TECN.PROG.SIST.INF. UDP socket in Windows. Roberta Gerboni

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1 Roberta Gerboni

2 Schema logico della comunicazione UDP in linguaggio C mediante Datagram socket. bind () Con i datagram socket (SOCK_DGRAM) viene realizzata una comunicazine che permette di scambiare dati senza connessione (i messaggi contengono l indirizzo di destinazione e di provenienza); non viene garantito l ordine e neppure l arrivo dei pacchetti. 2

3 I programmi in linguaggio C per utilizzare le diverse funzioni che consentono di gestire i socket devono includere la libreria WinSock2.h. ATTENZIONE: La API di Windows WinSock per la gestione dei socket non fa parte del sistema operativo, ma è una libreria esterna dinamica (Dynamic Link Library) per questo motivo è necessario richiamare: una funzione di inizializzazione WSAStartup ( ) prima dell uso delle funzioni API una funzione di terminazione WSACleanup ( ) dopo l uso delle funzioni API WSADATA wsadata; // Crea una variabile di nome wsadata di tipo WSADATA // inizializzazione WinSock (versione 2.2) if (WSAStartup(0x0202, &wsadata)!= 0) return -1; // apertura socket UDP if ((socket_id = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP))==INVALID_SOCKET) { WSACleanup(); return -1; }... 3

4 Client UDP Per gestire una comunicazione di rete con il protocollo UDP in linguaggio C, creiamo una funzione per inizializzare il socket che chiamiamo: int UDP_init (unsigned short port_number) che: UDP_init ( ) // Dichiara alcune strutture dati // inizializza WinSock (versione 2.2) // apre un socket UDP // inizializza la struttura del socket aperto (indirizzo IP locale e Numero porta ricevuto come parametro) // associa il socket aperto ad un numero di porta (bind) // imposta il socket come non bloccante UDP_send( ) 4

5 La funzione UDP_init( ) // Dichiarazione di alcune strutture dati // Chiamata per poter usare le API SOCKET socket_id; // variabile globale che identifica il socket del mittente // Apertura socket UDP // Inizializzazione struttura del socket // associazione del socket aperto ad un numero di porta // impostazione del socket come non bloccante 5

6 WSADATA e WSAStartup( ) typedef struct WSAData { WORD wversion; WORD whighversion; char szdescription[wsadescription_len+1]; char szsystemstatus[wsasys_status_len+1]; unsigned short imaxsockets; unsigned short imaxudpdg; char FAR *lpvendorinfo; } WSADATA, *LPWSADATA; WSA (Windows Sockets API ) La struttura WSADATA contiene informazioni sulla implementazione dei Socket Windows. La funzione WSAStartup( ) consente ad un processo di usare la libreria DLL Winsock restituendo il puntatore alla struttura dati WSADATA. int WSAStartup ( _In_ WORD wversionrequested, _Out_ LPWSADATA lpwsadata ); La versione più alta della specifica Windows Sockets che il chiamante può utilizzare. Il byte più significativo specifica il numero secondario della versione; il byte meno significativo specifica il numero principale di versione. Viene restituito il puntatore alla struttura dati WSADATA che viene riempita dalla funzione e quindi conterrà le caratteristiche della DLL Windows Sockets. 6

7 (funzione UDP_init( )) Dichiarazione delle strutture dati struct sockaddr_in { short sin_family; u_short sin_port; struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8]; }; struct in_addr { u_long s_addr; //32-bit long }; struct sockaddr { u_short sa_family; //16-bit long char sa_data[14]; }; Valori sin_family = AF_INET sin_port : port # ( ) sin_addr.s_addr : IP address sin_zero : non utilizzato Variabile add di tipo sockaddr_in 7

8 Apre (crea) un socket specificando: (funzione UDP_init( )) SOCKET socket (int family, int type, int protocol) la famiglia, il tipo, il protocollo che si vuole usare Parametri Family Type Protocol Valori AF_UNIX connessione all interno della stessa macchina AF_INET connessione con un altra macchina utilizzando il protocollo IPv4; AF_INET6 con il protocollo IPv6. SOCK_STREAM connessione TCP per flusso di byte SOCK_DGRAM connessione UDP per datagram IPPROTO_TCP è usato quando il tipo è SOCK_STREAM e la famiglia AF_INET o AF_INET6 IPPROTO_UDP è usato quando il tipo è SOCK_DGRAM e la famiglia AF_INET o AF_INET6 Valore restituito: se non si verificano errori, il riferimento (numero naturale) al descrittore del nuovo socket creato. In caso di errore, viene restituito un valore di INVALID_SOCKET, che può essere recuperato chiamando WSAGetLastError(). 8

