2 TCP/IPプログラミング

1 目的

2 関連科目

    情101	ソフトウエア基礎 I	2
    情102	ソフトウエア基礎 II	2
    情103	ソフトウエア基礎演習 I	1
    情104	ソフトウエア基礎演習 II	1
    情211	情報通信	2

3 準備

3.1 TCP/IP

ストリーム

なお、C言語のライブラリ関数である fopen(), fgets(), fputs() なども、ストリームと呼ばれることがある。これは、もともとランダム・アクセス可能で、メモリ中の配列と同じようにアクセスするすることもできるファイルを、まるでプロセス間通信のストリームと同じように扱うことができることに由来する。ストリームの元の意味は、プロセス間通信である。

層

TCP は、IP という通信プロトコルを利用して実現されている。IPは、(信頼性がない)データグラム(datagram)転送サービスを提供する通信プロトコルである。データグラムでは、データの送り手と受けての間に結合が形成されず、途中で順番が変ることや失われることがある。データグラムは、書留めではない郵便に似ている。IPのデータグラムが配達されるときに使われる番地が、IP アドレスである。IPアドレスとしては、現在32ビットの整数が使われている。

TCP層の上は、応用層がある。この層では、ftp, rlogin, WWW, mnews, sendmail などの、TCP/IP を利用するプログラムの間の会話の方法が定義される。TCP/IPを使った通信は、まるでプロセス同士が電話で会話をしているように進められる。普通の電話では、日本語を話す人と英語を話す人は、電話で情報交換ができない。同様に、同じTCP/IPを使っていても、会話の約束事が違うと、まったく情報交換ができない。ゆえに、TCP/IPの上にさらに、情報交換のためにさまざまなプロトコルが取り決められている。

TCP/IPの上に構築されているプロトコルの例を、表1に示す。ポート番号については、後述する。

表1 TCP/IPの上に構築されているプロトコルの例

IPのデータグラムを転送するためには、さまざまな物理的な媒体が使われる。現在LANでは、インターネットやFDDIがよく使われいる。イーサネットは、同軸ケーブルやより対線(Twisted Pair)を使ってデータを転送する。FDDIは、光ケーブルを使っている。モデムなどを使ったシリアル回線では、PPP(Point to Point Protocol)というプロトコルの上に、IPデータグラムが流される。

データグラムは、ネットワーク通信では、最も基本的な転送サービスである。IP上に構築された UDP(User Datagram Protocol)も、IPとほとんど同じ機能を提供する。また、イーサネットやFDDIが提供する転送サービスも、データグラムである。

ホストとルータ

図1で、左端と右端にあり、4層全てそろっている部分がホストである。TCP/IPの通信は、ホストとホストの間で行われる。中央の、2層しかない部分は、ルータである。ルータの仕事は、IP層において行われる。

仮想回線

TCP/IPにおいて、プロセス間に形成されたストリーム通信路のことを、計算機間に張られた物理的な回線に似ていることから、仮想的回線(virtual circuit)とも言う。TCP/IP では、回線を接続する段階では、クライアント・プロセスとサーバ・プロセスは非対称である。一度仮想回線が接続された後は、両方のプロセスは、TCP/IPのレベルでは、まったく対称的になる。

TCP/IPでプロセス間に仮想回線を開設するには、IPアドレスとポート番号が使われる。ポート番号は、同じIPアドレスを持つホスト上で動いているプロセスを区別するために使われる。

図3に、通信路が開設される手順を示す。

(1)サーバ・プロセスがポート番号を指定して、要求受付用ポートを作る。サーバ・プロセスは、クライアント・プロセスからの接続要求を待つ。要求受付用ポートでは、データの送受信はできない。

(2)クライアント・プロセスが通信用ポートを作る。このポートを、サーバ・プロセスが動いているIPアドレスと、サーバ・プロセスが作った通信ポートのポート番号を使って、接続要求を行う(図3(a))。

(3)接続要求が受け付けられると、サーバ・プロセスには、新たに通信用ポートが作られる(図3(b))。これは、特定のクライアントとの通信のために使われる。

こうして一度通信路が開設されると、クライアントとサーバは、どちらからでもデータを送り始めることができる。

表1に示されているポート番号の例は、公に利用目的が決められているものである。それ以外に、1024以上のポート番号は、特に利用目的が決められていないので、空いていれば利用者が自由に使ってもよい。

プロセス間通信におけるクライアント・サーバ・モデル

クライアント・サーバ・モデルは、本来対称的なプロセスを最初にメッセージを送る方(クライアント・プロセス)と受ける方(サーバ・プロセス)に分類することで、プロセス間通信を構造化し、わかりやすくするものである。TCP/IPの接続におけるクライアントとサーバの役割は、このプロセス間通信におけるクライアント・サーバ・モデルの1つの例になっている。

その他に、クライアントとサーバという言葉は、サービスを受ける方と提供する方の意味で使われることがある。インターネットにおけるプロセス間通信では、多くの場合、サービスの授受の関係におけるクライアントとサーバと、プロセス間通信におけるクライアントとサーバが一致している。

ソケット

DNS(Domain Name Service)

インターネットにおける名前サービスは、名前空間をドメイン(領域)に分割して、階層的管理することで実現されている。これを、ドメイン・ネーム・サービス(Domain Name Service, DNS)という。DNSという言葉は、名前サービスを提供するプログラム(名前サーバ)を差すこともある。

DNSでは、主に名前をIPアドレスへ変換するサービスが使われている。その他に、名前から電子メールの配送先、名前から名前サーバが動いているホストの名前、名前から、名前サーバ自身の管理情報、逆にIPアドレスから名前を引くためにも使われる。

