Sin t

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Redes (IS20)Ingeniería Técnica en Informática de
Sistemas
http//www.icc.uji.es
Práctica 2- Comunicación de procesos mediante
sockets
1. Protocolos de red IP 2. Protocolos de
transporte UDP, TCP 3. Servidor 4. Cliente
ÍNDICE
2

• Queremos realizar comunicaciones entre varios
  procesos que pueden tener ubicación en diferentes
  máquinas
• Usamos para ello los servicios que ofrece el
  sistema operativo (llamadas) realizando programas
  en C
• Porqué en C?
• Es un lenguaje más próximo al estudiante
• El tipo de comunicación que queremos realizar es
  sencilla de programar
• Puestos a usar un lenguaje, usamos el que ya
  conocemos
• La implementación en otro lenguaje se hará
  prácticamente adaptando las llamadas
  correspondientes en dicho lenguaje
• El en boletín de prácticas hay una introducción
  al protocolo de red IP.
• Supondremos que existe este protocolo el cual
  permite comunicarse con una cierta garantía
• Las máquinas identificadas mediante una dirección
  (dirección IP) formada por 4 números separados
  por puntos
• Ejemplo 150.128.40.100 nuvol
• 150.128.49.69 máquina de la red docente
  conectado LAN

1. El protocolo de red IP
3

• Usamos las reglas del protocolo para mandar
  información de un sitio a otro
• sin garantía de entrega en destino y sin
  garantía de orden
• Ejemplo si primero mando un bloque B1 y luego B2
  el protocolo IP no garantiza la llegada al
  destino en ese orden.
• Ni siquiera garantiza la entrega, (probabilidad
  de pérdida muy baja)
• TENEMOS que CONFIAR en que el protocolo
  transporte la información
• Cómo se implementa el protocolo?
• Como un conjunto de rutinas que son capaces de
  capturar información y enviarla donde nosotros le
  digamos
• El S.O. necesita saber a quién enviar y qué
  enviar
• Coge los datos a enviar los empaqueta y las
  rutinas (software) del protocolo envían la
  información por la red, encaminándolo hasta que
  llegue al destino
• Para qué aplicaciones es útil?
• Aplicaciones básicas que no requieran alta
  fiabilidad, p.eje correo electrónico
• Por encima del protocolo IP están otros
  protocolos que organizan el problema de
  comunicación

1. El protocolo de red IP
4

• El protocolo UDP es un recubrimiento de IP básico
• En cada máquina podemos tener varios procesos en
  ejecución
• Supongamos 2 máquinas cada una con diferentes
  procesos
• M1 P1 y P2 M2 P3 y P4
• Si un proceso en M1 intenta mandar información a
  M2 el protocolo UDP se ocupará de la manera de
  organizar el envío
• El SO de M2 recibe la información pero no sabe a
  quien entregársela
• Si algún proceso de M2 avisa al SO que se hace
  cargo de atender la comunicación (tarea de
  recepción) no habrá problema
• Si varios procesos de M2 quieren atender la tarea
  el SO no sabrá a quien asignarla
• A los dos
• A uno de los dos arbitrariamente
• Un trozo a cada uno
• Alguien debe decidir que proceso acepta las
  peticiones de comunicación
• Más complejo
• qué pasa si varios procesos de M1 mandan
  información a M2?

Los protocolos de transporte
5

• El protocolo UDP permite organizar el problema
• Añade dos puertos puerto de origen y puerto de
  destino (nº de 16 bits)
• La información va a tal máquina con tal puerto de
  origen y tal puerto de destino
• La identificación de máquina y puertos incluida
  en la información que envío
• Permite multiplexar sobre la misma conexión
  diferentes comunicaciones
• El SO de M2 mira la información recibida de M1 y
  mira el puerto de destino que ESTARA ASOCIADO A
  UN PROCESO de M2
• Si el puerto asignado está ocupado el SO podrá
  asignar otro
• También puede estar asignado un puerto a varios
  procesos estos compiten por la información. El SO
  lo asigna al primero que la pida.
• Los procesos tienen que reservar los puertos que
  quieran utilizar
• Qué ocurre si quiero entrega de paquetes (nivel
  de red) ordenada?
• Nuevo protocolo TCP, garantiza la entrega y en
  orden
• Ejemplo
• en una aplicación que lea fotogramas de video y
  los envía a otro, si cada 30 sg se pierde un
  fotograma no ocurre nada (USO DE UDP)
• Si quiero que no se pierda nada aunque el sistema
  sea más lento (USO TCP)

