Lập trình socket

Client Active Open send SYNsend SYN,ACK rcv SYN send SYN,ACK rcv RST ESTABLISHED rcv ACK of SYN rcv SYN,ACK send ACK FIN WAIT-1 FIN WAIT-2 CLOSE_WAIT CLOSING rcv ACK send FIN rcv FIN sen

L p trình Socket ậ

Giáo viên: Nguyễn Hoài Sơn

Bộ môn Mạng và Truyền thông máy tính Khoa Công nghệ thông tin

Giao th c TCP/IP ứ

Modem ATM

FDDI Ethernet

IP Network

Application Layers

Physical Data Link Transport

Mô hình khách chủ

1 Client sends request

2 Server handles request

3 Server sends response

 Máy chủ quản lý một số tài nguyên

 Máy chủ cung cấp dịch vụ cho máy khách dựa trên tài

nguyên quản lý.

Client Active Open send SYN

send SYN,ACK

rcv SYN send SYN,ACK

rcv RST

ESTABLISHED

rcv ACK of SYN

rcv SYN,ACK send ACK

FIN WAIT-1

FIN WAIT-2

CLOSE_WAIT CLOSING

rcv ACK

send FIN

rcv FIN send ACK

send FIN

rcv ACK

Tr ng thái k t n i TCP ạ ế ố

Giao di n ch ệ ươ ng trình v i giao th c ớ ứ

TCP/IP

 Chu n TCP/IP không quy nh giao di n c a ph n m m ng d ng v i ẩ đị ệ ủ ầ ề ứ ụ ớ

ph n mêm th c thi giao th c TCP/IP ầ ự ứ

 Việc thực thi giao thức TCP/IP tùy thuộc vào mỗi hệ thống

 Giao diện này có thể khác nhau với mỗi hệ điều hành

 Giao diện Socket (BSD Unix), mô hình STREAMS (UNIX System V)

Các ch c năng c a giao di n ứ ủ ệ

 C p phát tài nguyên cho m t cu c truy n tin ấ ộ ộ ề

 Xác nh i m cu i c a hai bên truy n tin đị đ ể ố ủ ề

Giao di n Socket ệ

 Mô hình socket đượ c s d ng r ng rãi hi n nay ử ụ ộ ệ

 Cung c p các ch c n ng c b n h tr vi c truy n tin ấ ứ ă ơ ả ỗ ỡ ệ ề trên m ng v i nhi u lo i giao th c ạ ớ ề ạ ứ

Socket là gì?

 V i OS, socket là i m cu i c a s truy n tin ớ đ ể ố ủ ự ề

 Thực thi giao thức TCP/IP

 V i m t ng d ng, socket là m t mô t file cho phép các ng d ng ớ ộ ứ ụ ộ ả ứ ụ

c/ghi t m ng

 Máy chủ và máy khách liên lạc với nhau bằng cách đọc và viết vào mô tả socket

 Sử dụng như các lệnh gọi I/O truyền thống

 Các lệnh gọi I/O truyền thống: open, close, read, write, lseek, ioctl

C u trúc d li u h th ng cho ấ ữ ệ ệ ố

sockets

a pointer to internal data

structure for file 0

a pointer to internal data

structure for file 1

a pointer to internal data

structure for file 2

a pointer to internal data

structure for file 3

family: AF_INET service: SOCK_STREAM protocol: TCP

write() read()

connect()

write()

close()

Connection request

EOF

Wait next request

Process request

read()

data (request)

data (reply)

int socket (int family, int type, int protocol);

Returns: non-negative descriptor if OK, -1 on error

int sockfd; /* socket descriptor */

if((sockfd = socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , 0 )) <

0) {

perror(“socket”);

exit(1);

}

 socket trả về giá trị nguyên là một mô tả socket

 sockfd < 0 khi có lỗi tạo socket

 AF_INET: gán socket với họ giao thức IPv4

 SOCK_STREAM: gán kiểu socket là stream

 0: sử dụng giao thức mặc định (TCP)

