Grundkurs Socketprogrammierung mit C unter Linux: So entwickeln Sie schlanke Web-Applikationen

232 Pages·2004·4.467 MB·German

by  Martin Pollakowski (auth.)

Martin Pollakowski
Grundkurs Socketprogrammierung
mit C unter Linux
Aus dem Bereich IT erfolgreich lernen
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Grundkurs Software-Entwlcklung Prozessmodellierung mit ARIS ®
mit c++ von Heinrich Seidlmeier
von Dietrich May Objektorientierte
Grundkurs Datenbankentwurf Programmlerung In JAVA
von Helmut Jarosch von Otto Rauh
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~.~~~~·o~_~~··_ Web-Programmlerung Anwendungsorlentierte f-_>c_",~~c
von Oral Avcl, Ralph Trittmann und Werner Mellis Wlrtschaftslnformatlk
OhneCzuC++ von Paul Alpar, Heinz Lothar Grob, Peter
von Peter P. Bothner und Michael Kahler Weimann und Robert Winter
Grundkurs JAVA Rechnerarchltektur
von Dietmar Abts von Paul Herrmann
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von Dietmar Abts und Wilhelm Mulder von Rene Steiner
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Von Pascal zu Assembler Grundkurs MySOL und PHP
von Peter Kammerer von Martin Pollakowski ..
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Datenbank-Englneerlng von Dietmar Abts
von Alfred Moos Grundkurs Informatik
Grundkurs Verteilte Systeme von Hartmut Ernst ---..
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Online-Publishing fiir Studenten und von Franz Klenger und Ellen Falk-Kalms
Wissenschaftier Netze - Protokolle - Spezifikatlonen
von Michael BeiBwenger von Alfred Olbrich
SOL mit Oracle Grundlegende Algorithmen
von Wolf-Michael Kahler von Volker Heun
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von Karlheinz Hug von Manfred Nagl
Grundkurs Betriebswirtschaftslehre Visual Basic fiir technische
von Notger Carl, Rudolf Fiedler, William J6rasz Anwendungen
und Manfred Kiesel von Jurgen Radel ,
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von Wolf-Michael Kahler von Gunther Friedl, Christian Hilz
Lem-und Arbeltsbuch SAP R/3® und Burkhard Pedell
von Andre Maassen und Markus Schoenen Grundkurs
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von Franz Klenger und Ellen Falk-Kalms von Andreas Gadatsch
~~~--~-~ Grundkurs Algorithmen und Grundkurs IT-Controlling ~-~.~--~-~.--.~~-~.~<-~
Datenstrukturen In JAVA von Andreas Gadatsch und Elmar Mayer
von Andreas Solymosi und Ulrich Grude Grundkurs Socketprogrammlerung
Grundkurs Wlrtschaftslnformatlk mit C unter Llnux
von Dietmar Abts und Wilhelm Mulder von Martin Pollakowski
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Martin Pollakowski
Grundkurs
Socketprogrammierung
mit C unter Linux
So entwickeln Sie schlanke
Web-Applikationen
~
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H6chste inhaltliche und technische Qualitat unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und
Auslieferung unserer Bucher wollen wir die Umwelt schonen: Dieses Buch ist auf saurefreiem und
chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die EinschweiBfolie besteht aus Polyathylen und damit aus
organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbrennung Schadstoffe
freisetzen.
1. Auflage Marz 2004
Aile Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004
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Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
ISBN 978-3-528-05884-5 ISBN 978-3-322-92933-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-92933-4
Vorwort
Die Zahl der Nutzer des Internet wachst mit atemberaubender Geschwindig
keit. humer mehr Menschen, aber auch immer mehr Maschinen erhalten Zu
gang zum "Netz der Netze". Den Entwicklern von Web-Anwendungen erOff
net sich somit ein weites Betatigungsfeld und Raum fUr nutzliche Innovatio
nen.
Die gesamte Kommunikation des Internet basiert auf einfachen und standardi
sierten Protokollen. Die zugehbrigen Client- und Server-Programme kann man
daher problemlos selbst programmieren. Die benbtigten Programmierhilfsmit
tel sind zudem frei verfugbar und weit verbreitet.
