6 Client-Server Background #
クライアント-サーバの世界なのです。ネットワーク上のあらゆることが、クライアント・プロセスとサーバ・プロセスとの対話、またはその逆を扱っています。たとえば、telnet を考えてみよう。ポート 23 のリモートホストに telnet で接続すると（クライアント）、そのホスト上のプログラム（telnetd と呼ばれるサーバ）が起動します。このプログラムは、送られてきた telnet 接続を処理し、ログインプロンプトを表示するなどの設定を行います。
![[Client-Server Interaction Diagram]](/bgnet/images/cs.svg)
クライアントとサーバ間の情報のやりとりは、上の図のようにまとめられます。
クライアントとサーバのペアは、SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、その他（同じことを話している限り）何でも話すことができることに注意してください。クライアントとサーバのペアの良い例としては、telnet/telnetd、ftp/ftpd、Firefox/Apache などがあります。ftp を使うときはいつも、リモートプログラム ftpd があなたにサービスを提供します。
多くの場合、1つのマシンには1つのサーバしかなく、そのサーバは fork() を使用して複数のクライアントを処理します。基本的なルーチンは、サーバが接続を待ち、それを accept() し、それを処理するために子プロセスを fork() する、というものです。これが、次の節で紹介するサンプルサーバが行っていることです。
6.1 A Simple Stream Server #
このサーバがすることは、ストリーム接続で Hello, world! という文字列を送り出すだけです。このサーバをテストするために必要なことは、あるウィンドウでこのサーバを実行し、別のウィンドウからこのサーバに telnet でアクセスすることだけです。
$ telnet remotehostname 3490
ここで、remotehostname は実行するマシンの名前です。
/*
** server.c -- a stream socket server demo
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#define PORT "3490" // the port users will be connecting to
#define BACKLOG 10 // how many pending connections queue will hold
void sigchld_handler(int s)
{
// waitpid() might overwrite errno, so we save and restore it:
int saved_errno = errno;
while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
errno = saved_errno;
}
// get sockaddr, IPv4 or IPv6:
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
if (sa->sa_family == AF_INET) {
return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
}
return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}
int main(void)
{
int sockfd, new_fd; // listen on sock_fd, new connection on new_fd
struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
struct sockaddr_storage their_addr; // connector's address information
socklen_t sin_size;
struct sigaction sa;
int yes=1;
char s[INET6_ADDRSTRLEN];
int rv;
memset(&hints, 0, sizeof hints);
hints.ai_family = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; // use my IP
if ((rv = getaddrinfo(NULL, PORT, &hints, &servinfo)) != 0) {
fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(rv));
return 1;
}
// loop through all the results and bind to the first we can
for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next) {
if ((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype,
p->ai_protocol)) == -1) {
perror("server: socket");
continue;
}
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes,
sizeof(int)) == -1) {
perror("setsockopt");
exit(1);
}
if (bind(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1) {
close(sockfd);
perror("server: bind");
continue;
}
break;
}
freeaddrinfo(servinfo); // all done with this structure
if (p == NULL) {
fprintf(stderr, "server: failed to bind\n");
exit(1);
}
if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) {
perror("listen");
exit(1);
}
sa.sa_handler = sigchld_handler; // reap all dead processes
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_RESTART;
if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(1);
}
printf("server: waiting for connections...\n");
while(1) { // main accept() loop
sin_size = sizeof their_addr;
new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size);
if (new_fd == -1) {
perror("accept");
continue;
}
inet_ntop(their_addr.ss_family,
get_in_addr((struct sockaddr *)&their_addr),