Ví d v t oTCP socket ụ ề ạ

bind() : Gán đ a ch cho socket ị ỉ

 sockfd = Mô tả file cho socket được tạo ra

 sockaddr = Con trỏ trỏ đến cấu trúc địa chỉ socket

 addrlen = độ lớn địa chỉ

#include <sys/socket.h>

int bind (int sockfd, const struct sockaddr *sockaddr, socklen_t addrlen); Returns: 0 if OK,-1 on error

 Đị a ch socket riêng c a Internet: ỉ ủ

 Phải gán (sockaddr_in *) thành (sockaddr *) trong các lệnh gọi connect, bind, and accept

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* protocol family */

char sa_data[14]; /* address data */

};

struct sockaddr_in {

unsigned short sin_family; /* address family (always AF_INET) */ unsigned short sin_port; /* port num in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* IP addr in network byte order */ unsigned char sin_zero[8]; /* pad to sizeof(struct sockaddr) */

int sockfd; /* socket descriptor */

struct sockaddr_in sockaddr; /* used by bind() */

/* create the socket */

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); /* */

sockaddr.sin_family = AF_INET; /* use the Internet addr family */

sockaddr.sin_port = htons(123); /* bind socket ‘sockfd’ to port 123*/

/* kernel choose IP address bound for the socket */

sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

if(bind(sockfd, (struct sockaddr*) &sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) {

perror("bind"); exit(1);

}

Ví d v gán đ a ch socket ụ ề ị ỉ

Các hàm chuy n đ i th t Byte ể ổ ứ ự

‘h’ : host byte order ‘n’ : network byte order

‘s’ : short (16bit) ‘l’ : long (32bit)

S c n thi t c a vi c chuy n đ i th t ự ầ ế ủ ệ ể ổ ứ ự byte

Các hàm x lý buffer ử

#include <strings.h>

void bzero(void *dest, size_t nbytes);

void bcopy(const void *src, void *dest, size_t nbytes);

int bcmp(const void *ptr1, const void *ptr2, size_t nbytes);

Returns: 0 if equal, nonzero if unequal

#include <string.h>

void *memset(void *dest, int c, size_t len);

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t nbytes);

int memcmp(const void *ptr1, const void *ptr2, size_t nbytes);

Returns: 0 if equal, <0 or >0 if unequal

listen() : Ch đ nh socket l ng nghe k t ỉ ị ắ ế

n i ố

 sockfd = Mô tả file của socket đã tạo

 backlog = Số lượng tối đa của các kết nối đang chờ

#include <sys/socket.h>

int listen (int sockfd, int backlog);

Returns: 0 if OK, -1 on error

Ví d s d ng hàm listen() ụ ử ụ

struct sockaddr_in sockaddr; /* used by bind()

*/

/* 1) create the socket */

/* 2) bind the socket to a port */

if(listen(sockfd, 5) < 0) {

perror(“listen”);

exit(1);

}

accept (): Ch k t n i đ n ờ ế ố ế

 sockfd = Mô t file c a socket ch ả ủ ờ

 cliaddr = Con tr t i c u trúc a ch socket c a ti n trình k t n i ỏ ớ ấ đị ỉ ủ ế ế ố đế n

int accept (int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

Returns: non-negative descriptor if OK, -1 on error

accept() (2)

Three way handshake completeTCP

Server

accept

Completed connection queue

Incompleteconnection queue

Ví d v hàm accept () ụ ề

/* 1) create the socket */

/* 2) bind the socket to a port */

/* 3) listen on the socket */

newfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, &cliaddr_len); if(newfd < 0) {

perror("accept"); exit(1);

}

 Máy chủ biết thông tin máy khách bằng cách nào?

