Netzwerk-Programmierung Programmieren mit sockets Alexander Sczyrba Michael Beckstette {asczyrba,mbeckste}@techfak.uni-bielefeld.de 1
Übersicht Datentypen und Konversionsfunktionen minimaler Client minimaler Server 2
Berkeley sockets sockets API, erstmals in 4.2BSD (1983) sehr genereller Aufbau: TCP/IP named pipes OSI-Protokolle... C-Funktionen Adress- und Portinformationen in structs spezielle Perl-Funktionen zur Typkonversion 3
Namen und Adressen Netzwerk-Interface durch IP-Adresse identifiziert dotted quad-notation: 129.70.132.229 lesbare Namen durch Domain Name System (DNS) www.uni-bielefeld.de 129.70.4.66 keine Bijektion 129.70.4.66 pan1.hrz.uni-bielefeld.de keine mathematische Funktion www.cnn.com (64.236.24.20, 64.236.24.28,... ) 4
Adress-Konversion use Socket; Binärdarstellung für socket-funktionen $iaddr = inet_aton( 129.70.4.66 ); $iaddr = inet_aton( www.uni-bielefeld.de ); alternativ $iaddr = gethostbyname( www.uni-bielefeld.de ); andere Richtung: $dotquad = inet_ntoa($iaddr); Namen ermitteln $name = gethostbyaddr($iaddr, AF_INET); Im Listen-Kontext liefern die gethostby*-funktionen weitere Informationen: ($name, $aliases, $type, $len, $iaddr) = gethostbyname($reqname); ($name, $aliases, $type, $len, $iaddr) = gethostbyaddr($reqiaddr, AF_INET); 5
Aufgaben Wandle die folgenden Namen in Binärdarstellung um. Übersetze diese anschließend in dotted quad-notation zurück, bzw. löse sie mit Hilfe des DNS wieder zu Namen auf. Führe das Skript mehrfach aus. Was ist zu beobachten? @hosts = qw(vino vino.techfak.uni-bielefeld.de www.ebay.com www.uni-paderborn.de www.cnn.com www.bielefeld.de ); Überprüfe die Ergebnisse mit dem Programm nslook: $ nslook -l www.ebay.com $name inet aton $iaddr inet ntoa $dotquad gethostbyaddr $nname addrconv.pl: use Socket; my @hosts = qw(vino vino.techfak.uni-bielefeld.de www.ebay.com www.uni-paderborn.de www.cnn.com www.bielefeld.de ); foreach $in_name (@hosts) { # my $iaddr = gethostbyname($in_name); my $iaddr = inet_aton($in_name); my $dotqd = inet_ntoa($iaddr); my $out_name = gethostbyaddr($iaddr, AF_INET); print "$in_name -> $iaddr -> $out_name ($dotqd)\n"; } 6
weitere Funktionen Protokolle (vgl. /etc/protocols) $proto = getprotobyname( tcp ); $tcp = getprotobynumber(6); Services (vgl. /etc/services) $service = getservbyname( daytime, tcp ); $daytime = getservbyport(13, tcp ); Auch diese Funktionen liefern im Listen-Kontext weitere Informationen zurück. 7
socket-adressen socket: Kombination aus Adresse und Port $sockaddr = sockaddr_in($port, $iaddr); andere Richtung ($port, $iaddr) = sockaddr_in($sockaddr); andere Adressfamilien $fifo = sockaddr_un( /tmp/socket ); 8
Arbeitsweise Client socket() connect() I/O close() Server 9
Client-Code erzeugen eines sockets: socket(socket, PF_INET, SOCK_STREAM, getprotobyname( tcp )) die "can t open socket: $!"; Verbindung herstellen: $sockaddr = sockaddr_in($peer_port, $peer_iaddr)); connect(socket, $sockaddr) die "can t connect: $!"; SOCKET zum lesen/schreiben verwenden socket schließen: close(socket); 10
Aufgaben Schreibe ein Client-Programm, das eine Verbindung aufbaut, alle Daten liest und die Verbindung wieder beendet. Der Zielrechner und der Zielport sollen als Argumente übergeben werden können. Probiere folgende Ports auf dem lokalen Rechner aus: 13 (daytime) 19 (chargen) 37 (time) 7 (echo) Überprüfe zunächst die zu erwartende Ausgabe mit telnet: teak:/homes/joern> telnet teak 13 Trying 129.70.128.82... Connected to teak.techfak.uni-bielefeld.de. Escape character is ˆ]. Mon Jun 2 15:26:22 2003 Connection closed by foreign host. simpleclient.pl: use Socket; if (@ARGV!= 2) { die "usage: $0 <host> <port>\n"; } my $host = shift; my $port = shift; socket(socket, PF_INET, SOCK_STREAM, getprotobyname( tcp )) die "can t open socket: $!"; my $sockaddr = sockaddr_in($port, inet_aton($host)); connect(socket, $sockaddr) die "can t connect: $!"; while ($line = <SOCKET>) { print $line; }; close(socket); 11