Client/Server-Programmierung mit Sockets (Socketprogrammierung) verspricht
vielfaltigen Nutzen. Dem Lernenden ermbglicht sie einen "Blick hinter die Ku
lissen" und fuhrt zu einem tieferen Verstandnis von "Browsern" und "Servern",
und von Kommunikationsnetzen insgesamt. Dem Anwender ermbglicht sie
die Entwicklung von maBgeschneiderten Programmen, den vollen Zugriff auf
den Quellcode und damit die optimale Nutzung der verfUgbaren Ressourcen.
Dieses Buch entstand aus einer Vorlesung uber "Kommunikationsnetze" fur
Studierende der Elektrotechnik an der Fachhochschule Gelsenkirchen. Es ist
ein Lehrbuch fUr Schuler, IT-Berufsanfanger und Studierende. Es wendet sich
an Ingenieure und Praktiker, die daran interessiert sind, eigene Web-Clients
und Server zu entwickeln, und die dies an einem konkreten Beispiel erlernen
wollen. Programmierern der Informations- und Automatisierungstechnik bietet
es einen zielorientierten Einstieg in die Thematik. Lernende und Lehrende in
der Aus- und Weiterbildung werden von den verfUgbaren Lehrmaterialien zu
satzlich profitieren.
Dieses Buch ist kein Programmierhandbuch, das aile Details der benutzten
Sprache erschbpfend behandelt. Auf entsprechende Literatur, die in Fulle ver
fugbar ist, wird an geeigneter Stelle fUr weitergehende Studien verwiesen.
Dieses Buch ist ein Lehrbuch, das gezielt ausgewahltes Fachwissen in uber
sichtlichen Lehreinheiten vermittelt. In kleinen und liickenlosen Schritten
werden Web-Clients und Web-Server entwickelt. Der Leser lernt aile wesentli
chen Zusammenhange kennen und erhalt so ein Grundgerust fUr eigene Pro
jekte.
Das Buch gehbrt zu einer Vorlesung, die im 4. Semester eingeplant ist, und
setzt grundlegende Informatikkenntnisse voraus. Fur das Programmieren der
Anwendungsbeispiele sind Kenntnisse der Programmiersprache Coder einer
anderen hbheren Programmiersprache erforderlich. Die konkret benbtigten C
Konstrukte und Funktionen werden jedoch an geeigneter Stelle repetiert. Fur
das Verstandnis der Zusammenhange sind Erfahrungen mit dem Internet hilf
reich.
v
Vorwort
Die verwendeten Softwarepakete (Editoren, C-Compiler) sind sowohl fUr Li
nux als auch fUr Windows verfUgbar. Socket-Programmierung ist unter beiden
Betriebssystemen moglich. Die hier entwickelten Beispielprogramme sind un
verandert jedoch nur unter Linux lauffahig, fUr Windows mussen kleinere
Modifikationen, insbesondere in den verwendeten Bibliotheken vorgenom
men werden. Die prinzipielle Programmstruktur bleibt aber erhalten. Linux
hat im Lehrbetrieb und Praxiseinsatz einige Vorzuge. Mit Linux lassen sich
ganze PC-Pools kostengunstig ausstatten.
Der Stoff wird im stetigen Wechsel von Theorie und Obung erarbeitet. Nach
jedem Theoriekapitel kann das neue Wissen in einer Obung ausprobiert und
verfestigt werden. Die Vorlesungsunterlagen (Prasentationsfolien, Obungszet
tel, Hilfsblatter und Musterlosungen) konnen von einem Web-Server herun
tergeladen werden. Die gesamte benotigte Software ist als Open-Source im
Internet verfiigbar und kann kostenlos an die Studierenden verteilt werden.
Das Buch besteht aus zwei Teilen: in den Kapiteln 1 - 4 erfolgt eine Einfuh
rung in die Prinzipien der Internetkommunikation und die Entwicklung der
Web-Clients (Browser). In den Kapiteln 5 - 8 erfolgt eine Vertiefung der
Thematik durch die Programmierung der Web-Server.
Zu Beginn des Buches werden die Prinzipien der Internet-Kommunikation er
lautert und die fur die Socket-Programmierung wichtigen Protokolle vorge
stellt. Das erste Kapitel dient somit der Begriffsklarung und Motivation.
