Bài 4- Giải thuật và các kỹ thuật cơ

bản trong lập trình Client

Chủ đề

Nắm được các bước (giải thuật) lập trình chương

trình Client

Biết cách sử dụng các hàm Socket API trong lập

trình Client

Thực hành lập trình một chương trình Client đơn

giản

Nội dung

4.1) Cấu trúc tổng quát chương trình Client

4.2) Giải thuật tổng quát chương trình Client

4.3) Cách gọi hàm Socket API trong từng bước

4.1 Cấu trúc chương trình Client

Về cơ bản, client không yêu cầu mức ưu tiên cao

trong hệ thống

Không yêu cầu nhiều tài nguyên và không cần

hoạt động liên tục

Cấu trúc chương trình gồm 3

module

Module giao diện để tương tác với user

Module kết nối với server

Module thực thi giao thức trao đổi dữ liệu với

server

Gửi bản tin yêu cầu đến Server

Nhận bản tin phản hồi từ Server và xử lý

Các chức năng hỗ trợ thực thi

giao thức

Đọc và phân tích cú pháp bản tin giao thức

Client/Server

Xử lý dữ liệu trước khi gửi và sau khi nhận

Thao tác với bộ đệm buffer chứa dữ liệu

Hiển thị trạng thái phiên làm việc

Thông báo và xử lý lỗi gặp phải

Đọc/ghi dữ liệu từ tệp tin

4.2) Giải thuật chương trình client có

5 bước

Một Client nói chung cần thực hiện 5 bước sau

Bước 1) Xác định địa chỉ remote socket phía

server

Bước 2) Tạo local socket tại client

Bước 3) Kết nối local socket với remote

socket

Bước 4) Gửi/nhận/xử lý dữ liệu qua kết nối

socket

Bước 5) Đóng kết nối

Phân rã chức năng theo module

Bước 1 -> 3 được thực hiện bởi module kết nối

socket

Bước 4 ->5 được thực hiện bởi module thực thi

giao thức (module chính)

Bước 1 3 là thao tác chung đối với mọi Client

Bước 4 và 5 tùy theo từng giao thức ứng dụng

như HTTP, FTP, POP3 hay SMTP

Ví dụ minh họa: Chương trình

EchoClient

Chức năng: kiểm tra phản hồi của server qua

TCP/IP

Các công đoạn xây dựng chương trình gồm:

Các chức năng bổ trợ: truy vấn thông tin, thông báo

lỗi

Lập trình module kết nối

Lập trình module tương tác với Server theo giao

thức ứng dụng Echo

Lập chương trình chính

Giao thức ECHO Echo dùng để kiểm tra hoạt động của mạng và của

server

Client gửi đến Server 1 bản tin là một xâu kí tự bất kỳ

Server gửi trả lại một bản tin với nội dung hoàn toàn trùng với bản tin mà client gửi đến

Ví dụ:

Client gửi bản tin ”HELLO”

Server nhận được và gửi lại “HELLO”

Client gửi “How are you?”

Server gửi lại “How are you?”

Cách thức hoạt động

User chạy chương trình TCPEchoClient với tham

số hàm main là tên server

TCPEchoClient.exe <tên server>

Nếu kết nối thành công, nhập bản tin là xâu kí tự

từ bàn phím và gửi bản tin đến server

Nhận bản tin phản hồi và in ra màn hình

Đóng kết nối và kết thúc nếu bản tin nhập vào là

xâu rỗng

Các tệp mã nguồn của project

socketbasic.cpp: Module chức năng khởi tạo và

giải phóng WS, truy vấn thông tin

errorhandler.cpp: Module chức năng báo lỗi

connect.cpp : chức năng kết nối đến server

echoclient.cpp: chức năng trao đổi các bản tin

theo giao thức Echo

Bước 1: Xác định địa chỉ socket

phía Server

Internet

POP3

transport network interface

Server

transport network interface

Client

UDP

TCP

Địa chỉ Socket của tiến trình Server - Kiểu Socket (TCP hay UDP) - Cổng - Địa chỉ IP

Xác định địa chỉ Socket của server ntn ?

