0, (struct sockaddr *) &cliAddr, &cliLen); if(n<0) { printf("cannot receive data \n"); continue; } }