Saturday, December 10, 2011

C Programming Lecture 17


Networking in UNIX
Network programming under UNIX is relatively simple in C.
This guide assumes you already have a good general idea about C, UNIX and networks.
                    

A simple client
To start with we'll look at one of the simplest things you can do, initialize a stream connection and receive a message from a remote server.
#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <string.h>
#include  <unistd.h>
#include  <arpa/inet.h>
#include  <sys/types.h>
#include  <netinet/in.h>
#include  <sys/socket.h>

#define  MAXRCVLEN  500
#define
  PORTNUM  2343
int  main(int  argc,  char  *argv[])
{
char  buffer[MAXRCVLEN+1];  /*  +1  so  we  can  add  null  terminator  */ int  len,  mysocket;
struct  sockaddr_in  dest;
mysocket  =  socket(AF_INET,  SOCK_STREAM,  0);
dest.sin_family  =  AF_INET;
dest.sin_addr.s_addr  =  inet_addr("127.0.0.1");  /*  Sets  destination  IP  number  */ dest.sin_port  =  htons  (PORTNUM);  /*  Sets  destination  port  number  */
memset(&(dest.sin_zero),
  '\0',  8);  /*  Zeroes  rest  of  struct  */
connect(mysocket,  (struct  sockaddr  *)&dest,sizeof(struct  sockaddr)); len=recv(mysocket,  buffer,  MAXRCVLEN,  0);
buffer[len]='\0';  /*  We  have  to  null  terminate  the  received  data  ourselves  */ printf("Rcvd:  %s",buffer);






close(mysocket);  /*  Close  the  file  descriptor  when  finished  */ return  EXIT_SUCCESS;
}
This is the very bare bones of a client; in practice, we would check every function that we called for failure, however for clarity, error checking the code has been left out for now.
As you can see, the code mainly resolves around "dest" which is a struct of type sockaddr_in; in this struct we store information about the machine we want to connect to.
mysocket  =  socket(AF_INET,  SOCK_STREAM,  0);
The socket function tells our OS that we want a file descriptor for a socket which we can use for a network stream connection , what the parameters mean is mostly irrelevent for now.
dest.sin_family  =  AF_INET;
dest.sin_addr.s_addr  =  inet_addr("127.0.0.1");  /*Sets  destination  IP  number*/ dest.sin_port  =  htons(PORTNUM);  /*Sets  destination  port  number*/
memset(&(dest.sin_zero),  '\0',  8);  /*Zeroes  rest  of  struct*/

Now we get on to the interesting part,
The first line sets the address family, this should be the same as was used in the socket function, for most purposes AF_INET will serve.
The second line is where we set the IP of the machine we need to connect to. The variable
dest.sin_addr.s_addr is just an integer stored in Big Endian format, but we don't have to know that as the inet_addr function will do the conversion from string into Big Endian integer for us.
The third line sets the destination port number, the htons() function converts the port number into a Big Endian short integer. If your program is going to be solely run on machines which use Big
Endian
 numbers as default then dest.sin_port = 21; would work just as well, however for portability reasons htons() should be used.
The fourth line uses memset to zero the rest of the struct.
Now that's all the preliminary work done, now we can actually make the connection and use it,
connect(mysocket,  (struct  sockaddr  *)&dest,sizeof(struct  sockaddr));

This tells our OS to use the socket mysocket to create a connection to the machine specified in dest.
inputlen=recv(mysocket,  buffer,  MAXRCVLEN,  0);

Now this receives upto MAXRCVLEN bytes of data from the connection and stores them in the
buffer string. The number of characters received is returned by recv(). It is important to note that the data received will not automatically be null terminated when stored in buffer hence we need to do it ourselves with buffer[inputlen]='\0'.
And that's about it !
The next step after learning how to receive data is learning how to send it, if you've understood the
previous section than this is quite easy, all you have to do is used the the send() function which uses
the
 same parameters as receive. If in our previous example "buffer" had the text we wanted to send
and its length was stored in "len" we would do send(mysocket, buffer, len, 0), send() returns the
number of bytes that were sent. It is important to remember send() for various reasons may not be
able to send all of the bytes so it is imporant to check that this value is equal to the number of bytes
you were sending (in most cases this can be resolved by resending the unsent data).