Los protocolos de transporte
6

• Recordemos
• IP servicio sin conexión (conexión virtual usando
  protocolo)
• UDP sabemos dirección origen, dirección destino,
  puerto origen (proceso que manda) y puerto
  destino (proceso que recibe)
• El SO sabe a quien (proceso que tiene asignado
  puerto) darle la información
• El puerto será un descriptor de archivo

Los protocolos de transporte
7

• Cómo funciona TCP?
• Si al cabo de un tiempo la información no llega
  avisa
• Garantiza entrega fiable (se entrega y en orden)
• No hay comunicación real es ficticia, SO crea
  unas estructuras de datos para manejar la
  información
• Conexión virtualSistema Operativo
• Fase inicial de conexión P1 quiere conectarse con
  P3. SO envia un paquete a M2 para asegurarse que
  existe la máquina.
• M2 contesta enviando un paquete de confirmación a
  M1
• SO en M1 manda paquete a M2 para indicar que está
  conectado (devuelve un descriptor de archivo)
• SO de M2 se informa de que alguien se ha
  conectado y confirma la conexión (devuelve un
  descriptor de archivo)
• Conexión establecida
• P1 escribe en el descriptor y aparece información
  en M2
• P3 escribe en su descriptor y aparece información
  en M1
• Estos descriptores se conocen como SOCKET

Los protocolos de transporte
8

• Para asegurarnos de la entrega de información
  ordenada existen mecanismos (protocolos)
  especiales
• Acuse
• Incluir acuse en la trama de vuelta para
  optimizar el uso del canal..etc
• La desconexión segura tiene 4 fases
• Inicio de desconexión M1 paquete indicando que
  ya no mando nada más
• M2 contesta yo tampoco te mando más
• M1 dice adios
• M2 dice adios
• Todas estas facilidades las ofrece el sistema
  operativo como llamadas al sistema
• Quién empieza la conexión? Quién acepta la
  conexión?
• Si alguien quiere conectarse alguien debe estar
  dispuesto a oirle
• NODO PASIVO servidor, que está dispuesto a que
  alguien se conecte a el
• NODO ACTIVO cliente que quiere conectarse a
  alguien

Los protocolos de transporte
9

• SERVIDOR
• Pide un socket al SO (punto o puerto de conexión
  a un proceso)
• Llamada al sistema
• ssocket(dominio, tipo, protocolo)
• Dominio AF_UNIX rutas de ficheros (especifica
  conexión local en la misma máquina) y AF_INET
  para direcciones de internet (en máquina remota)
• Tipo para mandar datagramas SOCK_DGRAM o
  orientado a conexión SOCK_STREAM
• Protocolo 0 indica IP, SOCK_STREAM para TCP y
  SOCK_DGRAM UDP
• El SO devuelve ese sockets que es un descriptor
  de archivo asociado al proceso que lo creo y con
  las propiedades que se pasan como argumento
• Informar al SO que estoy dispuesto a recibir
  conexiones
• Llamada al sistema
• bind(descriptorsocket, dirección, longitud)
• Especifica al SO la dirección asignada al socket
  por donde puedo recibir cosas (puerto 7000)

Servidor
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• SERVIDOR
• Tabla para guardar peticiones pendientes
• Llamada al sistema
• estadolisten(descriptorsocket, longitud)
• Reserva de zona de memoria para guardar
  peticiones que llegan para atenderlas
  posteriormente
• Resumen El proceso servidor
• Quiero recibir
• en tal puerto
• sino puedo atender guarda petición en memoria
• Además debe esperar que alguien se conecte para
  ello usa la llamada
• Nuevo socketaccept(antiguosocket, direccion,
  longitud)
• El descriptor nuevo socket (que es el usado para
  comunicar) es idéntico al antiguosocket. Recibe
  la dirección del socket activo (el del cliente)
  en direccion
• Si no conexiones pendientes antiguosocket bloquea
  al proceso hasta que lleguen
• Al acabar se debe cerrar nuevo socket close()
  para dar fin a comunicación
• El antiguosocket sigue abierto por si llegan
  otras peticiones, close() para fin de peticiones
  (fin de conexión)
• Para intercambiar información llamadas read,
  write, .....

