Programmation réseau Les sockets de Berkeley

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1 Programmation réseau Les sockets de Berkeley
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2 Généralités Les sockets : modèle permettant la communication inter processus (IPC - Inter Process Communication) sur un même poste ou à travers un réseau TCP/IP Avant leur introduction, le seul mécanisme standard qui permettait à deux processus de communiquer se faisait par l'intermédiaire des pipes. Les sockets se situent juste au-dessus de la couche transport Deux modes de communication possibles : Le mode connecté, utilisant le protocole TCP Le mode non connecté, utilisant le protocole UDP BTS IRIS 2 Les sockets

3 Plan du cours Le modèle client/serveur Présentation des sockets
Les primitives d’initialisation Les primitives d’échange d’information Exemples BTS IRIS 2 Les sockets

4 Le modèle client/serveur
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5 Protocoles de communication
Les protocoles de communication (comme TCP/IP) permettent la communication entre 2 applications différentes (point-à-point), éventuellement sur 2 postes différents Le détail du transfert effectif des données est spécifié par le protocole de communication de la couche transport mais le moment et la façon dont les applications interagissent entre elles sont définis par le programmeur Pour la communication point-à-point utilisant un protocole de type TCP/IP : le modèle client/serveur est le + utilisé (et le plus simple) BTS IRIS 2 Les sockets

6 Connexion / Sans connexion
Il existe 2 types d’application : Applications orientées connexion Applications orientées sans connexion Applications orientées connexion : protocole sous-jacent en mode connecté : TCP/IP protocole fiable Applications orientées sans connexion : protocole sous-jacent en mode non connecté : UDP/IP vérifications doivent être faites au niveau applicatif Protocole non fiable mais rapide BTS IRIS 2 Les sockets

7 Mode de connexion Le mode connecté : ⋍ communication téléphonique protocole TCP. une connexion durable est établie entre les deux processus l'adresse de destination n'est pas nécessaire à chaque envoi de données. Il faut penser à fermer la connexion BTS IRIS 2 Les sockets

8 Mode de connexion nécessite l'adresse de destination à chaque envoi
Le mode non connecté ⋍ communication par courrier protocole UDP nécessite l'adresse de destination à chaque envoi aucun accusé de réception n'est donné. Risque de paquets perdu… Ordre des paquets inconnu… BTS IRIS 2 Les sockets

9 Les sockets BTS IRIS 2 Les sockets

10 Positionnement dans le modèle OSI
Les sockets se situent juste au-dessus de la couche transport du modèle OSI (protocoles UDP ou TCP) Application utilisateur Orientée connexion Application utilisateur Orientée sans connexion Couche application sockets Couche transport TCP UDP BTS IRIS 2 Les sockets

11 Création d’un socket Le concept de socket a été créé pour accomplir les communications inter-processus (IPC) Un socket est utilisé pour permettre aux processus de communiquer entre eux, de la même manière que le téléphone ou le courrier permet de communiquer entre plusieurs personnes Pour attendre des demandes de communications : créer un socket (sorte de point d’écoute) Il faut créer un socket avec les bonnes options BTS IRIS 2 Les sockets

12 Options Il faut spécifier son type d’adressage
Les deux types d’adressage les plus répandus : AF_UNIX : famille d’adresse UNIX (locale : pas de réseau) AF_INET : famille d’adresse Internet (format xx.xx.xx.xx) Il faut spécifier un numéro de port sur la machine Ce numéro doit être compris entre et 65535 Il faut spécifier son type les deux types les plus répandus sont SOCK_STREAM : spécifiques au mode connecté (TCP) SOCK_DGRAM : spécifiques au mode non-connecté (UDP) BTS IRIS 2 Les sockets

13 Options De la même façon qu’on attribue un numéro de téléphone à une personne pour recevoir des appels, il faut spécifier au socket une adresse à laquelle il doit recevoir les messages qui lui sont destinés (bind) Les sockets de type SOCK_STREAM ont la possibilité de mettre les requêtes de communication dans une file d’attente (listen) BTS IRIS 2 Les sockets

14 Attente les demandes Une fois créé, le socket va attendre les demandes de communication (accept) Après la prise en compte de cette demande, le socket peut se remettre à attendre les demandes de communication Utilisation de Thread ou de fork() BTS IRIS 2 Les sockets

15 Connexion entre 2 sockets
Une fois créé le socket qui reçoit des demandes de communication, peut être appelé par un autre socket Il faut connecter un socket à un autre socket qui est en attente (connect) Une fois la connexion établie, la conversation peut commencer (read, write…) À la fin de la communication (comme on raccroche le téléphone) il faut fermer le socket qui a servi à la communication (close) BTS IRIS 2 Les sockets