s, sizeof s);
printf("server: got connection from %s\n", s);
if (!fork()) { // this is the child process
close(sockfd); // child doesn't need the listener
if (send(new_fd, "Hello, world!", 13, 0) == -1)
perror("send");
close(new_fd);
exit(0);
}
close(new_fd); // parent doesn't need this
}
return 0;
}
一応、構文的にわかりやすいように、1つの大きな main() 関数にまとめてあります。もし、その方が良いと思われるなら、自由に小さな関数に分割してください。
（また、この sigaction() 全体は、あなたにとって新しいものかもしれません—それは大丈夫です。このコードは、fork() された子プロセスが終了するときに現れるゾンビプロセスを刈り取る役割を担っているのです。ゾンビをたくさん作ってそれを刈り取らないと、システム管理者が怒りますよ。）
このサーバからデータを取得するには、次の節に記載されているクライアントを使用します。
6.2 A Simple Stream Client #
こいつはサーバよりもっと簡単です。このクライアントがすることはコマンドラインで指定したホスト、ポート 3490 に接続するだけです。サーバが送信する文字列を取得します。
/*
** client.c -- a stream socket client demo
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT "3490" // the port client will be connecting to
#define MAXDATASIZE 100 // max number of bytes we can get at once
// get sockaddr, IPv4 or IPv6:
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
if (sa->sa_family == AF_INET) {
return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
}
return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, numbytes;
char buf[MAXDATASIZE];
struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
int rv;
char s[INET6_ADDRSTRLEN];
if (argc != 2) {
fprintf(stderr,"usage: client hostname\n");
exit(1);
}
memset(&hints, 0, sizeof hints);
hints.ai_family = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
if ((rv = getaddrinfo(argv[1], PORT, &hints, &servinfo)) != 0) {
fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(rv));
return 1;
}
// loop through all the results and connect to the first we can
for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next) {
if ((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype,
p->ai_protocol)) == -1) {
perror("client: socket");
continue;
}
if (connect(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1) {
close(sockfd);
perror("client: connect");
continue;
}
break;
}
if (p == NULL) {
fprintf(stderr, "client: failed to connect\n");
return 2;
}
inet_ntop(p->ai_family, get_in_addr((struct sockaddr *)p->ai_addr),
s, sizeof s);
printf("client: connecting to %s\n", s);
freeaddrinfo(servinfo); // all done with this structure
if ((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE-1, 0)) == -1) {
perror("recv");
exit(1);
}
buf[numbytes] = '\0';
printf("client: received '%s'\n",buf);
close(sockfd);
return 0;
}
クライアントを実行する前にサーバを実行しない場合、connect() は “Connection refused” を返すことに注意してください。非常に便利です。
6.3 Datagram Sockets #
UDP データグラムソケットの基本は、上記の
5.8 sendto() and recvfrom() ですでに説明しましたので、ここでは talker.c と listener.c という2つのサンプルプログラムのみを紹介します。
listener は、ポート 4950 で入ってくるパケットを待つマシンに座っています。talker は、指定されたマシンのそのポートに、ユーザがコマンドラインに入力したものを含むパケットを送信します。
データグラムソケットはコネクションレス型であり、パケットを無慈悲に発射するだけなので、クライアントとサーバには IPv6 を使用するように指示することにしています。こうすることで、サーバが IPv6 でリッスンしていて、クライアントが IPv4 で送信するような状況を避けることができます。（接続された TCP ストリームソケットの世界では、まだ不一致があるかもしれませんが、一方のアドレスファミリーの connect() でエラーが発生すると、他方のアドレスファミリーの再試行が行われます。）
/*
** listener.c -- a datagram sockets "server" demo
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#define MYPORT "4950" // the port users will be connecting to
#define MAXBUFLEN 100
// get sockaddr, IPv4 or IPv6:
void *get_in_addr(struct sockaddr *sa)
{
if (sa->sa_family == AF_INET) {
return &(((struct sockaddr_in*)sa)->sin_addr);
}
return &(((struct sockaddr_in6*)sa)->sin6_addr);
