Programmation Socket - Maîtriser la communication réseau

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre les concepts fondamentaux de la programmation socket et son rôle dans les communications réseau.
• Maîtriser le modèle client/serveur et son implémentation via les sockets.
• Apprendre à utiliser les principales fonctions de l'API socket pour créer des applications réseau.
• Différencier les protocoles TCP (connecté) et UDP (non connecté) et leurs cas d'utilisation.
• Savoir gérer l'adressage IP, les ports et les familles de sockets (IPv4/IPv6).
• Implémenter des sockets en mode connecté (SOCK_STREAM) et non connecté (SOCK_DGRAM).
• Créer des points de communication fiables pour des échanges de données entre machines.

Public cible

Ce cours s'adresse aux développeurs, étudiants en informatique ou ingénieurs souhaitant acquérir des compétences en programmation réseau. Une connaissance de base en programmation (C, Python ou Java) et des notions de protocoles réseau (TCP/IP) sont recommandées. Les professionnels cherchant à concevoir des applications distribuées (jeux en ligne, messagerie, systèmes embarqués) y trouveront des outils concrets.

Présentation

La programmation socket est une technique essentielle pour permettre la communication entre applications sur un réseau, que ce soit en local ou via Internet. Ce cours couvre les principes des sockets, des protocoles sous-jacents et leur implémentation pratique.

Modèle de référence

Les sockets s'appuient sur le modèle OSI (couches transport et réseau) et le modèle TCP/IP. Elles fournissent une abstraction logicielle pour manipuler les flux de données sans gérer les détails matériels.

Architecture Client/Serveur

Le serveur attend les connexions sur un port spécifique, tandis que le client initie la demande. Les sockets permettent cette interaction via des fonctions standardisées.

Notions d'API

L'API socket offre des fonctions comme socket(), bind(), listen(), accept() (côté serveur), ou connect() (côté client). Ces appels système sont similaires dans plusieurs langages.

L'interface socket

Une socket est identifiée par une adresse IP et un port. Elle peut être de type stream (TCP) ou datagram (UDP), avec des garanties différentes sur la livraison des données.

Les numéros de port

Les ports (0-65535) distinguent les services sur une même machine. Les ports bien connus (ex: 80 pour HTTP) sont réservés, tandis que les ports dynamiques sont utilisables librement.

Caractéristiques des sockets

Une socket est bidirectionnelle, peut être bloquante ou non, et gère des timeouts. Les options (ex: SO_REUSEADDR) permettent de paramétrer son comportement.

Fonctions de l'interface socket

Outre la création, les fonctions incluent send()/recv() (TCP), sendto()/recvfrom() (UDP), et close() pour libérer les ressources.

Adressage par famille

Les sockets utilisent AF_INET (IPv4) ou AF_INET6 (IPv6). Les structures comme sockaddr_in stockent l'adresse et le port.

Types de socket

SOCK_STREAM (TCP) garantit l'ordre et la fiabilité, tandis que SOCK_DGRAM (UDP) privilégie la vitesse sans contrôle d'erreur.

Point de communication

Une paire (adresse IP, port) identifie de manière unique un endpoint. Pour TCP, cela inclut un handshake en trois étapes avant l'échange.

Point de rencontre (TCP)

Le serveur lie (bind()) sa socket à un port, écoute (listen()) et accepte (accept()) les connexions entrantes.

Point de rencontre (UDP)

Le serveur lie sa socket mais reçoit directement les datagrammes sans établir de connexion. Chaque paquet est indépendant.

Création d'une socket

La fonction socket() renvoie un descripteur utilisé pour toutes les opérations ultérieures. Exemple en C : int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

Mode connecté (SOCK_STREAM)

TCP assure la livraison dans l'ordre et retransmet les paquets perdus. Idéal pour les applications nécessitant une connexion stable (HTTP, FTP).

Client TCP

Le client appelle connect() pour établir la liaison avec le serveur. Les données sont ensuite échangées via send()/recv().

Mode non connecté (SOCK_DGRAM)

UDP est utilisé pour les flux temps réel (voix, vidéo) ou les requêtes légères (DNS). Les paquets peuvent arriver dans un ordre aléatoire.