16 Les primitives d’initialisation et de mise en relation
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17 Initialisation Initialisation obligatoire avant utilisation des sockets WSADATA WSAData; WSAStartup(MAKEWORD(2,0), &WSAData); //faire WSACleanup(); à la fin de l’utilisation des sockets BTS IRIS 2 Les sockets

18 Création du socket SOCKET sock; //initialiser une variable de type socket SOCKADDR_IN sin; //informations techniques du socket //si serveur : sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //si client : //sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(" "); //adresse serveur sin.sin_family = AF_INET; //famille du socket sin.sin_port = htons(4148); //port sur lequel se connecter ou écouter // ports réservés sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //création du socket TCP/IP //1er paramètre : famille du socket //2ième paramètre : type de socket //3ième paramètre : protocole IP BTS IRIS 2 Les sockets

19 Relier le socket à l’adresse et au port
bind(sock, (SOCKADDR *) &sin, sizeof(sin)); Attache le socket directement au port et à l'adresse définis dans sin Trois paramètres sock : le socket initialisé &sin : adresse de structure SOCKADDR_IN sizeof(sin) : la taille de l’adresse BTS IRIS 2 Les sockets

20 Écouter le port (serveur)
int val = listen(sock, 0); écouter le port sur le socket : 1er argument, sock : socket sur lequel le listen() écoutera 2nd argument, le BACKLOG : nombre maximum de connections qui seront écoutées en même temps retourne 0, ou SOCKET_ERROR en cas de problème généralement utilisé après les appels socket et bind et juste avant accept Ne s’utilise qu’en mode connecté L’argument backlog spécifie le nombre de connections à établir dans une file d’attente par le système lorsque le serveur exécute l’appel accept BTS IRIS 2 Les sockets

21 Accepter une connexion (serveur)
SOCKADDR_IN csin; int val; val = accept(sock, (SOCKADDR *)&csin, sizeof(csin)) permet d'accepter une connection 1er argument: le socket (qui est en écoute…) 2ème argument : SOCKADDR du client connecté 3ème argument : la taille de l’adresse du client retourne un identificateur du socket de réponse, ou INVALID_SOCKET en cas d’erreur BTS IRIS 2 Les sockets

22 Demander une connexion (client)
int s; s = connect(sock, (SOCKADDR *)&ssin, sizeof(ssin)) permet d'établir une connexion avec un serveur 1er argument : le socket 2ème argument : adresse de l'hôte à contacter 3ème argument : taille de l'adresse de l'hôte retourne 0 si la connexion a eu lieu, sinon -1 Pour établir une connexion, le client ne nécessite pas de faire un bind() BTS IRIS 2 Les sockets

23 Les primitives d’échanges d’information
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24 Émission d’information
Une fois que le programme d’application dispose d’un socket, il peut l’utiliser afin de transférer des données 5 primitives utilisables : send sendto sendmsg write writev BTS IRIS 2 Les sockets

25 Mode connecté send, write et writev ne permettent pas d’indiquer d’adresse de destination write ( int sockfd, char *buff, int nbytes ) ; writev ( int sockfd, iovec *vect_E/S, int lgr_vect_E/S ) ; int send (int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags ) ; sockfd : descripteur de socket buff : pointeur sur un tampon où sont stockées les données à envoyer nbytes : nombre d’octets ou de caractères que l’on désire envoyer vect_E/S : pointeur vers un tableau de pointeurs sur des blocs qui constituent le message à envoyer flags : drapeau de contrôle de la transmission BTS IRIS 2 Les sockets

26 Mode non-connecté sendto et sendmsg imposent d’indiquer l’adresse de destination int sendto (int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags, struct sockaddr *to, int addrlen) ; 4 premiers arguments : mêmes que pour send 2 derniers arguments : adresse de destination et sa taille int sendmsg ( int sockfd, struct struct_mesg, int flags ) ; on utilise la structure : struct struct_mesg { int *sockaddr ; int sockaddr_len ; iovec *vecteur_E/S int vecteur_E/S_len int *droit_dacces int droit_dacces_len } Pour les cas où l’appel sendto fréquemment utilisé, on utilise également cette structure BTS IRIS 2 Les sockets

27 Réception d’information
5 primitives de réception d’information symétriques aux appels d’envoi : read readv recv recvfrom recvmsg BTS IRIS 2 Les sockets

28 Mode connecté int read ( int sockfd, char *buff, int nbytes ) ; int recv (int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags ) ; sockfd : descripteur du socket sur lequel les données seront lues buff : pointeur sur un buffer où seront stockées les données lues nbytes : nombre maximal d’octets ou de caractères qui seront lus flags : drapeau de contrôle de la transmission int readv ( int sockfd, iovec *vect_E/S, int lgr_vect_E/S ) ; readv permet de mettre les données lues dans des cases mémoire non contiguës Ces cases mémoires sont pointées par un tableau de pointeurs qui lui même est pointé par vect_E/S lgr_vect_E/S est la longueur de ce tableau BTS IRIS 2 Les sockets