1m zweiten Kapitel erfolgt eine EinfUhrung in die C-Programmierung unter Li
nux. Die wichtigsten Hilfsmittel und Linux-Kommandos werden zusammenge
stellt und erste Beispielprogramme entwickelt.
Kapitel 3 steHt das erste Web-Client-Programm vor und fiihrt in die Verwen
dung von Sockets ein. Dieses Programm kann schon zu beliebigen Internet
Adressen und Port-Nummern Verbindungen herstellen.
Danach wird dieser Client zu einem Web-Browser erweitert, der tatsachlich
Daten von einem Web-Server anfordern kann. Das vierte Kapitel zeigt, wie
Browser und Web-Server mit Hilfe des HTTP-Protokolls kommunizieren.
Es folgt in Kapitel 5 ein Einstieg in die Server-Programmierung. Insbesondere
wird das Starten und Verwalten von Prozessen unter Linux erortert.
Kapitel 6 widmet sich der Datenubertragung yom Web-Server zum Browser.
Der selbst geschriebene Server stellt nun eine Web-Seite im HTML-Format be
reit, die jeder handelsubliche Browser darstellen kann.
Web-Server verwalten in der Praxis mehr als eine Web-Seite. Daher wird im 7.
Kapitel gezeigt, wie die Wunsche der Browser mit Hilfe eines Parsers analy
siert und in ihre Bestandteile zerlegt werden konnen.
Mit Kapitel 8 wird der Web-Server vervollstandigt. Er kann danach Statusmel
dungen abgeben und beliebige Dateien an einen Browser senden.
VI
Vorwort
Als Erganzung finden sich im Anhang Zusammenstellungen von Linux- und
HTML-Befehlen sowie eine Sammlung von C-Funktionen. Diese haben sich in
den Dbungsstunden als sehr nutzlich erwiesen.
Eine kommentierte Bibliographie gibt einen Dberblick uber die weiterfUhren
de Literatur. Die wichtigsten Bucher zum Thema werden inhaltlich beschrie
ben und bewertet.
AbschlielSend noch ein herzliches Dankeschbn an Herrn Peter Mroczek fUr
die tatkraftige Unterstlitzung bei der DurchfUhrung der Lehrveranstaltung
Kommunikationsnetze.
Diesem Buch wunsche ich eine freundliche Aufnahme und den Lesern viel
Erfolg beim Einstieg in die Welt der Client/Server-Programmierung.
Fur Kritik und Anregungen bin ich jederzeit sehr dankbar !
Gelsenkirchen, im Februar 2004
Martin Pollakowski
Kontakt:
E-Mail: [email protected]
Web-Seiten:
http://www.fh-ge1senkirchen.de/fbOl/homepages/po11akowski/socket/index.htm1
http://e1ektrotechnik.fh-ge1senkirchen.de/informatik/kn
VII
Inhaltsverzeichnis
1
Kommunikation im World-Wide-Web 1
1.1 Client und Server 1
1.2 Das Internet Protokoll OP) 4
1.3 Das Transmission Control Protokoll (TCP) 6
1.3.1 Datagramme und Streams 6
1.3.2 Port-Nummern 8
1.4 Das Hypertext Transfer Protokoll (HTTP) 9
1.5 Die Hypertext Markup Language (HTML) 11
1.6 Verknupfung von IP, TCP, HTTP und HTML 12
1. 6. 1 Schichtenstruktur der Kommunikationssoftware 12
1. 6. 2 Programmierschnittstelle 13
1. 6. 3 Aufbau eines Datenpaketes 14
1.7 Weiterfuhrende Literatur zur "Socket-Programmierung" 15
1.8 Wiederholungsfragen 16
2
C-Programmierung unter Linux 17
2.1 Die Linux-Arbeitsumgebung einrichten 17
2.1.1 Linux installieren 17
2.1.2 Linux starten 18
2.1.3 Ein Arbeitsverzeichnis einrichten 20
2.2 Ein einfaches Beispielprogramm editieren und speichern 21
2.2.1 Quellcode editieren 21
2.2.2 m-Tools fur MS-DOS/Windows-Disketten 23
2.2.3 Indude-Anweisungen 23
2.2.4 Die Funktion mainO 24
2.2.5 Daten ausgeben mit der Funktion printfO 26
2.3 Programme compilieren 26
IX
Inhaltsverzeichnis
2.3.1 Aufruf des Compilers gcc 26
2.3.2 Fehlermeldungen des Compilers gcc 27
2.3.3 Fehlerbeseitigungs-Strategie 29
2.4 Anwendungen ausfUhren 30
2.5 Entwicklungsumgebungen 31
2.6 Ubungsaufgaben zu diesem Kapitel 31
2.6.1 Aufgabe 2.1: Ein Array mit Quadratzahlen fUllen 32
2.6.2 Aufgabe 2.2: Eine Datenstruktur fLir komplexe Zahlen 32
2.7 Lbsungshinweise und Repetitorium 33
2.7.3 Aufgabe 2.1: Ein Array mit Quadratzahlen fUllen 33
2.7.4 Aufgabe 2.2: Eine Datenstruktur fUr komplexe Zahlen 36
2.8 Literaturhinweise zu Linux und C 40
3
Ein Client, der Verbindungen aufbaut 43
3.1 Was ist ein "Socket" ? 43
3.2 Ablauf eines Client-Programms 44
3.3 Beispielprogramm ClientConnect.c 45
3.3.1 Programmablaufplan 46
3.3.2 Header-Dateien 46
3.3.3 Varia bIen -Deklarationen 47
3.3.4 Einen Socket einrichten mit der Funktion socketO 47
3.3.5 Verbindungstyp und Protokollnummer 48
3.3.6 Adressinformation des Zielrechners zusammenstellen 49
3.3.7 Verbindungen aufbauen mit der Funktion connectO 52
3.3.8 Auswertung des Ruckgabewertes von connectO 53
3.3.9 Socket schlie Ben mit closeO 55
3.4 Ubungsaufgabe 1: nach offenen Ports suchen 55
3.4.1 Aufgabenstellung 55
3.4.2 Well-Known Ports 56
3.5 Lbsungshinweise zu Aufgabe 1 57
3.6 Ubungsaufgabe 2: Kommandozeilenparameter 59
3.6.1 Aufgabenstellung 59
x
Inhaltsverzeichnis
3.6.2 Kommandozeilenparameter 60
3.7 Losungshinweise zu Aufgabe 2 61
4
Ein Client, der Dateien anfordert 65
4.1 Das Hypertext Transfer Protokoll (HTTP) 65
4.1.1 Prinzipieller Aufbau des Protokolls 65
4.1.2 Datenfluss des HTTP-Protokolls 66
4.1.3 HTTP-Befehl zum Anfordern einer Datei 67
4.2 Beispielprogramm ClientDateiAnfordern.c 67
4.2.1 Quellcode 67
4.2.2 HTTP-Befehl abschicken 69
4.2.3 Antwort aus dem Socket lesen 70
4.2.4 Beispiel fUr eine Server-Antwort 72
4.2.5 Mogliche Bildschirmausgaben des Beispielprogramms 73
4.2.6 HTTP Ergebnismeldungen 75
4.3 Ubungsaufgabe 1: Server-Meldung priifen 77
4.3.1 Aufgabenstellung 77
4.3.2 Text suchen mit der Funktion strstrO 77
4.4 Losungshinweise zu Aufgabe 1 77
4.4.1 Das Programm ClientAntwortAuswerten.c 77
4.4.2 Bildschirmausgaben von ClientAntwortAuswerten 80
4.5 Ubungsaufgabe 2: empfangene Datei speichern 81
4.5.1 Aufgabenstellung 81
4.5.2 Der Dateizeiger (Datentyp FILE) 81
4.5.3 Dateien offnen mit der Funktion fopenO 81
4.5.4 In eine Datei schreiben mit der Funktion fprintfO 83
4.5.5 Dateien schlieBen mit der Funktion fcloseO 83
4.6 Losungshinweise zu Aufgabe 2 83
4.6.1 Das Programm ClientDateiSpeichern.c 83
4.6.2 Bildschirmausgaben von ClientDateiSpeichern 86
4.6.3 Die Datei empfangen.txt 87
4.7 Literaturhinweise zum HTTP-Protokoll 88
XI