3.2 telnet コマンド

4 実験

1. 課題1必修。
2. 課題2必修。
3. 課題3,5から1つ以上選択。課題4,6,7は、オプション。
4. 課題8必修。
5. 課題9-11から1つ以上選択。
6. 課題12必修。
7. 課題13-15から1つ以上選択。

4.1 telnet コマンドによるサーバへのアクセス

4.1.1 telnet コマンドの使い方

    -----------------------------------------------------------------------
    % telnet host1
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    % telnet host1 telnet
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    telnet		23/tcp
    -----------------------------------------------------------------------

telnet コマンドでは、次のように、ホストのIPアドレスとポート番号を数字で打ち込むこともできる。

    -----------------------------------------------------------------------
    % telnet 133.13.30.131 23
    -----------------------------------------------------------------------

	((((133-256)+13)-256)+30)-256+131
	== 2232229507

    -----------------------------------------------------------------------
    % telnet 2232229507
    -----------------------------------------------------------------------

4.1.2 telnet コマンドによる fingerd へのアクセス

finger コマンドは、利用者の情報を表示するコマンドである。finger コマンドは、ネットワーク経由で遠隔の利用者の情報を調べることもできる。そのような finger コマンドの利用例を以下に示す。

    -----------------------------------------------------------------------
    % finger shinjo@pw001↓
      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
    [pw001] 
    Login name: yas       			In real life: Yasushi SHINJO
    Directory: /home/teacher/yas        	Shell: /usr/local/bin/tcsh
    On since Sep 08 19:48:13 on pts/0 from top.ie.u-ryukyu.
    9 minutes 29 seconds Idle Time
    No Plan.
    Login name: j94070    			In real life: Yasushi [j94] Shinjo
    Directory: /home/b5/y94/j94070      	Shell: /usr/local/bin/tcsh
    No Plan.
    Login name: j94077    			In real life: Yasushi SHINJO
    Directory: /home/b2/y94/j94077      	Shell: /usr/local/bin/tcsh
    No Plan.
    % 
    -----------------------------------------------------------------------

この例で、finger コマンドは、クライアントとして、ホスト pw01 のポート番号79(finger)のポートに対して、TCP/IP による仮想回線を開設する。そして、次のような文字列を送る。

    -----------------------------------------------------------------------
    shinjo↓
    -----------------------------------------------------------------------

■課題1:

4.1.3 telnet コマンドによる WWW サーバへのアクセス

表2に、HTTP で定義されている命令の例を示す。これらの命令に対して、サーバは、表3に定義されたような応答を行う。

表2 HTTPで定義されている命令(methods)の例

表3 HTTPで定義されている状態コードの例

URL を持つデータへのアクセス

	http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:80/Welcome.html

    -----------------------------------------------------------------------
    GET /Welcome.html HTTP/1.0↓
    ↓
    -----------------------------------------------------------------------

すると、サーバは、次のようなデータを送る。

    -----------------------------------------------------------------------
    HTTP/1.0 200 Document follows
    MIME-Version: 1.0
    Server: CERN/3.0pre6
    Date: Thursday, 07-Sep-95 13:14:34 GMT
    Content-Type: text/html
    Content-Length: 782
    Last-Modified: Monday, 07-Aug-95 03:55:13 GMT
    <HEAD>
    <TITLE>University of Ryukyus WWW Home Page.</TITLE>
    </HEAD>
    <BODY>
    <IMG SRC="title.gif">
    <H3>
    Welcome to the University of the Ryukyus.
    </H3>
    <HR>
    <H2>
    <UL>
    <LI> <A HREF="http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:20080/Welcome.html"> English</A>
    <LI> <A HREF="http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:20080/Welcome-j.html">
	    Japanese (any,mixed)</A>
    <LI> <A HREF="http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:8002/Welcome-j.html">
	    Japanese (EUC only)</A>
    <LI> <A HREF="http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:8003/Welcome-j.html">
	    Japanese (JIS only)</A>
    <LI> <A HREF="http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp:8004/Welcome-j.html">
	    Japanese (Shift-JIS only)</A>
    <LI> <A HREF="kanji-menu.html"> Kanji code menu </A>
    </UL>
    </H2>
    <HR>
    <ADDRESS>
    <a >Web Master </a>of University of the Ryukyus.
    </ADDRESS>
    </BODY>
    -----------------------------------------------------------------------

最初の空行の次が、データの本体である。この例では、HTMLで記述されたデータが返されている。サーバは、データ転送が完了すると、TCP/IP の結合を切断する。

クライアントは、受け取ったデータをを整形して利用者に対して表示する。たとえば、インライン・イメージとして指定されたデータを続けてサーバに要求して展開したり、フォントを変えたりして表示する。

■課題2:

4.1.4 telnet コマンドによる NNTP サーバへのアクセス

表4 NNTPのコマンド

	    ニュース・グループを選択する。結果として、記事の数、記事の番号
	    の上限と下限が返される。

	    その記事の内容を得る。ニュース・グループが選択されている状態の
	    時に使える。

	    メッセージID <message-id> の記事の内容を得る。

	    ヘルプ・メッセージの表示

	    終了

表5 NNTPの応答

		    記事の数、記事番号の上限、下限、ニュース・グループ名。

telnet コマンドを利用して、NNTP サーバに接続

    -----------------------------------------------------------------------
      1: % telnet spn.ie.u-ryukyu.ac.jp nntp↓
	   ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
      2: Trying 133.13.31.5 ...
      3: Connected to spn.ie.u-ryukyu.ac.jp.
      4: Escape character is '^]'.
      5: 200 spn NNTP[auth] server version 1.5.12.1 (1 Jan 1995) ready at Thu Sep  7 22:56:28 1995 (posting ok).
      6: help↓
	 ^^^^^^
      7: 100 This server accepts the following commands:
      8: ARTICLE     BODY         GROUP
      9: HEAD        LAST         LIST
     10: NEXT        POST         QUIT
     11: STAT        NEWGROUPS    HELP
     12: IHAVE       NEWNEWS      SLAVE
     13: DATE
     14: 
     15: Additionally, the following extensions are supported:
     16: 
     17: XHDR        Retrieve a single header line from a range of articles.
     18: LISTGROUP   Retrieve a list of valid article-numbers.
     19: XOVER       Return news overview data.
     20: XGTITLE     Same as LIST NEWSGROUPS (for backward compatibility).
     21: 
     22: Bugs to Stan Barber (Internet: nntp@academ.com)
     23: .
     24: quit↓
	 ^^^^
     25: 205 spn closing connection.  Goodbye.
     26: Connection closed by foreign host.
     27: %
    -----------------------------------------------------------------------

第6行では、"help" というコマンドをサーバに送っている。これに対して、サーバは、100 という応答に続けて、受け付け可能なコマンドなど、簡単な使い方を返している。23行目に「.」からなる行がある。これが、1つのコマンドに対する応答の終りを示している。

次に、24行において、"quit" というコマンドをサーバに送っている。これにたいして、サーバは、205 という応答を返し、続いて TCP/IP の結合を切断している。26行目は、telnet コマンドが生成したメッセージである。

■課題3:

■課題4:

4.1.5 telnet コマンドによる SMTP サーバへのアクセス

表6 SMTPで定義されている手続き

    -----------------------------------------------------------------------

	    <td>新しいメールの転送を開始する。
	    &lt;reverse-path&gt;は、エラーが起きた時の送り返し先のアドレス。

	    <td>メールの送り先として &lt;forward-path&gt; を指定する。

	    <td>メールのデータを送り始める。

	    <td>メールの受け手を確認する。

	    <td>メーリング・リストの受取人を表示する。

	    <td>メールを転送する。

	    <td>最初に接続した時に自分自身を相手に知らせる。

	    <td>接続を切る。

表7 SMTPの応答コード

telnet コマンドを利用して、SMTP サーバに接続

    -----------------------------------------------------------------------
      1: % telnet p001 smtp↓
	   ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
      2: Trying 133.13.30.131 ...
      3: Connected to pw001.
      4: Escape character is '^]'.
      5: 220 pw001.ie.u-ryukyu.ac.jp Sendmail ALPHA-6.58/6.4J.6-UReecs-UG-21.0 ready at Fri, 8 Sep 1995 00:25:05 +0900
      6: vrfy root↓
	 ^^^^^^^^^^^
      7: 250 <root@pw001.st.ie.u-ryukyu.ac.jp>
      8: quit↓
	 ^^^^^^
      9: 221 pw001.st.ie.u-ryukyu.ac.jp closing connection
     10: Connection closed by foreign host.
     11: %
    -----------------------------------------------------------------------

第6行では、"vrfy" (verify) というコマンドをサーバに送っている。これに対して、サーバは、250 という応答に続けて、電子メールのアドレスを返している。

次に、8行において、"quit" というコマンドをサーバに送っている。これにたいして、サーバは、221 という応答を返し、続いて TCP/IP の結合を切断している。10行目は、telnet コマンドが生成したメッセージである。

■課題5:

■課題6:

■課題7:

4.2 クライアントの作成

4.2.1 initport() と fdopen2()

streamライブラリ

initport()

initport() は、クライアント側では、次の2種類の形式で使われる。

    -----------------------------------------------------------------------
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include "inet.h"
    int s = initport(PORT_NUMBER(port), CLIENT,SOCK_STREAM,host);
    int s = initport(PORT_NAME(name),CLIENT,SOCK_STREAM,host);
    int port ;
    char -name ;
    char -host;
    -----------------------------------------------------------------------

結果として、1つのファイル記述子 s が返される。これは、TCP/IP の双方向ストリームに対応している。よって返されたファイル記述子に対して次のように write() システム・コールでデータを書き込むと、そのデータは、接続先に送り届けられる。

	write( s, buf, size );

	read( s, buf, size );

もう1つの形式は、ポート番号の代わりにポート名(サービス名)を指定する方法である。たとえば、"telnet" というサービスの場合、次のようにして使うことができる。

	s = initport(PORT_NAME("telnet"),CLIENT,SOCK_STREAM,host);

なお、ネットワーク・プログラミングの教科書の多くは、ソケットを直接利用するように書かれている。この実験においても、stream ライブラリを使うことなく、直接ソケットを利用してプログラムを作成してもよい。

fdopen2()

    -----------------------------------------------------------------------
    FILE -f ;
	    fd = open("file1",O_RDONLY);
	    ....
	    f = fdopen(fd, "r")
	    fgets( buff,sizeof(buff),f );
    -----------------------------------------------------------------------

fdopen2() は、TCP/IPの通信用ポートに対応しているのように、入出力可能なファイル記述子について、2つの入出用と出力用の FILE - を返す。

    -----------------------------------------------------------------------
    FILE -fin, -fout ;
	    fd = initport(PORT_NAME("finger"),CLIENT,SOCK_STREAM,host);
	    ...
	    fdopen2(fd,&fin,&fout)
	    fprintf( fout, "%s\n", who );
	    fflush( fout );
	    fgets( buff, sizeof(buff), fin );
    -----------------------------------------------------------------------

fdopen2() のソース・プログラムは、/usr/open/classes/slab/info2/lib/fdopen2.c にある。

コンパイルとリンク

	% cc -I/usr/open/classes/slab/info2/include/ -c file.c

    /usr/open/classes/slab/info2/lib/libinfo2-sun4.a	Sun用
    /usr/open/classes/slab/info2/lib/libinfo2-rs6000.a	IBM用
    (BSD/OS用は自分で作成すること)