Servidor
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• CLIENTE
• Pide un socket al SO (punto o puerto de conexión
  a un proceso)
• Llamada al sistema
• rsocket(dominio, tipo, protocolo)
• Llamada al sistema
• connect(descritorsocketactivo, direccion,
  longitud)
• Establece la conexión entre socket activo y el
  pasivo para mandarle información
• Direccion y longitud se refieren al socketpasivo
  o de destino
• En el boletín de prácticas se nos dan dos
  programas client.c server.c
• Estudiar el programa intentando identificar su
  funcionamiento
• Compilar primero servidor, ejecutarlo en una
  terminal de vuestro ordenador
• Compilar el cliente y ejecutarlo en otra terminal
  de vuestro ordenador
• pasandole los parámetros necesarios
• Nombre máquina a la que quiero conectar
• Puerto donde escucha el servidor
• Palabra o frase (si es frase entre comillas
  dobles) a enviar
• Por qué aparecen unos caracteres extraños?

Cliente
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Próxima sesión de prácticas Programa que envíe
un pequeño correo Basado en el programa del
cliente En web de asignatura enlaces a tutorial
de SMTP
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• Hemos visto la relación cliente-servidor
• qué significa realmente el concepto
  cliente-servidor?
• La arquitectura cliente servidor intenta
  descargar la actividad de servidor.
• El servidor tiene que atender a multitud de
  clientes o nodos (con listen creaba una lista de
  espera)
• A mayor potencia de un servidor mayor coste
• Objetivo minimizar número de nodo que requieren
  servicio del servidor.
• Si número de nodos (peticiones de cliente)
  disminuye el servidor aliviará su carga ya que no
  tiene que poner en marcha tantos servicios.

SMTP
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• La separación entre los procesos que corren en el
  servidor y cliente ha evolucionado con el tiempo
• Inicialmente clientes grandes, y con el tiempo se
  redujo el tamaño
• Ejemplo pasarela web para proporcionar servicios
  
• (avance tecnológico para optimizar sistema
  cliente-servidor)
• Pasarela web para correo
• conectamos cliente a servidor
• vemos las páginas con mensajes que están en el
  servidor.
• El cliente no las descarga
• Protocolo en navegador web se adaptan con el
  tiempo a estas funciones
• Navegador web permite conexión a servidor para
  mostrar información
• Permiten servicio directo sin necesidad de
  software específico
• La separación cliente-servidor para correo será
• Cliente pide a servidor ? servidor contesta
• Después de separadas las tareas cliente-servidor
  vimos que hay que establecer comunicación
• Quién hace open pasivo? Nodo PASIVO ??
• Quién hace open activo? Nodo ACTIVO ??

SMTP
15

• Nodo PASIVO ?SERVIDOR ejecuta accept
• Nodo ACTIVO ? CLIENTE ejecuta connect
• Cómo enviamos un correo?
• Conexión a estafeta (máquina que corre software
  específico de envío y recepción de correo)
• Necesarias direcciones de origen y destino y
  cuerpo del mensaje a enviar
• Protocolo específico de envío de correo SMTP
  (Simple Mail Transfer Protocol), recuperación de
  mensajes POD (post office protocol), otros MIME
  (Multipurpose Internet Mail Extensions)
• Se usa el puerto 25 de recepción de correo
• Qué es un protocolo?
• Una forma de entendernos definida por unas
  reglas?Estándar
• Ejemplo
• alumno-profesor (cliente-servidor)
• Servicio tutorías
• Protocolo
• alumno pregunta es hora de tutorías
• Profesor responde
• Si, alumno entra y se sienta
• No, alumno se va