 cliaddr.sin_addr.s_addr chỉ định địa chỉ IP của máy khách

 cliaddr.sin_port chỉ định cổng của máy khách

connect(): Thi t l p m t k t n i v i máy ế ậ ộ ế ố ớ

ch TCP ủ

sockfd = Mô t file c a socket ã t o ra ả ủ đ ạ

servaddr = Con tr t i c u trúc a ch socket c a máy ch k t ỏ ớ ấ đị ỉ ủ ủ ế

#include <arpa/inet.h>

int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);

Returns: 1 if string was valid, 0 on errorin_addr_t inet_addr(const char *strptr);

Returns: 32-bit binary network byte ordered IPv4

address;

INADDR_NONE if error

Chuyển đổi địa chỉ dạng số thành chuỗi ký tự:

Làm vi c v i đ a ch IP ệ ớ ị ỉ

char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

Chuyển đổi chuỗi ký tự thành địa chỉ dạng số:

 Đị a ch IP th ỉ ườ ng đượ c vi t b i chu i ký t (“128.2.35.50”), nh ng trong ch ế ở ỗ ự ư ươ ng trình a ch IP đị ỉ đượ c bi u di n b ng chu i ký t bit ể ễ ằ ỗ ụ

 len = kích thước buffer chuõi ký tự địa chỉ

 INET_ADDRSTRLEN for IPv4

#include <arpa/inet.h>

int inet_pton (int family, const char *strptr, void *addrptr);

Returns: 1 if OK, 0 if input not a valid presentation format, -1 on error

const char *inet_ntop (int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);

Returns: pointer to result if OK, NULL on error

M t ví d v connect() ộ ụ ề

 connect cho phép m t máy khách k t n i v i máy ch … ộ ế ố ớ ủ

/* create the socket */

/* connect: use the Internet address family */

Client Active Open connect() send SYN

send SYN,ACK

rcv SYN send SYN,ACK

rcv RST

ESTABLISHED

rcv ACK of SYN

rcv SYN,ACK send ACK

FIN WAIT-1

FIN WAIT-2

CLOSE_WAIT CLOSING

rcv ACK

Close() send FIN

rcv FIN send ACK

Close() send FIN

rcv ACK

Close()

Các tr ng thái k t n i TCP ạ ế ố

Socket I/O: read()

/* 1) create the socket */

/* 2) bind the socket to a port */

/* 3) listen on the socket */

/* 4) accept the incoming connection */

if((nbytes = read(newfd, buf, sizeof(buf))) < 0) {

perror(“read”); exit(1);

 read có th s d ng v i socket ể ử ụ ớ

 read blocks đợ ữ ệ ừ i d li u t máy khách Hàm read không đả m b o kích th ả ướ c d ữ

li u ệ đọ đượ ằ c c b ng kích th ướ c d li u ch nh sizeof(buf) ữ ệ ỉ đị

Socket I/O: write()

 L nh ệ write có th dùng v i m t socket ể ớ ộ

struct sockaddr_in srv; /* used by connect() */

/* 1) create the socket */

/* 2) connect() to the server */

/* Example: A client could “write” a request to a server

fgets

fputs Usage:

%server <listen port>

%client <server’s IP address> <server’s listen port number>

Ch ươ ng trình máy ch ủ Echo

 tcpserv01.c

Ch ươ ng trình máy khách Echo

 tcpcli01.c

Review: TCP Client-Server

Interaction

socket()bind()listen()accept()

write()read()

read()close()

connection establishment data request

data reply end-of-file notification

Datagram (UDP) Client/Server

close() sendto()

recvfrom() sendto()

recvfrom() close()

Client

data (request)data (reply)

socket() bind() socket()

recvfrom() and sento()

 sockfd = Mô tả file của socket

 buff = Con trỏ trỏ đến buffer để nhận/gửi dữ liệu

 nbytes = Số lượng byte nhận/gửi

 flags = dùng với các hàm xuất nhập I/O (mặc định là 0)

 from = Con trỏ trỏ đến cấu trúc địa chỉ socket chứa thông tin của bên gửi gói tin

 to = Con trỏ trỏ đến cấu trúc địa chỉ socket chứa thông tin của bên nhận gói tin

 addrlen = kích thước của cấu trúc địa chỉ socket

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags,

struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags,

const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen); Both return: number of bytes read or written if OK, –1 on error

IP

Ethernet Adapter

NTPdaemon

Port 123

 Máy ch cung c p th i gian m ng NTP ủ ấ ờ ạ

 Máy ch ủ UDP c n làm gì ầ để máy khách UDP có th k t n i ể ế ố đế n?