    % cc -o commmand file.o /usr/open/classes/slab/info2/lib/libinfo2-sun4.a

    % cc -o commmand file.o -L/usr/open/classes/slab/info2/lib/ -linfo2-sun4

4.2.2 finger クライアントのコンパイルと実行

    -----------------------------------------------------------------------
    /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/rfinger.c:
    -----------------------------------------------------------------------
      1: 
      2: /-
      3:         rfinger.c -- Remote Finger / 遠隔専用 finger コマンド。
      4:         $Header: /home/h1/yas/slab-info2-inet/2-tcp/RCS/rfinger.c,v 1.3 1995/09/11 13:42:45 yas Exp $
      5:         Start: 1995/09/08 21:04:33
      6: -/
      7: #include <stdio.h>
      8: #include <sys/types.h>
      9: #include <sys/socket.h>
     10: #include <netinet/in.h>
     11: #include "inet.h"
     12: 
     13: main( argc,argv )
     14:     int argc ;
     15:     char -argv[] ;
     16: {
     17: /- 引数は、コマンド名を入れて3個。 -/
     18:         if( argc != 3 )
     19:         {
     20:             fprintf( stdout,"Usage: %s host \"who\"\n",argv[0] );
     21:             exit( -1 );
     22:         }
     23:         rfinter( argv[1],argv[2] );
     24: }
     25: 
     26: #define BUFFSIZE        1024
     27: 
     28: rfinter( host,who )
     29:     char -host ;        /- ホスト名 -/
     30:     char -who ;         /- 調べたい人のキー -/
     31: {
     32:     int fd ;
     33:     char buff[BUFFSIZE] ;
     34:     int count ;
     35: 
     36: /- buff で確保されているメモリよりも長い who については、エラーにする。-/
     37:         if( strlen(who) >= BUFFSIZE-2 )
     38:         {
     39:             fprintf(stderr,"search key too long: \n%s\n",who );
     40:             exit( -1 );
     41:         }
     42: /-
     43: initport() 関数により、TCP/IPのクライアント側における通信用ポートを設
     44: 定する。このとき、ポート名と接続先のホストを指定する。この関数により、
     45: TCI/IPの通信路が開設され、read(), write() により通信を行うことが可能に
     46: なる。エラーが起きたときには、-1 が返される。
     47: -/
     48:         fd = initport(PORT_NAME("finger"),CLIENT,SOCK_STREAM,host);
     49:         if( fd < 0 )
     50:         {
     51:             fprintf(stderr,"initport(,,host:%s) = %d\n",
     52:                     host, fd);
     53:             exit( -1 );
     54:         }
     55: 
     56: /-
     57: 通信内容を、バッファ buff に作る。このとき、sprintf() を使うと便利であ
     58: る。これは、printf() と同じ形式の引数をとることができる。結果は、画面
     59: に表示されるのではなく、buff (string)に保存される。最後の '\n' は、必
     60: 要である。
     61: -/
     62:         sprintf( buff,"%s\n", who );
     63:         count = strlen( buff );
     64: 
     65: /-
     66: 通信用ポートに対応しているファイル記述子を引数としてwrite() システム・
     67: コールを発行することで、TCP/IPによるプロセス間通信が行われる。これによ
     68: り、buff 番地から count バイトのデータが、通信相手に送られる。
     69: -/
     70:         if( write(fd,buff,count) != count )
     71:         {
     72:             perror("write() to socket");
     73:             exit( -1 );
     74:         }
     75: /-
     76: 通信用ポートに対応しているファイル記述子を引数として read() システム・
     77: コールを発行することにより、TCP/IPによるプロセス間通信が行われる。これ
     78: により、通信相手から送られてきたデータが、buff 番地から始まる BUFFSIZE 
     79: バイトの領域へ書き込まれる。read() システム・コールのリターン・バリュー
     80: は、実際に送られてきたデータのバイト数である。
     81: -/
     82:         while( (count=read(fd,buff,BUFFSIZE)) > 0 )
     83:         {
     84:             if( write(1,buff,count) == -1 )
     85:             {
     86:                  perror("stdout");
     87:                  exit( 1 );
     88:             }
     89:         }
     90:         close( fd );    /- TCP/IP connection を閉じる。-/
     91:         close( 1 );     /- 標準出力のファイルを閉じる。-/
     92: }
     93: /- --------------------- rfinger.c --------------------- -/
     94: static char rcsid[] =
     95: "$Header: /home/h1/yas/slab-info2-inet/2-tcp/RCS/rfinger.c,v 1.3 1995/09/11 13:42:45 yas Exp $" ;
    -----------------------------------------------------------------------

■課題8:

rfinger.c をコンパイルして、実行してみなさい。

    -----------------------------------------------------------------------
    % cp /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/{rfinger.c,Makefile} .
    % make rfinger
    % ./rfinger pw001 $USER
    -----------------------------------------------------------------------

4.2.3 WWW クライアントの作成

■課題9:

    -----------------------------------------------------------------------
    % cp /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/wcat.c .
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    % ./wcat host port file
    -----------------------------------------------------------------------

	http://host:port/file

wcat のプログラムを作る時に、4.2.2 で示した rfinger.c を参考にするとよい。initport() では、ポート名(サービス名)ではなく、ポート番号を用いる形式を利用するとよい。

    -----------------------------------------------------------------------
	    fd = initport(PORT_NUMBER(port),CLIENT,SOCK_STREAM,host);
    -----------------------------------------------------------------------

	printf("Hello,world\n");

	printf("Hello,world\r\n");

4.2.4 NNTP クライアントの作成

■課題10:

    -----------------------------------------------------------------------
    % cp /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/nncat.c .
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    % ./nncat host newsgroup number
    -----------------------------------------------------------------------

報告書には、作成した nncat コマンドの動作例を示しなさい。NNTPサーバが動いているホストとしては、spn (spn.ie.u-ryukyu.ac.jp) を指定しなさい。

NNTP でやり取りされるデータの行末には、キャリッジ・リターン(carrige return, CR)とライン・フィード(Line feed, LF)の両方が必要であると定められている。UNIX では、通常ライン・フィード(ニュー・ライン、New Line, NL と呼ばれることもある)だけが行末の記号として使われる。よって、画面に文字列を表示し、改行したい場合は、次のようなプログラムが使われる。

	printf("Hello,world\n");

	printf("Hello,world\r\n");

余裕があれば、画面に表示する前に、UNIX に合わせて行末のキャリッジ・リターンのコードを削除するようにしなさい。

4.2.5 SMTP クライアントの作成

■課題11:

    -----------------------------------------------------------------------
    % cp /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/mverify.c .
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    % ./mverify host who
    -----------------------------------------------------------------------

報告書には、作成した mverify コマンドの動作例を示しなさい。NNTPサーバが動いているホストとしては、pw001 を指定しなさい。自分のアドレスを確認してみなさい。

    -----------------------------------------------------------------------
    % ./mverify pw001 $USER
    -----------------------------------------------------------------------

4.3 WWWサーバの改良

4.2節では、HTTP, NNTP, または、SMTP のクライアントのプログラムを作成した。この節では、簡単な HTTP サーバのプログラムを解読し、機能拡張と改良を行う。

4.3.1 initport()(サーバ側)

    -----------------------------------------------------------------------
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include "inet.h"
    s = initport( PORT_NUMBER(port),SERVER,SOCK_STREAM );
    int port ;
    -----------------------------------------------------------------------

結果として、1つのファイル記述子 s が返される。これは、TCP/IP のサーバ側における受け付け用のポートと対応している。受け付け用のポートとは、ポート番号を保持し、クライアントからの接続要求を受け付けるためのものである。このポートを通じて、データを送受することはできない。すなわち、このファイル・記述子に対して、read() システム・コールや write() システム・コールにより、入出力を行うことができない。実際に入出力を行うためのポートは、次の select_server_stream() によって得られる。

    -----------------------------------------------------------------------
    int client = select_server_stream(s,&fds);
    int s ;
    fd_set fds ;
    -----------------------------------------------------------------------

select_server_stream() は、クライアントからの接続要求が来るか、クライアントからのデータが到着するまで待つ。クライアントからの接続要求が来ると、それを受け付ける。その結果として、クライアントとの間で双方向のストリームにより通信可能なファイル記述子を返す。

select_server_stream() は、1つのサーバ・プロセスで複数のクライアントを同時に扱う事を可能にする。サーバ・プロセスは、複数のクライアントの間に、複数のTCP/IPの接続を同時に保持することができる。そして、それらの接続の中で、データが届いたものを選び、返す機能がある。

select_server_stream() により返されたファイル記述子は、クライアントからのデータが到着している、入出力可能なTCP/IPの通信ポートに対応している。サーバの処理は、この通信ポートから要求を読みだし、それに応じた処理わ行い、結果をこの通信ポートに書き出すことである。

なお、ネットワーク・プログラミングの教科書の多くは、ソケットを直接利用するように書かれている。この実験においても、stream ライブラリを使うことなく、直接ソケットを利用してプログラムを作成してもよい。

