Sin t

1
Protocolos TCP y UDP (I)

• Importancia para el programador
• Al elegir un protocolo con el cual conectarse con
  otra máquina determina el nivel de confiabilidad
  de la transmisión de datos, lo cual repercute en
  la forma de programar las aplicaciones.
• TCP provee alta confiabilidad los datos mandados
  serán recibidos si una conexión entre los 2
  computadores se pudo establecer. Hay un protocolo
  subyacente que se preocupa de retransmitir,
  ordenar....
• Con UDP el programador debe proveer el protocolo
  para el caso que se pierdan datos o lleguen en
  otro orden.
• La forma de programar el envío recibo de datos
  con ditintos protocolos es también distinta
• En TCP la forma de transmitir datos es
  normalmente como un flujo de datos por la
  conexión establecida.
• Con UDP se deben armar paquetes de datos que son
  pasados a la internet para ser transmitidos con
  el mejor esfuerzo.

2
Protocolos TCP y UDP (II)

• Cuándo usar uno u otro ?
• TCP impone una carga bastante mayor a la red que
  UDP, por lo cual se debe evitar si es
  razonablemente posible
• Cuándo es razonablemente posible ?
• Podemos esperar pérdidas cuando los datos tienen
  que viajar a traves de varias redes por la
  internet.
• Dentro de una LAN las comunicaciones UDP son
  relativamente confiables
• Algunas veces la información que no llegó a
  tiempo no tiene sentido retransmitirla porque ya
  está obsoleta (cuándo?).
• En general se recomienda, especialmente a
  principiantes, usar sólo TCP en sus aplicaciones.
  El estilo de programación es más secillo. Los
  programadores sólo usan UDP si el protocolo de la
  aplicación misma maneja la confiabilidad, si la
  aplicación requere usar broadcast o multicast de
  hardware o la aplicación no puede tolerar el
  overhead de un circuito virtual.

3
Servidores Con o sin Estado

• Qué es el Estado ?
• El estado es la información que los servidores
  mantienen acerca de la interacción que se lleva a
  cabo con los clientes.
• Para qué ?
• Generalmente se hace más eficiente el
  comporatamiento de los servidores con
  información. Información muy breve mantenida en
  el servidor puede hacer más chicos los mensajes o
  permite producir respuestas más rápido.
• Y entonces por qué se evita a veces ?
• Es fuente de errores mensajes del cliente pueden
  perderse, duplicarse llegar en desorden. El
  cliente puede caerse y rebootear, con lo cual la
  información que tiene el servidor de él es
  errónea y también sus respuestas

4
Un ejemplo del servidor de Archivos

• El servidor espera que un cliente se conecte
  por la red. El cleinte puede mandar 2 tipos de
  requerimientos leer o escribir datos en un
  archivo. El servidor realiza la operación y
  retorna el resultado al cliente.
• Situación sin guardar información acerca del
  estado
• Para leer, el cliente debe siempre especificar
  nombre de archivo, posición en el archivo desde
  dónde debe extraer los datos y el número de bytes
  a leer.
• Para escribir debe especificar el nombre completo
  del archivo, el lugar donde quiere escribir y los
  datos que quiere escribir

5
Un ejemplo del servidor de Archivos (II)

• Situación guardardando información del estado

• Cuando el cliente abre un archivo se crea un
  entrada en la tabla. A la entrada se le asigna un
  handle para identificar el archivo y se le asigna
  la posición actual (inicialmente 0). El cliente
  recibe el handler como respuesta.
• Cuando el cliente quiere extrer datos adicionales
  le envia el handle y la cantidad de bytes. Esto
  es usado por el servidor para saber gracias a la
  tabla de dónde exactamente debe extraer los datos
  (debe actualizar la posición para que para la
  próxima vez se pueda hacer lo mismo).
• Cuando el cliente termina la lectura/escritura
  envía un mensaje para sea eliminada la entrada de
  la tabla