29 Mode non-connecté il faut préciser les adresses des correspondants desquels on attend des données int recvfrom (int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags, struct sockaddr *from, int addrlen) ; Symétrique de sendto int recvmsg (int sockfd, struct struct_mesg, int flags); Symétrique de sendmsg utilise la même structure struct_mesg BTS IRIS 2 Les sockets

30 Les ports réservés Unix
echo 7 (tcp) echo 7 (udp) systat 11 (tcp users) daytime 13 (tcp) daytime 13 (udp) netstat 15 (tcp) ftp-data 20 (tcp) ftp 21 (tcp) telnet 23 (tcp) smtp 25 (tcp mail) time 37 (tcp timserver) time 37 (udp timserver) name 42 (udp nameserver) whois 43 (tcp nicname) domain 53 (udp) domain 53 (tcp) hostnames 101 (tcp hostname) BTS IRIS 2 Les sockets

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33 Exemple : serveur « Hello World ! »
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34 Fichiers d’en-tête et bibliothèques
Windows : #include <stdio.h> #include "winsock2.h" Unix : #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> BTS IRIS 2 Les sockets

35 Serveur void main() { WSADATA WSAData;
WSAStartup(MAKEWORD(2,0), &WSAData); SOCKET sock, SOCKET csock; SOCKADDR_IN sin, SOCKADDR_IN csin; sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; sin.sin_family = AF_INET; sin.sin_port = htons(5500); if(bind(sock, (SOCKADDR *)&sin, sizeof(sin)) < 0) cout<<"error bind"; else cout<<"bind ok"; if(listen(sock, 0)<0) cout<<"erreur de listen"; cout<<"listen ok"; while(true) int sinsize = sizeof(csin); if((csock = accept(sock, (SOCKADDR *)&csin, &sinsize)) != INVALID_SOCKET) if(send(csock, "yes!", 4, 0)<0) cout<<"error send"; cout<<"send ok !"; } BTS IRIS 2 Les sockets

36 Client void main() { WSADATA WSAData;
WSAStartup(MAKEWORD(2,0), &WSAData); SOCKET sock; SOCKADDR_IN sin; char *buffer = new char[255]; //configuration en local TCP/IP if(sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) < 0) cout<<"error sock"; else cout<<"sock ok!"<<endl; sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(" ");//mettre l'adrese IP du serveur sin.sin_family = AF_INET; sin.sin_port = htons(5500);//mettre le port correspondant if(connect(sock, (SOCKADDR *)&sin, sizeof(sin))<0) cout<<"error connect"; recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0); string stringBuffer(buffer,sizeof(buffer)); cout << stringBuffer << endl; closesocket(sock); WSACleanup(); } BTS IRIS 2 Les sockets

37 Différents types de serveurs
Tant qu’il n’y a pas de connexions le serveur se bloque sur cette appel Lorsqu’une demande de connexion arrive, l’appel accept se termine Le serveur peut gérer les demandes de 2 manières : Itérativement : le serveur traite lui même la requête, ferme le nouveau socket puis invoque de nouveau accept pour obtenir la demande suivante Simultanément : lorsque l’appel accept se termine, le serveur crée un serveur fils chargé de traiter la demande (appel de fork et exec). Lorsque le fils a terminer il ferme le socket et meurt. Le serveur maître ferme quand à lui la copie du nouveau socket après avoir exécuté le fork. Il appel ensuite de nouveau accept pour obtenir la demande suivante. BTS IRIS 2 Les sockets

38 Exemple de serveur itératif
int sockfd, newsockfd ; if ( ( sockfd = socket (.....)) < 0 ) err_sys(« erreur de socket ») ; if ( bind ( sockfd, ....) < 0 ) err_sys (« erreur de bind ») if ( listen ( sockfd , 5) < 0 ) ; err_sys (« erreur de listen » ) ; for ( ; ; ) { newsockfd = accept ( sockfd, .....) ; if ( newsockfd < 0) err_sys( « erreur de accept ») ; execute_la_demande( newsockfd ) ; close ( newsockfd ) ; } BTS IRIS 2 Les sockets

39 Exemple de serveur à accès concurrent
int sockfd, newsockfd ; if ( ( sockfd = socket (.....)) < 0 ) err_sys(« erreur de socket ») ; if ( bind ( sockfd, ....) < 0 ) err_sys (« erreur de bind ») if ( listen ( sockfd , 5) < 0 ) ; err_sys (« erreur de listen » ) ; for ( ; ; ) { newsockfd = accept ( sockfd, .....) ; if ( newsockfd < 0) err_sys( « erreur de accept ») ; if ( fork() == 0 ) close ( sockfd ) ; execute_la_demande( newsockfd ) ; exit (1) ; } close ( newsockfd ) ; BTS IRIS 2 Les sockets