4.3.2 httpd-simple

    -----------------------------------------------------------------------
    /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/http-simple.c:
    -----------------------------------------------------------------------
      1: 
      2: /-
      3:         http-simple.c -- 簡単な WWW サーバ (HTTP サーバ)
      4:         $Header: /home/h1/yas/slab-info2-inet/2-tcp/RCS/httpd-simple.c,v 1.6 1995/09/11 13:35:12 yas Exp $
      5:         Start: 1995/09/03 00:27:22
      6: -/
      7: 
      8: #include <stdio.h>
      9: #include <sys/types.h>
     10: #include <sys/time.h>
     11: #include <sys/socket.h>
     12: #include <netinet/in.h>
     13: #include "inet.h"
     14: 
     15: /-
     16: fdopen2() は、標準のライブラリ関数 fdopen() を拡張したものである。これ
     17: は、TCP/IPの通信用ポートに対応しているのように、入出力可能なファイル記
     18: 述子について、2つの入出用と出力用の FILE - (fdopen() のマニュアルでは、
     19: stream)を返す。引数の fd には、initport() や connect(), accept() で作
     20: られた入出力可能(read()システム・コールもwrite() システム・コールも使
     21: える)ファイル記述子を指定する。結果として作られた FILE - は、引数とし
     22: て与えられた番地 finp, foutp にセットされる。エラーが起きた時には、0 
     23: が返される。成功した時には、1 が返される。
     24: 
     25: fdopen2() のソース・プログラムは、
     26: /usr/open/classes/slab/info2/lib/fdopen2.c にある。
     27: -/
     28: extern int fdopen2(/- int fd, FILE --finp, FILE --foutp -/); 
     29: 
     30: void
     31: usage()
     32: {
     33:         fprintf( stdout,"Usage: httpd-simple [-p port] directory\n" );
     34:         exit( -1 );
     35: }
     36: 
     37: main( argc,argv )
     38:     int argc ;
     39:     char -argv[] ;
     40: {
     41:     extern char -optarg;        /- getopt() -/
     42:     extern int optind;          /- getopt() -/
     43:     int c ;
     44:     char -dir ;
     45:     int port ;
     46: 
     47: /-
     48: 実験では、大勢の人が同時にプログラムを作る。よってね各自重ならないよう
     49: なポート番号を使わなければならない。この実験では、getuid() + 10000 を
     50: 使うことにする。もしそのポート番号が、使われていたら、initport() の中
     51: の bind() システム・コールで次のエラーが出る。
     52: ----------------------------------------------------------------------
     53: #define EADDRINUSE      48              // Address already in use
     54: ----------------------------------------------------------------------
     55: その時は、前に走らせた自分のプロセスがいないか、調べなさい。もし自分の
     56: プロセスが、そのポートを使っていれば、kill コマンドなどで殺しなさい。
     57: もし、他の人がそのポート番号を使っていたら、-p オプションで空いている
     58: ポート番号を指定してつかうか、他のホストにログインしてこのプログラムを
     59: 走らせるようにしなさい。
     60: -/
     61: 
     62:         port = getuid() + 10000 ;
     63: 
     64: /-
     65: 
     66: getopt() は、オプションを解析するためのライブラリ関数。引数 "p" は、
     67: -p オプションを受け付けるという意味である。続くコロンは、-p string の
     68: 形で、文字列を受け付けるという意味である。オプションを見つけると、リター
     69: ン・バリューとして返す。その時、受け付ける文字列は、大域変数 optarg に
     70: セットされる。
     71: -/
     72:         while( (c = getopt(argc,argv,"p:")) != EOF )
     73:         {
     74:             switch( c )
     75:             {
     76: /- atoi() は、文字列(ascii)を、整数に変えるライブラリ関数。-/
     77:             case 'p': port = atoi( optarg ); break;
     78:             default:
     79:                 usage();
     80:             }
     81:         }
     82: /-
     83: getopt() によるオプションの解析が終了した時、optind に、最初の引数(オ
     84: プションではなく必須)の添え字がセットされている。これを、argc と比べ
     85: て、引数の数が得られる。ここでは、ディレクトリ名が1つ必要である。
     86: -/
     87:         if( argc - optind != 1 )
     88:             usage();
     89:         dir = argv[optind+0] ;
     90:         httpd_simple( port, dir );
     91: }
     92: 
     93: httpd_simple( port,dir )
     94:     int port ;
     95:     char -dir ;
     96: {
     97:     int client ;        /- 通信用ポート -/
     98:     int fd;             /- 要求受付用ポート -/
     99:     fd_set fds;         /- select_server_stream() のための変数 -/
    100: 
    101: /- カレント・ワーキング・ディレクトリを、指定されたディレクトリに移す。-/
    102:         if( chdir(dir) < 0 )
    103:         {
    104:             perror( dir );
    105:             exit( -1 );
    106:         }
    107: 
    108: /- initport() で、サーバ側の要求受付用ポートを作る。そのポートには、
    109: portで指定されたポート番号が付けられる。-/
    110:         fd = initport( PORT_NUMBER(port),SERVER,SOCK_STREAM );
    111:         if( fd < 0 )
    112:         {
    113:             fprintf( stderr,"initport() returns %d\n",fd );
    114:             exit( -1 );
    115:         }
    116: /- 受付可能な URL を表示する。-/
    117:         print_my_url( port );
    118: 
    119: /- select_server_stream() のための変数の初期化 -/
    120:         FD_ZERO(&fds);
    121: 
    122: /-
    123: サーバのメイン・ループ。サーバ・プロセスは、普通、このように決して終了
    124: することがないプログラムである。サーバ・プロセスには、このように無限ルー
    125: プが1つある。これを、メイン・ループという。
    126: -/
    127:         while( 1 )
    128:         {
    129: /-
    130: select_server_stream() は、内部で自動的にクライアントからの接続要求を
    131: 受け付ける(accept())。このとき、通信用ポートが1つ作られる。
    132: select_server_stream() は、クライアントから要求データが送られてきた通
    133: 信ポート(のファイル記述子)を返す。
    134: -/
    135:             client = select_server_stream( fd,&fds );
    136: 
    137: /-1つのクライアントについて要求を処理する関数を呼ぶ。-/
    138:             perform( client );
    139: 
    140: /-TCP/IPの通信路は、perform() により切断される。HTTPでは、1つの要求の