SMTP
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• Un protocolo se basa en un intercambio de
  mensajes
• Hay mensajes inteligibles para el usuario
• Ejemplo, pasos de conexión a un servidor
• Cliente se conecta
• Servidor dice Hello 200 (el 200 indica que ha
  funcionado conexión)
• Servidor se bloquea esperando peticiones
• Hay situaciones del protocolo opcionales Ej
• Alumno pregunta hay tutorías-profesor contesta si
• Alumno entra en tutorías
• Alumno en tutorías pegunta si puede fumar
  (opcional, puede no estar estandarizado)
• Veremos luego que el cuerpo del mensaje
• DATA
• --- texto ltltENTERgtgt
• ---- texto ltltENTERgtgt
• . Punto que indica final mensaje
• ltltENTERgtgt
• A partir de las reglas y los servicios que quiero
  obtener se genera un programa del cliente.
• Si servidor usa el mismo estándar (protocolo)
  funcionará

SMTP
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• El protocolo SMTP es un protocolo sencillo hay
  una negociación previa mínima
• Para más eficiencia la negociación debe ser más
  fina
• Ej si se comparte ancho de banda y se quiere
  mandar un archivo grande rápidamente debe hacer
  una negociación que optimice la velocidad de
  transferencia.
• SMTP no necesita identificador de usuario,
• en el mail recibido aparentemente no se indica el
  emisor.
• Generalmente se preserva la dirección IP desde
  donde se manda
• Detección de anónimos?responsabilidad
• Veamos el problema de envío de correo
• Qué hará el cliente, open pasivo o activo?

SMTP
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• Análisis del programa
• Comprobación de número de argumentos argc (número
  de argumentos 1)
• Cliente crea conexión,
• ssocket(dominio, tipo, protocolo)
• Dominio AF_UNIX rutas de ficheros especifica
  conexión local (en la misma máquina y AF_INET
  para direcciones de internet en máquina remota
• Tipo para mandar datagramas SOCK_DGRAM o
  orientado a conexión SOCK_STREAM
• Protocolo 0 indica IP, SOCK_STREAM para TCP y
  SOCK_DGRAM UDP
• Hace open activo
• connect(descritorsocketactivo, direccion,
  longitud)
• Establece conexión entre socket activo (s) y
  pasivo para mandarle información
• Dirección y longitud se refieren al socketpasivo
  o de destino
• Dirección del puerto 25? se construye la
  estructura ADDR que rellena los datos para
  connect.

SMTP
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• Análisis del programa
• RESULTADO El sistema devuelve un socket y se
  conecta al servidor que hemos pasado como
  argumento
• LEER HELLO-DECIR HELLO
• Se lee del socket un vector (buffer) de 256 bytes
• Strcpy(bufferleidos, \0) termina la cadena
  leída (longlt256bytes)
• Printf para ver lo que hemos leído (mensaje del
  servidor) qué vemos?
• Formar el string que queremos enviar (cadena)
  textoterminación
• IMPORTANTE el protocolo espera como terminador
  del mensaje \r\n
• \r\n equivale a pulsar ENTER (retorno carro y
  salto de línea)
• Con write se escribe cadena en el socket
• Leo respuesta de servidor (256 bytes) y la
  imprimo qué vemos?

SMTP
20

• ENVIAR MAIL
• Formar el string que queremos enviar (cadena)
  textoterminación \r\n
• Con write se escribe cadena en el socket (mensaje
  de quién soy)
• Leo respuesta de servidor (256 bytes) y la
  imprimo qué vemos?
• Se construye el cuerpo del mensaje
• DATA
• --- texto ltltENTERgtgt
• ---- texto ltltENTERgtgt
• . Punto que indica final mensaje
• ltltENTERgtgt
• Leo respuesta servidor y la imprimo qué vemos?
• DESPEDIDA
• Formar el string que queremos enviar (cadena)
  textoterminación \r\n
• Con write se escribe cadena en el socket (mensaje
  de quit)
• Leo respuesta servidor y la imprimo qué vemos?
• Cierro el socket del cliente