Địa chỉ của remote socket phía

Server có 3 tham số

Loại socket: chọn TCP hoặc UDP tùy vào ứng

dụng

FTP : TCP socket

POP3: TCP socket

DNS: UDP socket

Số cổng: chọn cổng của dịch vụ tương ứng

FTP: 21

POP3: 110

Địa chỉ IP: lấy từ hostname của server hoặc địa

chỉ IP dạng thập phân

hostname: ftp.nuce.edu.vn

Địa chỉ IP: 220.231.122.114

Có 2 cách lấy địa chỉ IP

Nếu biết hostname, ví dụ: ftp.nuce.edu.vn

Sử dụng hàm API gethostbyname để lấy thông tin

về trạm server qua hostname

Thông tin hàm trả về là cấu trúc hostent

Thông qua trường h_addr_list có thể lấy địa chỉ IP

dạng 4-byte

Nếu biết địa chỉ IP dạng thập phân, ví dụ :

“220.231.122.114”

Sử dụng hàm API inet_addr để chuyển đổi thành

địa chỉ IP dạng số 32 bit

Cách lấy số cổng

Nếu biết số cổng trực tiếp, ví dụ 80, 7 hoặc 21

Sử dụng hàm htons để biến đổi số cổng sang dạng

NBO

Nếu chỉ nhớ tên dịch vụ, ví dụ HTTP, ECHO, FTP

Sử dụng hàm API getservbyname để truy vấn

thông tin dịch vụ từ tên dịch vụ

Sử dụng cấu trúc địa chỉ socket

Địa chỉ socket được lưu trong cấu trúc dữ liệu struct sockaddr_in

Chương trình cần khai báo một biến kiểu struct

sockaddr_in và gán giá trị cổng, địa chỉ IP vừa lấy

được cho các trường dữ liệu tương ứng

struct sockaddr_in sin; // biến cấu trúc địa chỉ socket

memset(&sin, 0, sizeof(sin));

sin.sin_family = AF_INET;

sin.sin_addr.s_addr = server_addr.s_addr; //gán địa chỉ IP

sin.sin_port = server_port; // gán số cổng

Bước 2: Tạo local socket tại

Client

Mỗi socket được tham chiếu bởi một biến kiểu

SOCKET

Sử dụng hàm API socket để tạo 1 socket mới

PF_INET: họ giao thức TCP/IP

sock_type = SOCK_STREAM nếu tạo TCP socket

sock_type = SOCK_DGRAM nếu tạo UDP socket

SOCKET s = socket(PF_INET, sock_type, 0);

Tiếp…

Nếu thành công, hàm socket trả về một giá trị

kiểu SOCKET

Nếu không thành công, hàm trả về giá trị hằng

INVALID_SOCKET

Bước 3: Kết nối đến remote

socket tại Server

Gọi hàm API connect và truyền tham số cần thiết

để kết nối với socket tại server

Nếu giá trị trả về ret == SOCKET_ERROR

không kết nối được, ngược lại là kết nối thành

công

int ret = connect(s, (struct sockaddr*) &sin, sizeof(sin));

if(ret==SOCKET_ERROR)

errexit(GetLastError(), "Khong ket noi duoc voi server: %s,

%s", host, service);

s: biến local socket vừa tạo sin : biến cấu trúc địa chỉ socket của server

Chú ý

Có nhiều khả năng xảy ra lỗi khi kết nối

Server không trả lời

Server từ chối kết nối

Time out do trễ truyền dữ liệu

…

Khi lập trình mạng, cần chú ý kiểm tra kết quả gọi

hàm SOCKET API để biết thao tác thực hiện có

thành công hay không

Nếu không kiểm tra mà vẫn tiếp tục các thao tác

tiếp theo sẽ dẫn đến lỗi chương trình

Bước 4: Client tương tác với Server

Client gửi bản tin yêu cầu bằng cách Tạo nội dung bản tin và đưa bản tin vào vùng đệm

buffer (bộ nhớ)

Gọi hàm API send để gửi bản tin qua socket

Client nhận bản tin phản hồi từ server Chuẩn bị vùng đệm buffer sẽ nhận nội dung bản tin

Gọi hàm API recv để đọc dữ liệu từ socket vào buffer

int byte_send = send(s, buffer, msg_length, 0);

int byte_recv = recv(s, buffer, sizeof(buffer), 0);

Hàm send và recv

Nếu gửi dữ liệu thành công, hàm trả về số byte

dữ liệu đã gửi

Ngược lại, hàm trả về giá trị SOCKET_ERROR

Để tìm nguyên nhân gây lỗi, gọi hàm

GetLastError()