}
int main(void)
{
int sockfd;
struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
int rv;
int numbytes;
struct sockaddr_storage their_addr;
char buf[MAXBUFLEN];
socklen_t addr_len;
char s[INET6_ADDRSTRLEN];
memset(&hints, 0, sizeof hints);
hints.ai_family = AF_INET6; // set to AF_INET to use IPv4
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; // use my IP
if ((rv = getaddrinfo(NULL, MYPORT, &hints, &servinfo)) != 0) {
fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(rv));
return 1;
}
// loop through all the results and bind to the first we can
for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next) {
if ((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype,
p->ai_protocol)) == -1) {
perror("listener: socket");
continue;
}
if (bind(sockfd, p->ai_addr, p->ai_addrlen) == -1) {
close(sockfd);
perror("listener: bind");
continue;
}
break;
}
if (p == NULL) {
fprintf(stderr, "listener: failed to bind socket\n");
return 2;
}
freeaddrinfo(servinfo);
printf("listener: waiting to recvfrom...\n");
addr_len = sizeof their_addr;
if ((numbytes = recvfrom(sockfd, buf, MAXBUFLEN-1 , 0,
(struct sockaddr *)&their_addr, &addr_len)) == -1) {
perror("recvfrom");
exit(1);
}
printf("listener: got packet from %s\n",
inet_ntop(their_addr.ss_family,
get_in_addr((struct sockaddr *)&their_addr),
s, sizeof s));
printf("listener: packet is %d bytes long\n", numbytes);
buf[numbytes] = '\0';
printf("listener: packet contains \"%s\"\n", buf);
close(sockfd);
return 0;
}
getaddrinfo() の呼び出しで、最終的に SOCK_DGRAM を使用していることに注意してください。また、listen() や accept() は必要ないことに注意してください。これは非接続型データグラムソケットを使用する利点の1つです！
/*
** talker.c -- a datagram "client" demo
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#define SERVERPORT "4950" // the port users will be connecting to
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd;
struct addrinfo hints, *servinfo, *p;
int rv;
int numbytes;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr,"usage: talker hostname message\n");
exit(1);
}
memset(&hints, 0, sizeof hints);
hints.ai_family = AF_INET6; // set to AF_INET to use IPv4
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
if ((rv = getaddrinfo(argv[1], SERVERPORT, &hints, &servinfo)) != 0) {
fprintf(stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror(rv));
return 1;
}
// loop through all the results and make a socket
for(p = servinfo; p != NULL; p = p->ai_next) {
if ((sockfd = socket(p->ai_family, p->ai_socktype,
p->ai_protocol)) == -1) {
perror("talker: socket");
continue;
}
break;
}
if (p == NULL) {
fprintf(stderr, "talker: failed to create socket\n");
return 2;
}
if ((numbytes = sendto(sockfd, argv[2], strlen(argv[2]), 0,
p->ai_addr, p->ai_addrlen)) == -1) {
perror("talker: sendto");
exit(1);
}
freeaddrinfo(servinfo);
printf("talker: sent %d bytes to %s\n", numbytes, argv[1]);
close(sockfd);
return 0;
}
と、これだけです！listener をあるマシンで実行し、次に takler を別のマシンで実行します。それらのコミュニケーションをご覧ください！核家族で楽しめるG級興奮体験です！
今回はサーバを動かす必要もありません。talker はただ楽しくパケットをエーテルに発射し、相手側に recvfrom() の準備が出来ていなければ消えてしまうのです。UDP データグラムソケットを使用して送信されたデータは、到着が保証されていないことを思い出してください！
過去に何度も述べた、もうひとつの小さなディテールを除いては、コネクテッド・データグラム・ソケットです。このドキュメントのデータグラムセクションにいるので、ここでこれについて話す必要があります。例えば、talker が connect() を呼び出して listener のアドレスを指定したとします。それ以降、talker は connect() で指定されたアドレスにのみ送信と受信ができます。このため、sendto() と recvfrom() を使う必要はなく、単に send() と recv() を使えばいいのです。