    141: 完了ごとに通信路が切断される。-/
    142:         }
    143: }
    144: 
    145: #define BUFFSIZE        1024
    146: 
    147: /-
    148: 1つのクライアントについて要求を処理する関数。引数は、通信用ポートのファ
    149: イル記述子。read(), write() により、クライアントと通信を行うことができ
    150: る。
    151: -/
    152: perform( client )
    153:     int client ;
    154: {
    155:     FILE -fin, -fout ;
    156: 
    157:     char buff[BUFFSIZE+1] ;
    158:     char filename[BUFFSIZE] ;
    159: 
    160: /- クライアントの情報を表示。-/
    161:         print_client( client );
    162: 
    163: /-
    164: fdopen2() により、ファイル記述子から、FILE -を得る。これにより、
    165: fgets(), fprintf() といった標準入出力ライブラリ関数を利用して、プロセ
    166: ス間通信を行うことが可能になる。
    167: -/
    168:         if( fdopen2(client,&fin,&fout) == 0 )
    169:         {
    170:             fprintf( stderr,"fdopen2() faild.\n" );
    171:             fprintf( fout,"HTTP/1.0 500 Internal Server Error\r\n" );
    172:             return( -1 );
    173:         }
    174: /-
    175: クライアントからの要求の最初の行を読む。これに一番大事な情報であるファ
    176: イル名が含まれている。
    177: -/
    178:         if( fgets( buff,BUFFSIZE,fin ) == 0 )
    179:         {
    180:             fprintf( stderr,"request line read faild.\n" );
    181:             fprintf( fout,"HTTP/1.0 500 Internal Server Error\r\n" );
    182:             goto error ;
    183:         }
    184: 
    185: /- sscanf() により、ファイル名を抜き出す。-/
    186:         if( sscanf( buff,"GET %s HTTP/1.0", filename ) != 1 )
    187:         {
    188:             fprintf( stderr,"no filename in the request line\n" );
    189:             fprintf( fout, "HTTP/1.0 400 Bad Request\r\n" );
    190:             goto error;
    191:         }
    192: /-
    193: ファイル名に、".." が含まれていたり、"/" で始まっていない場合は、エラー
    194: にする。
    195: -/
    196:         if( strstr(filename,"/../" ) || filename[0] != '/' )
    197:         {
    198:             fprintf( stderr,"Dangerous file name [%s] \n",filename );
    199:             fprintf( fout, "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n" );
    200:             goto error;
    201:         }
    202: 
    203:         fprintf( fout,"HTTP/1.0 200 Document follows\r\n" );
    204:         fprintf( fout,"Content-Type: text/plain\r\n" );
    205:         fprintf( fout,"\r\n" );
    206:         fprintf( fout,"request[%s]\n",filename );
    207: 
    208: /-
    209: もし実際にファイルの内容を返す時には、ここでそのファイルを、fopen() し
    210: て、fread() するとよい。ただし、アクセスするファイルの先頭には、"./" 
    211: を付けて、カレント・ワーキング・ディレクトリ以下のファイルしかアクセス
    212: を許さないようにしなさい。また、ファイルのによって、Content-Type: を変
    213: えること。
    214: -/
    215: 
    216: /- 2つの fclose() により通信路が切断される。-/
    217:         fclose( fin );
    218:         fclose( fout );
    219:         return( 0 );
    220: 
    221: error:
    222: /- エラーの時は、内容として、HTML でエラーメッセージを返す。-/
    223:         fprintf( fout,"Content-Type: text/html\r\n" );
    224:         fprintf( fout, "\r\n" );
    225:         fprintf( fout, "<H1>Error.</H1><ADDRESS>httpd-simple</ADDRESS>\n");
    226:         fclose( fin );
    227:         fclose( fout );
    228:         return( -1 );
    229: }
    230: 
    231: /- 自分自身がサービスできる URL を表示する関数。-/
    232: print_my_url( port )
    233:     int port ;
    234: {
    235:     char hostname[BUFFSIZE+1] ;
    236: /- gethostname() は、ホスト名を得るシステム・コール。-/
    237:         gethostname( hostname,BUFFSIZE );
    238:         hostname[BUFFSIZE] = 0 ;
    239:         printf("http://%s:%d/\n",hostname, port );
    240: }
    241: 
    242: /-
    243: クライアントの情報を返す関数。引数は、通信用ポートに対応したファイル記
    244: 述子。
    245: -/
    246: print_client( client )
    247:     int client ;
    248: {
    249:     struct sockaddr_in addr;
    250:     int addrlen;
    251: /-
    252: getpeername() システム・コールは、通信相手の名前を返す。名前とは、
    253: TCP/IP では、ホストのIPアドレスとポート番号である。それは、sockaddr_in 
    254: 構造体の sin_addr.s_addr と sin_port に設定される。
    255: -/
    256:         addrlen = sizeof(addr);
    257:         if( getpeername(client, &addr, &addrlen) < 0 )
    258:         {
    259:             perror("getpeername");
    260:             return( -1 );
    261:         }
    262:         printf("host: ");
    263:         print_ip_address( addr.sin_addr.s_addr );
    264:         printf(",  port: %d\n",addr.sin_port );
    265: }
    266: 
    267: /-IPアドレスを、点つき10進数で表示する関数。-/
    268: print_ip_address( ipaddr )
    269:     unsigned long ipaddr ;
    270: {
    271: /-
    272: この共用体を使えば、32ビットの整数を、8ビットずつ区切ってアクセスする
    273: ことができる。
    274: -/
    275:     union
    276:     {
    277:         unsigned long l ;
    278:         struct { unsigned char c1, c2, c3, c4 } b;
    279:     } x ;
    280:         x.l = ipaddr ;
    281:         printf("%d.%d.%d.%d", x.b.c1, x.b.c2, x.b.c3, x.b.c4 );
    282: }
    283: 
    284: /- --------------------- http-simple.c --------------------- -/
    285: static char rcsid[] =
    286: "$Header: /home/h1/yas/slab-info2-inet/2-tcp/RCS/httpd-simple.c,v 1.6 1995/09/11 13:35:12 yas Exp $" ;
    -----------------------------------------------------------------------