Socket I/O: socket()

 Máy ch UDP ph i t o socket ủ ả ạ datagram …

if((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {

Socket I/O: bind()

 Gán c ng cho ổ socket …

struct sockaddr_in servaddr; /* used by bind() */

/* create the socket */

/* bind: socket ‘fd’ to port 80*/

/* bind: a client may connect to any of my addresses */

perror("bind"); exit(1);

}

Socket I/O: recvfrom()

struct sockaddr_in servaddr; /* used by bind() */

struct sockaddr_in cliaddr; /* used by recvfrom() */

int cliaddr_len = sizeof(cliaddr); //used by recvfrom()

/* 1) create the socket */

/* 2) bind to the socket */

nbytes = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0 /* flags */,

(struct sockaddr*) &cliaddr, &cliaddr_len);

if(nbytes < 0) {

perror(“recvfrom”); exit(1);

Socket I/O: recvfrom() continued

nbytes = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0 /* flags */,

(struct sockaddr*) cli, &cli_len);

 copy nbytes dữ liệu vào buf

 Làm th nào ế để ộ m t máy khách UDP

liên l c v i máy ch ạ ớ ủ UDP?

Socket I/O: sendto()

 Không s d ng l nh write ử ụ ệ

 Máy khách UDP không gán s hi u c ng c a máy ch cho socket ố ệ ổ ủ ủ

 Số hiệu cổng được gán động khi lệnh sendto được gọi lần đầu tiên

/* 1) create the socket */

/* sendto: send data to IP Address “198.0.0.50” port 123 */

srv.sin_family = AF_INET;

srv.sin_port = htons(123);

srv.sin_addr.s_addr = inet_addr(“198.0.0.50”);

nbytes = sendto(fd, buf, sizeof(buf), 0 /* flags */,

(struct sockaddr*) &srv, sizeof(srv));

if(nbytes < 0) {

Review: UDP Client-Server Interaction

socket()bind()recvfrom()

blocks until datagram received from a client data request

data reply

Chuy n đ i tên mi n thành đ a ch ể ổ ề ị ỉ

IP

 gethostbyname cung c p giao diên ấ đế n h th ng tên mi n DNS ệ ố ề

 struct hostent *gethostbyname (const char *hostname);

struct hostent {

char *h_name; /* Tên miền chính thức */

char **h_aliases; /* Con trỏ trỏ tới chuỗi con trỏ tên miền alias */

int h_addrtype; /* Họ giao thức: AF_INET */

int h_length; /* Kích thước địa chỉ: 4 */

char **h_addr_list; /* Con trỏ trỏ tới chuỗi con trỏ địa chỉ IPv4*/

};

#include <netdb.h>

struct hostent *hp;

struct sockaddr_in peeraddr;

char *name = “www.vnu.edu.vn”;

peeraddr.sin_family = AF_INET;

M t s hàm khác ộ ố

 gethostbyaddr

 struct hostent *gethostbyaddr (const char *addr, socklen_t len, int family);

 addr: Con trỏ trỏ tới cấu trúc in_addr chứa địa chỉ IPv4

 trả về con trỏ trỏ tới cấu trúc hostent với tên miền tương ứng

char *s_name; /* official service name */

char **s_aliases; /* alias list */

int s-port; /* port number, network-byte order */

char *s_proto; /* protocol to use */

};

Bài t p 1 ậ