Tương tự, hàm recv trả về số byte nhận được,

nếu thành công, trả về SOCKET_ERROR nếu

gặp lỗi

Chuẩn bị vùng đệm buffer

Vùng đệm có thể khai báo dưới dạng mảng kiểu

char char buffer[512]; // vùng đêm 512 bytes

Chú ý tránh tràn vùng đệm gây lỗi chương trình

khi gọi hàm recv nhiều lần

Bước 5: Đóng kết nối

Sau khi kết thúc gửi/nhận các bản, client có thể

đóng kết nối

Gọi hàm API closesocket

closesocket(s)

Bài tập

Bài 1: Biết tên web server của ĐHXD là

www.nuce.edu.vn, hãy viết một chương trình truy

vấn địa chỉ IP của server trên

Bài 2: Viết 1 chương trình Client kết nối đến

cổng 80 của server www.nuce.edu.vn sau đó

Gửi bản tin “GET / HTTP/1.1\r\n\r\n”, nhận phản

hồi và in ra màn hình

Gửi bản tin “GET /administrator HTTP/1.1\r\n”,

nhận bản tin phản hồi và in ra màn hình

Tiếp

Bài 3: Tạo giao diện command line cho chương

trình EchoTCPClient, sử dụng các chức năng

qua lệnh:

Kết nối đến server: lệnh connect, tham số là tên

hoặc địa chỉ IP của server

Gửi bản tin: lệnh msg, tham số là nội dung bản tin

trên 1 dòng

Đóng kết nối: lệnh close

Thoát khỏi chương trình: lệnh quit

Đọc thêm: Client sử dụng UDP

socket

Một chương trình client sử dụng UDP socket

cũng bao gồm các bước tương tự

Điểm khác biệt: không có liên kết giữa local

socket và remote socket phía server vì UDP là

giao thức không hướng kết nối

Kết nối UDP socket Ý nghĩa của việc gọi hàm connect với UDP socket

Xác định địa chỉ socket phía server một lần duy nhất.

Sau đó có thể dùng hàm send() và recv()để gửi nhận dữ liệu giống như với TCP socket

Ưu điểm: thuận tiện khi client chỉ tương tác với một server

Nếu muốn thay đổi địa chỉ socket mỗi lần gửi hoặc nhận dữ liệu, sử dụng hàm sendto và recvfrom

Hàm sendto và recvfrom sendto là hàm gửi dữ liệu dành riêng cho

UDP socket

recvfrom là hàm nhận dữ liệu

Ưu điểm: giúp chương trình client linh hoạt hơn trong gửi/ nhận dữ liệu với nhiều Server

Client có thể dùng một local socket để gửi dữ liệu

cho nhiều remote socket

int sendto( SOCKET s, const char *buf, int len, int flags,

const struct sockaddr *to, int tolen );

int recvfrom( SOCKET s, char * buf, int len, int flags, struct

sockaddr *from, int *fromlen );

Chú ý

Khi gọi hàm connect() với UDP socket, hàm

không báo lỗi nhưng không bảo đảm chắc chắn

sẽ liên lạc được với server.

Cách truyền và nhận Khác với TCP, UDP socket truyền trọn vẹn

một bản tin (datagram) trong một lần gọi hàm send hoặc sendto

Nếu vùng đệm (buffer) đủ lớn thì phía nhận cũng sẽ nhận trọn vẹn bản tin đó trong 1 lần gọi hàm recv hoặc recvfrom

Chú ý : nếu kích thước vùng đệm < kích thước bản tin thi các byte dữ liệu còn lại sẽ bị bỏ qua (cách làm việc của UDP không tin cậy)

Đóng socket

Đóng socket UDP là giải phóng tài nguyên

gán cho socket đó

Do tính chất không liên kết của UDP, nếu một

phía (ví dụ là Client) đóng socket thì phía bên

kia không nhận biết được sự kiện đó

UDP thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ

mà không cần tin cậy và liên kết chặt chẽ

giữa Client và Server

Bài tập: Chương trình Client với

socket UDP

Viết chương trình EchoUDPClient

Sử dụng socket UDP

Tương tác với server: gửi bản tin qua socket và

nhận bản tin phản hồi