9 (funzione UDP_init( )) bind associa un socket ad un numero di porta specificato. int bind (_In_ SOCKET s, _In_ struct sockaddr * add, _In_ int dim ) Identificatore creato per un socket, ma non ancora associato ad un socket. Puntatore a una struttura di tipo sockaddr che contiene l'indirizzo locale (IP e numero porta). Riassumendo: 1. Quando un socket viene creato con la funzione socket( ) viene generato un identificatore (numero) del socket aperto (ad esempio della famiglia AF_INET), ma non ha ancora alcun indirizzo assegnato (IP e numero porta). 2. Si inizializza la struttura add di tipo sockaddr_in con l indirizzo IP e Numero porta (campi: sin_family, sin_port, sin_addr. s_addr) Dimensione in byte della struttura add che contiene l indirizzo locale del socket Valore restituito: se non si verificano errori restituisce zero. In caso di errore, restituisce SOCKET_ERROR, che può essere recuperato chiamando WSAGetLastError(). 3. Infine: bind ( ) associa la struttura add, della quale si passa il puntatore, al riferimento s. Se il numero di porta specificato è zero, il sistema assegna un numero di porta dinamico che in Windows Vista e versioni successive, è un valore compreso tra e Specificare zero è consigliato per le applicazioni client. In questo caso la funzione getsockname ( ) fornisce l'unico modo per determinare l'associazione locale (IP e numero di porta) che è stata impostata dal sistema. 9

10 (funzione UDP_init( )) Struttura add di tipo sockaddr_in 10

11 TECN.PROG.SIST.INF. Parameters UDP socket in Windows (funzione UDP_init( )) ioctlsocket controlla la modalità di I/O di un socket. int ioctlsocket (_In_ SOCKET s, _In_ long cmd, _Inout_ u_long * argp ) Identificatore di un socket. Operazione da effettuare (FIONBIO FIONREAD.) Questa funzione può essere utilizzata per qualsiasi socket. Viene utilizzata per impostare o recuperare i parametri operativi legati al socket, indipendentemente da quale sia il protocollo e dal sottosistema di comunicazione. Alcuni comandi supportati nel parametro cmd sono: FIONBIO Puntatore ad un valore (0 o 1) per disabilitare o abilitare la modalità non bloccante. [Non-0 (ad es. 1) per abilitare la modalità non bloccante] Valore restituito: se non si verificano errori restituisce zero. In caso di errore, restituisce SOCKET_ERROR, che può essere recuperato chiamando WSAGetLastError(). Se utilizzato con un parametro argp diverso da zero abilita la modalità non bloccante del socket identificato da s. Se la variabile puntata dal parametro argp è zero non bloccante è disattivato. Quando viene creato un socket, funziona in modalità bloccante per default. FIONREAD utilizzato per determinare la quantità di dati in sospeso nel buffer di ingresso della rete che possono essere letti dal socket s. La funzione ioctlsocket memorizza tale valore come risultato nella variabile puntatata da argp. 11

12 (funzione UDP_init( )) Socket bloccanti e non bloccanti Nella libreria Winsock sono disponibili due modelli di I/O per i socket uno bloccante e uno non bloccante. Un modello di I/O è il metodo utilizzato per controllare il flusso del programma che si occupa di gestire ingresso e uscita da e verso rete. Originariamente, le Berkeley socket hanno utilizzato il modello di I/O bloccante che prevede che tutte le funzioni socket operino in modo sincrono, ossia, una funzione resta bloccata fino a quando l'operazione di I/O non è terminata. Questo tipo di comportamento è non gradito in ambiente Windows e per questo sono state realizzate delle funzioni, come ad esempio ioctlsocket( ), per consentire l uso di socket non bloccati. Quando un socket è in modalità non-blocking, le funzioni Winsock che operano su di esso non potranno mai bloccare il processo chiamante in un attesa indefinita o per parecchio tempo, ma ritornano sempre subito senza inviare dati, con il seguente significato: non ci sono dati pronti per essere spediti magari semplicemente perché non è il momento giusto per eseguire l'operazione. e in questo caso viene restituito il codice di errore Winsock: WSAEWOULDBLOCK. 12

13 Socket bloccante (funzione UDP_init( )) Inizio Copia Quando il socket deve effettuare un operazione di I/O, se questa non puo essere terminata immediatamente il processo si mette in attesa aspettando la fine dell operazione. 13

14 (funzione UDP_init( )) Socket non bloccante WSA WSA Inizio Copia Se l operazione di input non puo essere terminata perché non c e nemmeno un byte per il socket TCP o nemmeno un datagram per il socket UDP, la funzione ritorna immediatamente al chiamante restituendo il codice d errore WSAEWOULDBLOCK che letteralmente significa L errore, avrebbe bloccato. In realtà non è un vero errore, è come se rispondesse Io non posso soddisfare la richiesta in questomomento, riprova più tardi. 14