■課題12:

http-simple.c をコンパイルして、実行してみなさい。

    -----------------------------------------------------------------------
    % cp /usr/open/classes/slab/info2/2-tcp/{http-simple.c,Makefile} .
    % make http-simple
    %
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
    % ./http-simple ~/public_html/
    http://pw001:13520/
    -----------------------------------------------------------------------

★注意: http-simple は、サーバ・プロセスなので、自動的に終了しない。実験が終了したら、必ず^Cやkillコマンドでこのプロセスを終了さなさい。もし、実験に使用したプロセスが残されていた場合、この減点の対象とする。

もう1つのウィンドウで、次のように Netscape を起動しなさい。(lynx でもよい。)

    -----------------------------------------------------------------------
    % netscape http://pw001:13520/Welcome.html
    -----------------------------------------------------------------------

あらかじめ Netscape を起動していた場合、Open URL を使って、URL http://pw001:13520/Welcome.html の資源を得なさい。すると、次のような画面が現われるはずである。

    -----------------------------------------------------------------------
    request[/Welcome.html]
    -----------------------------------------------------------------------

    -----------------------------------------------------------------------
	     fprintf( fout,"request[%s]\n",filename );
    -----------------------------------------------------------------------

■課題13:

http-simple.c は、要求されたURLを、そのままクライアントに返す機能しかない。これを改良して、ファイルを開き、その内容を返すようにしなさい。与えられたファイル名を使ってファイルを、fopen() で開き、fread() で読み込み、fwrite() でクライアントに返すとよい。このとき、ファイル名の拡張子が".html" の場合には、"Content-Type: text/html\r\n" を返しなさい。また、".gif" の場合には、"Content-Type: image/gif\r\n" を返しなさい。実際の HTTP サーバにならい、ファイルの大きさや日付を返すようにしてもよい。

ファイルが見つからない時には、HTTP のエラーである 404 を返しなさい。

HTTP で、ヘッダと本体を分ける空行を忘れないようにしなさい。

■課題14:

(1) who (2) finger (3) ps

プログラムを実行し、その結果を取り込むためには、popen() ライブラリ関数を使うとよい。

内容の型としては、"Content-Type: text/plain\r\n" を付けるとよい。余裕があれば、"Content-Type: text/html\r\n" にして、その他の文字列とともに、プログラムの出力に <CODE>,</CODE>や <PRE>,</PRE> を付けて返すようにしなさい。

■課題15:

(1) 特定のホストだけからのアクセスを許す。(2) pw00? というホストからのアクセスを許す。(3) 133.13.30.- というパタンのIPアドレスを持つホストからのアクセスのみを許す。(4) 133.13.-.- というパタンのIPアドレスを持つホストからのアクセスのみを許す。(5) -.u-ryukyu.ac.jp というホスト名を持つホストからのアクセスのみを許す。

IP アドレスからホスト名を得るには、ライブラリ関数gethostbyaddr()を使うとよい。

5 報告書

その他、この実験を通じて得たことを報告しなさい。

この実験に要した時間(単位は時間)を書きなさい。

この実験指導書の改善点を書きなさい。

一般的な注意:

参考資料

	HTTP 1.0 の仕様。テキスト形式。

	HTTPプロトコルについて。

	SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

	NNTP (Network News Transfer Protocol)

付録

streamライブラリ(sized_ioライブラリ)の README ファイル。

    -----------------------------------------------------------------------
    This package provides a quick-and-easy means of providing reliable
    and large-packet communication between processes.
    It is described further in the man page stream(3) and at length in the
    document by Don Libes entitled "Packet-Oriented Communications Using a
    Stream Protocol --or-- Making TCP/IP on Berkeley UNIX a Little More
    Pleasant to Use", NISTIR 90-4232, January 1990.
    It is especially nice because initport() does all the hard work of
    initializing TCP connections, and select_server_stream() does the
    hard work of connecting processes to each other.
    If you are running on 4.3BSD, you should add -DBSD4_3 in the Makefile.
    Otherwise, this will compile for a 4.2BSD system.
    To install, type
	    make install
    To test, type
	    make test
	    reader
	    writer	(in different window)
	    writer  (in yet another window)
	    writer  (in yet ...)
	    and so on.
    reader and writer are two programs that should communicate with
    each other.  Type things into any of the writers and reader will
    print it out prefaced by the file descriptor the data came in on.
    Bugs and problems to Don Libes
    National Bureau of Standards
    Bldg 220, Rm A-127
    Gaithersburg, MD  20899
    (301) 975-3535
    SYNOPSIS
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <inet.h>
	    cc [options] [files] sized_io.o stream.o
    DESCRIPTION
    This package implements packet or stream IO between a server process and
    a number of client processes, using the TCP/IP (stream) facilities.
    A client uses the call:
	    s = initport(PORT_NUMBER(XXX),CLIENT,SOCK_STREAM);
    s is the server's data socket and is used as a file descriptor in further
    communication.  The port may be specified by name (PORT_NAME("foo")), if it
    is registered.
    Similarly, the server uses the following call:
	    s = initport(PORT_NUMBER(XXX),SERVER,SOCK_STREAM);
    s is the server's connection socket.  To receive data or connections, the
    server calls select_server_stream().
	    client = select_server_stream(s,&fds);
    This returns a file descriptor corresponding to a client, when a client has
    sent a message to the server.  It handles initial connections as well as
    client deaths.  s is the server's connection socket that was returned by
    initport().  fds is an int used by select...() for storing a bit string
    corresponding to client sockets.  Initialize it to 0, and don't mess with it
    after that.
    To use the file descriptors in a stream-oriented manner, use read() and
    write().  To use the file descriptors in a packet-oriented manner, use
    sized_read() and sized_write().  The sized...() calls read and write one
    packet at a time, while packet boundaries are ignored in read() and write().
	    cc = sized_read(fd,buffer,maxsize)
	    cc = sized_write(fd,buffer,size)
    The arguments for sized_read() and sized_write() are very similar to read()
    and write().  The only difference is that in sized_read(), maxsize is the
    maximum size of an acceptable packet.
    -----------------------------------------------------------------------

streadm ライブラリ(sized_io ライブラリ)の入手先。

    archieで sized_io を検索するとよい。
    -------------------------------------------------------------
    ftp.ics.es.osaka-u.ac.jp
	    /UUNET91/vol8/pub
		    -rw-r--r--      34704   Jun 30 1990  sized_io.shar.Z
	    /UUNET/tape7/pub
		    -rw-rw-r--      34704   Jun 30 1990  sized_io.shar.Z
    ftp.lab.kdd.co.jp
	    /pub5/unix
		    -rw-r--r--      22851   Dec 17 1990  sized_io.shar.gz
    -------------------------------------------------------------