socket-informationen Port wird dynamisch zugewiesen (ephemeral port) beliebiges Interface bei multihomed host Informationen über sockets ermitteln: $mysockaddr = getsockname(socket); $hissockaddr = getpeername(socket); Weiterverarbeitung mit sockaddr in() 12
Aufgaben Erweitere das Programm aus der letzten Aufgabe so, daß alle Daten zur Verbindung angezeigt werden. Zur Erinnerung: socket pair: (IP-Adresse L, Port L, IP-Adresse R, Port R ) Rufe das Programm mehrfach auf. Was ist zu beobachten? infoclient.pl:... my $my_sockaddr = getsockname(socket); my ($my_port, $my_iaddr) = sockaddr_in($my_sockaddr); #my $my_addr = inet_ntoa($my_iaddr); my $my_addr = gethostbyaddr($my_iaddr, AF_INET); my $his_sockaddr = getpeername(socket); my ($his_port, $his_iaddr) = sockaddr_in($his_sockaddr); #my $his_addr = inet_ntoa($his_iaddr); my $his_addr = gethostbyaddr($his_iaddr, AF_INET); print "$my_addr.$my_port <--> $his_addr.$his_port\n";... 13
Arbeitsweise Server socket() connect() I/O close() I/O close() socket() bind() listen() accept() close() 14
Server-Code, Teil 1 socket(...) wie im Client socket an Port/Adresse binden: $sockaddr = sockaddr_in($local_port, INADDR_ANY); bind(socket, $sockaddr) die "can t bind socket: $!"; passive open und backlog: listen(socket, SOMAXCONN) die "can t listen: $!"; tatsächliche Größe des backlog abhängig vom Betriebssystem 15
Server-Code, Teil 2 Verbindungen entgegennehmen: $client_sockaddr = accept(connect, SOCKET) accept() blockiert, bis Verbindung hergestellt $client_sockaddr enthält Informationen über peer typischerweise in Schleife: while ($client_sockaddr = accept(... )) {... } CONNECT zum lesen/schreiben verwenden am Ende Verbindungs-socket schließen: close(connect); 16
Server-Code, cont. typischer Server-Code: socket(socket,...) bind(socket,...) listen(socket,...) while ( $sockaddr = accept(connect, SOCKET)) { } print CONNECT... oder line = <CONNECT> close(connect) close(socket) # optional 17
Aufgaben Schreibe einen Server, der auf Verbindungen wartet, zwei Zeilen Text sendet und dann die Verbindung schließt. Die erste Zeile soll den Client begrüßen, die zweite soll die aktuelle Uhrzeit ausgeben: hello teak.techfak.uni-bielefeld.de, nice to meet you it s Mon Jun 2 15:14:17 2003 Du kannst den Server entweder mit dem Client aus der letzten Aufgabe oder mit dem Programm telnet testen. helloserv.pl: socket(socket, PF_INET, SOCK_STREAM, getprotobyname( tcp )) die "can t open socket: $!"; bind(socket, sockaddr_in($server_port, INADDR_ANY)) die "can t bind socket: $!"; listen(socket, SOMAXCONN) die "can t listen: $!"; while (my $client_sockaddr = accept(connect, SOCKET)) { my ($client_port, $client_iaddr) = sockaddr_in($client_sockaddr); my $client_name = gethostbyaddr($client_iaddr, AF_INET); my ($peer_port, $peer_iaddr) = sockaddr_in(getpeername(connect)); my $peer_name = gethostbyaddr($peer_iaddr, AF_INET); } print CONNECT "hello $client_name, nice to meet you\n"; print CONNECT "hello $peer_name, nice to meet you\n"; print CONNECT "it s ",scalar(localtime()),"\n"; close(connect); getpeername(connect) liefert die gleichen Informationen wie $client_sockaddr. 18