15 Client UDP Dopo aver inizializzato il socket con la funzione UDP_init( ) viene richiamata la funzione: int UDP_send( unsigned long ip_address, unsigned short port_number, unsigned char data[], int byte) che: // Dichiara la struttura che conterrà l indir. del destinatario // inizializza la struttura del socket aperto (indirizzo IP e Numero porta ricevuto come parametro) // trasmette il datagram UDP_send ( ) UDP_receive( ) 15

16 La funzione UDP_send( ) Del destinatario Stringa da inviare e sua lunghezza in byte // Dichiarazione struttura add // Inizializzazione struttura del socket del destinatario SOCKET socket_id; // variabile globale che identifica il socket del mittente // Trasmissione del datagram 16

17 (funzione UDP_send( )) Invia dati a uno specifico destinatario mediante un socket UDP. Identificatore del socket di invio (mittente) int sendto( _In_ SOCKET s, _In_ const char *buf, _In_ int len, _In_ int flags, _In_ const struct sockaddr *to, _In_ int tolen ) Puntatore al buffer contenente i dati da inviare e la lunghezza in byte I flags specificano delle modalità di funzionamento avanzate (0=standard). Puntatore opzionale a una struttura di tipo sockaddr che contiene l'indirizzo del socket di destinazione (numero porta e indirizzo IP.) Dimensione in byte della struttura puntata da to. Valore restituito: se non si verificano errori restituisce il numero di byte inviati che può essere minore di len. In caso di errore, restituisce SOCKET_ERROR, che può essere recuperato chiamando WSAGetLastError(). Se un socket viene aperto (funzione socket( )) e poi viene fatta una chiamata sendto( ) Windows Sockets esegue una chiamata implicita della funzione bind( ). 17

18 Client UDP Dopo aver inviato una richiesta al server utilizzando la funzione UDP_send( ), il client attiva la funzione di ricezione per avere una risposta dal server stesso. int UDP_receive( unsigned long *ip_address, unsigned short *port_number, unsigned char data[], int size) UDP_receive ( ) // Dichiara la struttura che conterrà l indir. del mittente // si pone in ricezione del datagram (non bloccante) // estrae, dalla struttura ricevuta insieme al datagram, l indirizzo IP e numero porta del mittente UDP_close( ) 18

19 La funzione UDP_receive( ) Del mittente Buffer che conterrà i dati ricevuti e sua dimensione in byte // Dichiarazione struttura add // Ricezione del datagram ntohl() (network to host-long) trasforma l indirizzo IP da formato Big Endian (formato neutro della rete) in un long integer (formato host). Il numero n (che indica il numero di byte ricevuti) restituito dalla funzione recvfrom( ) viene anche restituito al programma chiamante. Dalla struttura add ricevuta dalla funzione recvfrom( ) vengono estratti l indirizzo IP e il numero di porta e assegnati rispettivamente alle variabili puntate da ip_address e port_number che saranno restituite dalla funzione UDP_receive perché passate per indirizzo. 19

20 (funzione UDP_receive( )) Riceve un datagram da un mittente mediante un socket UDP e cattura anche l indirizzo di provenienza. Identificatore del socket di ricezione. int recvfrom( _In_ SOCKET s, _Out_ char *buf, _In_ int len, _In_ int flags, _Out_ struct sockaddr *from, _Inout_opt_ int *fromlen) Puntatore al buffer che conterrà i dati ricevuti e la dimensione in byte del buffer I flags specificano delle modalità di funzionamento avanzate (0=standard). Puntatore opzionale a una struttura di tipo sockaddr che contiene l'indirizzo del socket del mittente (numero porta e indirizzo IP) per poter rispondere. Puntatore alla dimensione in byte della struttura puntata da from. Valore restituito: se non si verificano errori restituisce il numero di byte ricevuti. Se la connessione è stata chiusa normalmente, il valore restituito è zero. In caso di errore, restituisce SOCKET_ERROR, che può essere recuperato chiamando WSAGetLastError(). La funzione recvfrom( ) legge i dati in arrivo su socket connessi e non connessi anche se viene in genere utilizzata con socket senza connessione. 20

21 Client UDP Dopo aver ricevuto i dati con UDP_receive( ) viene richiamata la funzione di chiusura del socket che consente di teminare il processo client. void UDP_close( ) // Chiude il socket. UDP_close ( ) // termina l uso della WinSock2 consentendo di liberare tutte le risorse allocate per utilizzare i servizi di Windows Socket. 21

22 Server UDP UDP_init ( ) UDP_receive ( ) UDP_send ( ) UDP_close ( ) 22

23 Server UDP Indirizzo IP e numero di porta del mittente buffer contenente i dati ricevuti dal mittente Indirizzo IP e numero di porta del destinatario 23

24 Client UDP 24

25 Client UDP 25