6
Stateless vs. Stateful servers the problem of
reading a remote file by steps. File reading
requests arrive with dealy
Request open file XYZ
A CLIENT
A SERVER
?
Answer file XYZ exists and ready
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
7
A stateless server means it does not remember
previous requests
Request read bytes 0 to 49 from file XYZ
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content of the bytes
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
8
The client must provide all the information again
!
Request read bytes 50 to 99 from file XYZ
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content of the bytes
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
9
This may cause a lot of network traffic,
especially if there are many clients
Request read bytes X to X50 from file XYZ
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content of the bytes
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
10
Stateful Server it maintains some information
abut what clients did
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
Pointer File Position
0 XYZ 0
1 FILE ZXY 50
Request open file XYZ
A CLIENT
A SERVER
?
Answer file pointer to file XYZ
11
The information the client has to pass to the
server is much smaller
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
Pointer File Position
0 XYZ 50
1 FILE ZXY 50
Request 0, read 50
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content
12
The information at the server should be updated
with every request
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
Pointer File Position
0 XYZ 100
1 FILE ZXY 50
Request 0, read 50
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content
13
It is important to close the file !!!
Open file XYZ read first 50 bytes while (not end
of file XYZ) read next 50 bytes close file
Pointer File Position
0 XYZ 100
1 FILE ZXY 50
Request 0, read 50
A CLIENT
A SERVER
?
Answer the content
14
Un ejemplo del servidor de Archivos

• Posibilidades de errores

• La red manda dos veces el datagrama con
  requerimiento de lectura
• Si el computador del cleinte se cae y rebootea el
  programa.
• Si el computador se cae antes de poder
  des-registrarse
• Si otro cliente se conecta en el mismo port que
  el que se cayó sin avisar
• En una internet real, donde las máquinas
  pueden caerse y rebootear y los mensajespueden
  perderse, llegar atrasados, duplicados o en
  orden incorrecto un servidor con manteción de
  estado puede resultar difícil de programar para
  hacerlo tolerante a los errores.

15
Arquitecturas para Aplicaciones Distribuidas

• Servidores como Clientes
• Los programas no siempre se comportan
  definitivamente como servidores puros o como
  clientes puros. Ej un servidor de archivos que
  necesita un timestamp para registrar el último
  cambio.
• Cuando todas las aplicaciones deben comportarse
  simultáneamente como servidores y clientes
  cómo organizar las comunicaciones ?
• Cada aplicación abre un canal con otra aplicación
  (configuración red)
• Hay un servidor de comunicaciones y todoas las
  aplicaciones se comunican con él (configuración
  estrella).

16
Arquitecturas para Aplicaciones Distribuidas

• Cada par de aplicaciones que necesitan
  comunicarse abren un canal exclusivo
• Se abren a lo más n(n-1)/2 canales para n
  aplicaciones
• Ventajas
• un canal exclusivo, no hay cuellos de botella
• Desventajas
• todas las aplicaciones deben saber cómo
  comunicarse con las demás.
• La dinámica se vuelve más complicada
  (entrada/salida de aplicaciones)

17
Arquitecturas para Aplicaciones Distribuidas

• Las aplicaciones envían sus requerimientos de
  comunicación a un servidor y éste se encarga de
  mandarlas a su punto de destino final.
• Se abren a lo más n(n-1)/2 canales para n
  aplicaciones
• Ventajas
• Es más fácil manejar los parámetros de la
  comunicación
• Desventajas
• se puede saturar el servidor o las líneas.

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The channel which server and client use to
communicate (either int TCP or UDP) is called
SOCKET
When a server wants to start listening it must
create a socket bound to a port. The port is
specified with a number.
www.thisserver.jp
4444
A SERVER 1
3333
A SERVER 2
A SERVER 3
5555
If a client wants to communicate with server 1
should try to communicate with computer
www.thisserver.jp through port 4444
19
Internet two different ways to deliver a
message to another application
Applications programmers decide on this
according to their needs
The UDP User Defined Package like writing a
letter
TCP or UDP
20
UDP communication with datagrams
DATAGRAM an independent, self-contained message
sent over the internet whose arrival, arrival
time and content are not guaranteed (like regular
mail in some countries....)
Once a server is listening, the client should
create a datagram with the servers address, port
number and, the message
www.waseda1.jp
www.waseda2.jp
A SERVER
A CLIENT
?
4444
www.waseda1.jp
4444
message
21
Sending datagrams with UDP protocol
Then it should open a socket and send the
datagram to the internet. The routing algorithm
will find the way to the target computer
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
?
3333
4444
22
Sending datagrams with UDP protocol
Before the datagram leaves the client, it
receives the address of the originating computer
and the socket number
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
!
3333
4444
23
Sending datagrams with UDP protocol
After the datagram is sent, the client computer
may start hearing at the port created for sending
the datagram if an answer from the server is
expected
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
?
3333
4444
24
Sending datagrams with UDP protocol
The server can extract the clients address and
port number to create another datagram with the
answer
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
?
3333
4444
answer
25
Sending datagrams with UDP protocol
Finally is sends the datagram with the answer to
the client. When a datagram is sent there is no
guarantee that it will arrive to the destination.
If you want reliable communication you should
provide a checking mechanism, or use ...
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
?
3333
4444
26
TCP communication with data flow
With TCP a communication channel between both
computers is built and a reliable communication
is established between both computers. This
allows to send a data flow rather tan datagrams.