A simple server
#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <string.h>
#include  <unistd.h>
#include  <arpa/inet.h>
#include  <sys/types.h>
#include  <netinet/in.h>
#include  <sys/socket.h>
#define  PORTNUM  2343
int  main(int  argc,  char  *argv[])
{
char  buffer[]="Hello  World  !\n";
int  socksize;  /*we  use  this  to  store  the  size  of  out  sockaddr_in  struct  */ int  mysocket;  /*  The  socket  we  use  to  listen  with  */
int  consocket;  /*  Once  we  have  a  connection  we  get  a  "session"  socket  to  use  */ struct  sockaddr_in  dest; /*  Info  on  the  machine  connecting  to  us  */
struct  sockaddr_in  serv;  /*  Info  on  our  server  */
socksize  =  sizeof(struct  sockaddr_in);
mysocket  =  socket(AF_INET,  SOCK_STREAM,  0); serv.sin_family  =  AF_INET;
serv.sin_addr.s_addr  =  INADDR_ANY;  /*  Set  the  IP  to  our  IP  (given  by INADDR_ANY)  */
serv.sin_port  =  htons(PORTNUM);  /*Sets  server  port  number*/
memset(&(dest.sin_zero),  '\0',  8);  /*Zeroes  rest  of  struct*/
bind(mysocket,  (struct  sockaddr  *)&serv,sizeof(struct  sockaddr));  /*bind  serv information  to  mysocket  */
listen(mysocket,1);  /*  start  listening,  allow  a  queue  of  upto  1  pending connection*/
while(1)
{
consocket  =  accept(mysocket,  (struct  sockaddr  *)&dest,  &socksize);  /*  Get  data ­ the  program  waits  here  for  a  connection*/
printf("Incoming  connection  from  %s  ­  sending welcome\n",inet_ntoa(dest.sin_addr));
send(consocket,  buffer,  strlen(buffer),  0);
   
close(consocket);
}
close(mysocket);
return  EXIT_SUCCESS;
}

Superficially this is very similar to the client, the first important difference is that rather than
creating a sockaddr_in with information about the machine we're connecting to we create it with
information about the server, and then we "bind" it to the socket. This allows the machine to know
the
 data recieved on the port specified in the sockaddr_in should be handled by our specified socket.
The listen command then tells our program to start listening using that socket, the second parameter of listen() allows us to specify the maximum number of connections that can be queued. Each time a connection is made to the server it is added to the queue, we take connections from the queue using
the accept() function.
Then we have the core of the server code, we use the accept() function to take a connection from the queue, if there is no connection waiting on the queue the function causes the program to wait until a connection is received. The accept() function returns us another socket this is essentially a "session" socket solely for communicating with connection we took of the queue. The original socket (mysocket) continues to listen on the prespecified port for further connections.
Once we have "session" socket we can treated it in the same way as with the client using send() and receive() to handle data transfers.
Note that this server can only accept one connection at a time, if you want to simultaneously handle
multiple
 clients then you'll need to use forking off seperate processes to handle the connections.

Useful network functions
int  gethostname(char  *hostname,  size_t  size);

This function takes as parameter a pointer to an array of chars and the size of that array, if possible
it
 then finds out the hostname of the localhost and stores it in the array. On failure it returns ­1.
struct  hostent  *gethostbyname(const  char  *name);

This function obtains information about a domain name and stored it in a hostent struct, in the
hostent structure the most useful part is the (char**) h_addr_list field, this is a null terminated array of IP addresses associated with that domain. The field h_addr is a pointer to the first IP address in the h_addr_list array. Returns NULL on failure.

FAQs

What about stateless connections ?
If you don't want to exploit the properties of TCP in your program but rather just have to use a UDP protocol then you can just switch "SOCK_STREAM" in your socket call for "SOCK_DGRAM" and use it in the same way. It is important to remember that UDP does not guarantee delivery of packets and order of delivery, so checking is important.
If you want to exploit the properties of UDP, then you can use sendto() and recvfrom() which
operate like send() and recv() except you need to provide extra parameters specifiying who you are communicating with.
You should have more info on correcting a failed condition. I have a network connection that is lost. I was looking for the recovery methods. Maybe some information on "netstat ­a | grep ##.##.##.##" would help. Thanks 

0 comments: