Le document traite des sockets, qui permettent la communication entre processus sur une même machine ou sur des machines différentes, en détaillant leurs modes de communication (connecté et non connecté) ainsi que les protocoles associés (TCP et UDP). Il explique également la création, l'attribution d'adresses externes, et la gestion des connexions, y compris les étapes pour établir une communication client-serveur. Enfin, le document fournit des exemples de code et des structures nécessaires pour la programmation des sockets en C.

1. Les sockets

2. Sockets (prises)
2
 Les sockets permettent la communication entre
processus situés
 sur une même machine
 ou sur des machines différentes
 Socket est un point d'une communication :
 envoi: un message est envoyé vers une socket
 réception: un message est reçu sur une socket
 Deux modes de communication
 mode non connecté (sans connexion)
 messages (ou datagrammes)
 transport non fiable
 mode connecté (avec connexion)
 séquences de caractères (flot d’octets ou stream)
 transport fiable
 ordre FIFO

3. Insertion dans l’environnement
4
 Pour chaque socket le système gère la structure de données
nécessaire à la communication (tampon + indices dans
tampon + …)

4. Désignation (ou nommage)
5
 Désignation d'une socket:
 Désignation (ou adresse) interne : indice dans la table des
descripteurs de fichiers du processus
 Désignation (ou addresse) externe : adresse IP machine + numéro
de port

5. Place des sockets
7
 Les sockets fournissent une
interface d’accès, à partir d’un
hôte, aux interfaces de transport
TCP et UDP
 TCP (mode connecté) :
 une liaison est établie au
préalable entre deux hôtes,
 ensuite les messages (plus
exactement des flots d’octets)
sont échangés sur cette liaison
 UDP (mode non connecté) :
 aucune liaison n’est établie
 Les messages sont échangés
individuellement

6. TCP vs UDP
8
TCP
 Communication par flots
d’octets
 Transmission fiable
 Fiabilité garantie dès lors
que la liaison physique
existe
 Transmission ordonnée
 Ordre de réception
identique à l’ordre
d’émission
 Contrôle de flux
 Permet au récepteur de
limiter le débit d’émission en
fonction de ses capacités
UDP
 Communication par
datagrammes
 Transmission non fiable
 il n'y a pas de garantie de
bonne livraison d'un
datagramme à sa
destination
 Transmission non
ordonnée
 l'ordre d'arrivée des
datagrammes peut différer
de l'ordre d'envoi

7. Principes de base
9
1. Chaque machine crée une socket,
2. Chaque socket sera associée à un port de sa
machine hôte,
3. Les deux sockets seront explicitement connectées
si on utilise un protocole en mode connecté …,
4. Chaque machine lit et/ou écrit dans sa socket,
5. Les données vont d’une socket à une autre à
travers le réseau,
6. Une fois terminé chaque machine ferme sa socket.

8. Définition des sockets
10
 Familles de sockets :
 processus sur la même station Unix :
 sockets locales (AF_UNIX)
 processus sur des stations différentes à travers Internet :
 sockets Internet (AF_INET)
 Modes de communication :
 Datagrames – ou mode non connecté (SOCK_DGRAM)
 Flôt de données – ou mode connecté (SOCK_STREAM)
 Protocoles de sockets : IP, IPSec, AppleTalk,…

9. Format de présentation en mémoire
Ordre des bits
11
 Les données ne sont pas représentées de la même
façon par tous les processeurs (host byte order ou
ordre des octets de l’hote)
 Big Endian : bit de poids fort à gauche
 Little Endian : bit de poids fort à droite
 Expression des @ des machines et des numéros de
ports :
 Une communication met en jeu 2 machines identifiées
par @machine et #port
 Les deux machines peuvent avoir des codages
différents des nombres
 Pour remédier à ce problème, le protocole IP définit un
standard, le network byte order (ordre des octets du
réseau)  Big Endian

10. Conversion des nombres
12
 htons() : host to network short (2 octets)
 convertit un entier court (short) depuis l'ordre des
octets de l'hôte (Host byte order) vers celui du réseau
(Network byte order).
 htonl() : host to network long (4 octets)
 convertit un entier long depuis l'ordre des octets de
l'hôte vers celui du réseau
 ntohs() : network to host short
 convertit un entier court depuis l'ordre des octets du
réseau vers celui de l'hôte
 ntohl() : network to host long
 convertit un entier long depuis l'ordre des octets du
réseau vers celui de l'hôte

11. Conversion des @IP
13
 in_addr inet_addr (const char *cp);
 convertit l'adresse Internet de l'hôte cp depuis la notation
standard avec nombres et points en une donnée binaire dans
l'ordre des octets du réseau
 si l'adresse est invalide, -1 est renvoyé
 char * inet_ntoa (struct in_addr in);
 convertit l'adresse Internet de l'hôte in donnée dans l'ordre des
octets du réseau en une chaîne de caractères dans la
notation avec nombres et points
 Le numéro fictif INADDR_ANY signifie que la socket peut-
être associée à n'importe quelle adresse IP de la machine
locale (s'il en existe plusieurs).

12. La fonction gethostbyname
14
 Utiliser les DNS (Domain Name Services) pour éviter la
manipulation des @IP (www.google.com  216.239.39.99)
 La fonction gethostbyname renvoie une structure de données
(hostent) en interrogeant le serveur DNS avec le nom de l’hôte
(name)
struct hostent { char *h_name;
char **h_aliases;
int h_addrtype;
int h_length;
char **h_addr_list;
}
#define h_addr h_addr_list[0]
h_name : nom officiel de l'hôte
h_aliases : table d'alternatives au
nom officiel de l'hôte
h_addrtype : type d'adresse
(AF_INET)
h_length : longueur, en octets, de l’@
h_addr_list : table d’@ réseau pour
l'hôte, avec l'ordre des octets du
réseau
struct hostent * gethostbyname (const char *
name);

13. Programmation des sockets
15
 Plusieurs langages possibles :
 C, C++, Java, JavaScript, PHP, …
 Plusieurs systèmes d’exploitation
 Windows, Linux, MacOS,…
Dans la suite, on traite les sockets uniquement
en langage C avec le système d’exploitation
Linux

14. struct sockaddr {
unsigned short sa_family;
unsigned char sa_data[14];
};
 Une structure générique qui permet d'utiliser n'importe quelle
couche réseau (IP, IPSec, AppleTalk,...)
 sa_family : contient le type d’adresse : AF_INET ou AF_UNIX
 sa_data : contient l’adresse de destination et le numéro de
port
 Il existe également une autre structure faite pour contenir les
informations IP, c'est cette structure là que l'on va utiliser.
Adresse générique d’une socket
16

15. Adresse Internet d’une socket
17
 sockaddr_in :
 adresse Internet
 Plus spécialisée que sockaddr
 Même taille que sockaddr
 sin_family :
 AF_UNIX ou AF_INET
 sin_port :
 le numéro de port
 sin_addr :
 une structure de type addr_in qui servira à
contenir l'adresse IP destination
 sin_zero :
 une suite des zero
 Nécessaire pour que la taille de la
structure sockaddr_in soit la même que
celle de sockaddr.
 L’affectation des zeros doit être réalisée
avec la fonction memset()
struct in_addr {
unsigned long s_addr;
};
struct sockaddr_in {
unsigned short sin_family;
unsigned short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};

16. socket : définition de socket
18
 Création d'une socket = allocation de la structure de
données:
int socket (int domaine, int type, int protocole)
 domaine:
 AF_UNIX : pour communication locale (même machine)
 AF_INET : réseau internet
 type:
 SOCK_STREAM : mode connecté, communication fiable, TCP
 SOCK_DGRAM : mode non connecté, communication non
fiable, UDP
 protocole: la valeur 0 emploie le protocole par défaut selon
le type
 l'appel retourne
 un descripteur de socket ( = indice dans la table des descripteurs
de fichiers du processus)

17. bind : attribution d'une adresse
externe
19
 Après sa création, une socket n'a pas d'adresse
externe;
 une adresse externe est attribuée grâce à la fonction
bind
int bind (int sockfd, struct sockaddr * my_addr, int
addr_len)
 sockfd: descripteur de socket
 my_addr: pointeur sur une structure sockaddr qui
contient
 adresse machine locale (adresse IP)

18. close : fermeture d’une socket
20
 pour fermer la socket :
int close (int sockfd)
 sockfd: descripteur de socket.

19. Communication en mode déconnecté
(UDP)
21
 le serveur et le client ouvrent chacun une « socket »
 le serveur la nomme (il l’attache à un de ses ports (un
port précis))
 le client ne nomme pas sa socket (elle sera attachée
automatiquement à un port lors de l’émission)
 le client et le serveur dialogue : sendto(…) et
recvfrom(…)
 finalement toutes les sockets doivent être refermées
 Les deux extrémités n’établissent pas une
connexion :
 elles ne mettent pas en œuvre un protocole de maintien de
connexion
 si le processus d’une extrémité meurt l’autre n’en sait rien !

20. Communication en mode déconnecté
(UDP)
22
 socket() : création d’une
socket
 bind() : attache la socket à une
adresse externe (@ et #Port)
 sendto() : envoi d'un message
 recvfrom() : réception du
message
 close() : fermeture de la socket

21. Communication en mode déconnecté
(UDP)
23

22. sendto : envoi en mode datagrammes
(UDP)
24
int sendto ( int sockfd, void *buf, int long, int option,
struct sockaddr *dst, int lg_addr )
 sockfd: descripteur de socket de l'émetteur;
 buf: adresse du buffer contenant le message à
envoyer;
 long: longueur du message à envoyer;
 dst: adresse externe de la socket du destinataire
(machine, port);
 si sockfd n'est pas lié à un port local (fonction bind),
ceci est fait automatiquement par l'appel sendto (le
numéro de port est choisi parmi les ports libres);
 option 0 pour DGRAM
 retourne le nombre d’octets effectivement envoyés

23. recvfrom : réception en mode datagrammes
(UDP)
25
int recvfrom (int sockfd, void * buf, int long, int
option,
struct sockaddr *exp, int * lg_addr)
 sockfd: descripteur de socket du récepteur
 buf: buffer pour stocker le message reçu
 long: taille du buffer
 exp: adresse externe de l'expéditeur (machine, port),
pour l'envoi d'une éventuelle réponse
 l'appel retourne la longueur du message reçu
 ne permet de recevoir qu’un seul message:
exactement un message est extrait du tampon de
réception. S’il est plus long que l’espace alloué par le
récepteur, il est tronqué et le reste du message est
perdu.

24. Serveur UDP
(Squelette)
Création de
socket
Création de l’@
externe de socket
Attachement de
socket
Réception de msg
Envoi de msg
Fermeture de
socket

25. Création de
socket
Création de l’@
externe de socket
serveur
Réception de msg
Envoi de msg
Fermeture de
socket
Client UDP
(Squelette)

26. Communication en mode connecté
(TCP)31
 2 phases:
 établissement de la connexion,
 puis communication
 Echange bidirectionnel fiable de séquences d'octets
(ordre FIFO)
 Une fois la connexion établie: P1 désigne pour
envoyer et recevoir; P2 désigne pour envoyer et
recevoir

27. Communication en mode connecté
(TCP)32
 Etapes d’une connexion client-serveur en TCP :
 le serveur et le client ouvrent chacun une « socket »
 le serveur la nomme (il l’attache à un de ses ports (un port
précis))
 le client n’est pas obligé de la nommer (elle sera attachée
automatiquement à un port lors de la connexion)
 le serveur écoute sa socket nommée
 le serveur attend des demandes de connexion
 le client connecte sa socket au serveur et à un de ses ports (précis)
 le serveur détecte la demande de connexion
 une nouvelle socket est ouverte automatiquement
 le serveur crée un processus pour dialoguer avec le client
 le nouveau processus continue le dialogue sur la nouvelle socket
 le serveur peut attendre en parallèle de nouvelles demandes de
connexions
 finalement toutes les sockets doivent être refermées

28. Communication en mode connecté
(TCP)33
 socket() : création d' une
socket
 bind() : attache la socket à
une adresse externe (@ et
#Port)
 listen() : écoute de
connexions
 connect() : demande une
connexion
 accept() : accepte la
connexion
 send() : envoi de données
 recv() : réception des

29. Communication en mode connecté
(TCP)34
Etapes d’une connexion client-serveur en
TCP :

30. Communication en mode connecté
(TCP)35
Etapes d’une connexion client-serveur en
TCP :

31. Communication en mode connecté
(TCP)36
 Détection de fin de connexion:
 Protocole de maintien de connexion
 Si le processus d’une extrémité meurt l’autre en est
averti
 Si le client meurt la nouvelle socket automatiquement
ouverte sur le serveur est détruite

32. TCP: établissement de la
connexion37
 L'établissement de la connexion n'est pas symétrique
 Protocole du client / Protocole du serveur
 Serveur : se déclare prêt à accepter une connexion en
désignant 4
 Client : demande une connexion en désignant 1 et 3
 Cette demande provoque la création de la socket 5|6,
et connecte 1|2 avec 5|6

33. Etablissement de connexion:
client38

34. Client-serveur en mode
concurrent
 Pour réaliser un serveur en mode concurrent
(pour servir plusieurs clients simultanément):
 créer un nouveau processus pour servir chaque
demande de connexion
 le programme principal du serveur ne faisant que la
boucle dʼattente sur les demandes de connexion
 Le processus principal (appelé veilleur) attend
sur accept()
 Lorsquʼil reçoit une demande de connexion, il crée
un processus fils (appelé exécutant) qui va
interagir avec le client
 Le veilleur revient se mettre en attente sur
accept()
 Plusieurs exécutants peuvent exister
39

35. Etablissement d'une connexion:
serveur40

36. Serveur e client en mode TCP
41

37. TCP côté client: connect( )
42
 Demande de connexion (par le client):
int connect (int sockfd, struct sockaddr *dst_addr,
int len);
 sockfd: descripteur de la socket du client
 dst_addr: pointeur sur la structure sockaddr qui
contient
 adresse IP de la machine serveur;
 numéro de port;
 len: longueur de la structure dst_addr
 l'appel retourne 0 en cas de succès, -1 en cas

38. TCP côté serveur: listen ( )
43
 Ouverture du service:
int listen (int sock, int len)
 sock: descripteur de socket
 len: longueur maximale de la queue de demandes de
connexion
 une fois cette limite atteinte, une nouvelle demande de
connexion d'un client échoue
 l'appel retourne 0 en cas de succès, -1 en cas d'erreur

39. TCP côté serveur: accept ( )
44
 Attente de demande de connexion:
int accept ( int sockfd, struct sockaddr *client_addr,
int *len);
 sockfd: descripteur de socket
 client_addr: pointeur sur une structure sockaddr qui
contiendra
 adresse machine du client connecté (adresse IP)
 numéro de port
 len: longueur de la structure client_addr
 l'appel retourne le descripteur de la socket créée, ou –1
en cas d'erreur

40. send/recv: envoi et reception en mode TCP
45
int send ( int sockfd, void *buf, int long, int option)
 sockfd: descripteur de socket de l'émetteur;
 buf: adresse du buffer contenant les données à
envoyer;
 long: taille des données à envoyer;
int recv( int sockfd, void *buf, int long, int option)
 sockfd: descripteur de socket de récepteur;
 buf: adresse du buffer contenant les données à
recevoir;
 long: taille des données à recevoir;

41. Client TCP

42. Serveur TCP (1/2)

43. Serveur TCP (2/2)
Pour un serveur concurrent (ou parallèle): cette fonction
serait
lancée en tant que tâche disjointe (exécutant) pour chaque
client