www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
A SERVER
A CLIENT
?
3333
4444
27
TCP communication with data flow
After the client contacts the server, a reliable
channel is established. After this, client and
server may begin sending data through this
channel. The other should be reading this data
They need a protocol !!!!
www.waseda2.jp
www.waseda1.jp
bla
bla
A SERVER
A CLIENT
bla
bla
3333
4444
28
TCP How is reliability achieved ?
The internet itself works only with the datagram
paradigm. Internet frames are may get lost
(destroyed) For every frame delivered carrying a
part of the data flow there is a confirmation!
Sending bla bla bla
Sending 1st bla
Ack 1st bla
Sending 2nd bla
Ack 2nd bla
Sending 3rd bla
Ack 3rd bla
29
What if a message get lost ?
The server waits a certain amount of time. If it
does not receive any confirmation it sends the
message again.
Sending 1st bla
Sending bla bla bla
Ack 1st bla
Sending 2nd bla
LOST !!!
Sending 2nd bla again
No confirmation !!!
Ack 2nd bla
30
The Window for improving efficiency
The transmitter will handle a set of not
acknowledged packets
Sending 1st bla
Sending 2nd bla
Sending 3rd bla
Ack 1st bla
Ack 2nd bla
Ack 3rd bla
31
When do programmers should use UDP or TCP ?
- TCP generates 6 times more traffic than UDP -
It is also slower to send and receive the
messages
UDP
TCP
- Reliable - Complete - Valid in a certain period
of time - No need of speed
- not complete - fast - valid in a very short
period of time
32
Mark with a the applications that need TCP and
with a the applications that can use UDP
Video conference
E-Mail
Web server and client
Stock values every 5 seconds
Temperature every second
33
The Multicast paradigm
PROG2
PROG1
PROG2
PROG2
34
Attending more than a client The sequential
server
A CLIENT
A SERVER
A CLIENT
4444
A CLIENT
35
During the conversation the server is not
listening at the port 444
A CLIENT
A SERVER
A CLIENT
4444
A CLIENT
36
Only after the server is ready with the first
client it can listen to the port 444 again
A CLIENT
A SERVER
A CLIENT
4444
A CLIENT
37
The service may be to transfer a file. The user
at the client should first send the filename
A CLIENT
A SERVER
A CLIENT
4444
A CLIENT
38
What if the server has to wait too much for a
client to type in a file name ?
A CLIENT
A SERVER
Timeout
A CLIENT
4444
A CLIENT
39
Concurrent Servers there are separate processes
to attend the port and to transfer the file
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
40
After the client contacts the server, the server
creates another process to attend the client and
keeps listening to the port 4444 for another
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
41
While the new process is serving the first
client, the second client can contact the server
at the port 4444
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
42
And the server creates another process
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
43
Now the third client contacts the server
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
44
And a third slave process or thread is created
A CLIENT
A SERVER
4444
A CLIENT
A CLIENT
45
Every layer has the illusion to be talking to the
correspondent one in the other application
A CLIENT
The UDP User Defined Package like writing a
letter
Read write sequence
A SERVER
4444
UDP or TCP communication
A CLIENT
Internet frames and addresses
A CLIENT
electric pulses
46
There are now a lot of resources between the
application and transport layer which make
distributed programming much easier
Libraries for distributed programming (middleware)
RPC, CORBA, RMI
47
For example, the RMI mechanism in JAVA (similar
to CORBA)
Other applications use and share this object
(data)
Creates and publishes a Remote Object
48
2- InterNetworking con Java

• Por qué JAVA ?
• En este curso Los programas son más simples gt
  se peude usar más tiempo en explicar la lógica de
  los programas que para explicar las instrucciones
  del lenguaje.
• En general Java nace cuando la internet ya está
  madura (1993-4) gt nace sabiendo que existe
  TCP/IP y que la programación distribuida es
  importante, lo que se nota en el diseño.
• Además de las típicas funcionalidades básicas de
  comunicación (comunicación por canales TCP y UDP)
  incorpora otras de alto nivel de abstracción
  RMI, Applets, JDBL, URL
• Siempre es mejor JAVA ?
• No, Java es multiplataforma por lo tanto sólo
  puede hacer cosas que sean comúnes a todas las
  plataformas.
• Con la estandarización de TCP/IP como red virtual
  para todos los equipos esto es cada vez menos
  importante. Aún así hay cosas Nombres y ports
  sólo se pueden asociar en C ya que es exclusivo
  de UNIX.