SMTP
21

• Compilar y ejecutar programa
• Hay que pasar como argumento al programa la
  máquina a la que me quiero conectar anubis.uji.es
• Probar programa enviándote un mail a tu cuenta en
  anubis
• Modificar el programa para que nos pida por
  teclado o le pasemos como argumento la dirección
  de correo donde quiero enviar el mail

SMTP
22
Próxima sesión de prácticas Problema de conexión
simultanea de un Host (con 2 tarjetas de red) a 2
ordenadores
23

• Supongamos un Host M con 2 tarjetas de red que
  quiere hablar (proceso P) con dos ordenadores
  diferentes (procesos P1 y P2 en máquinas M1 y M2)
• P se conecta con P1 abre un socket s1
• P se conecta con P2 abre un socket s2
• Orden de llegada de información a M procedente de
  M1 y M2 es aleatoria.
• No hay un método de sincronización que
  especifíque quien debe enviar
• Si P hace read en uno de los socket se queda
  bloquea hasta que haya algo que leer
• cómo escoger cual de los socket debo
  inspeccionar primero?

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• La única forma de recuperar información de un
  socket es hacer read
• Si no hay datos se bloquea
• Los socket tienen una opción para indicar lectura
  no bloqueante
• Así sino hay datos se devuelve el control
• Podemos saltar de uno a otro proceso hasta que en
  alguno haya datos
• Consumo innecesario de CPU
• Otra solución crear dos procesos P y P uno lee
  de P1 y el otro de P2
• Cada proceso atiende a un nodo
• Los procesos tienen espacios de memoria disjuntos
• Nuestro espacio de datos es común?espacio de
  memoria compartida?requiere semáforo
• Otra solución usar threads procesos con memoria
  compartida, necesito un semáforo

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• Problema Tenemos un escenario en el que un
  proceso tiene varios socket abiertos y debe
  manejar los datos de entrada o salida en ellos.
• No sabemos si llegan o no datos ni el orden en
  que llegaran por los socket. (puede haber
  bloqueos de lectura o escritura).
• Solución Usar la llamada al sistema select para
  chequear el estado de varios descriptores de
  archivo (descriptores de los socket) a la vez y
  en diferentes modalidades lectura, escritura,
  excepción. Hay que monitorizar socket en lectura,
  escritura y excepciones
• Parámetros
• select(n, fd_set readfds, fd_set writefds,
  fd_set exceptfds, struct timeval timeout )
• 3 listas
• Lista de descriptores de archivo que queremos
  monitorizar en lectura
• Descriptores de archivo que quiero monitorizar en
  escritura
• Lista de descriptores en los que se produjo
  alguna excepción (ejemplo estoy leyendo un
  archivo y se cierra la conexión)
• Una estructura
• Indica tiempo que queremos que este esperando a
  que uno de sus descriptores cambie de estado
  (listo para leer o escribir)

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• Parámetros
• select(n, fd_set readfds, fd_set writefds,
  fd_set exceptfds, struct timeval timeout )
• Último parámetro puntero a una estructura
  compuesta por dos punteros largos, en una
  segundos y en otra microsegundos.
• Especifica cuanto tiempo estará monitorizando los
  descriptores sin que se produzca ningún evento
• Si queremos siempre bloqueado hasta evento,
  usamos NULL
• Argumentos 2,3,4 son punteros a (fd_set) un
  vector de bits
• En cada posición del vector de bits un 1 o 0
  indica si se desea monitorizar el descriptor que
  ocupa esa posición 1 SI , 0 NO
• Para la monitorización de vectores de bit
  disponemos de Macros
• FD_CLR (int fd, fd_set set) pone a cero la
  posición del vector de bit de fd
• FD_ISSET (int fd, fd_set set) indica si la
  posición de fd está o 1 o 0
• FD_SET (int fd, fd_set set) pone a uno la
  posición del vector de bit de fd
• FD_ZERO (fd_set set) pone a cero todo el vector
  de bits fd_set
• Primer argumentos hace referencia a
• 1 el descriptor más alto que queremos
  monitorizar
• Ej para un vector de bit de 8 bits 01234567
• monitorizar 5 descriptores 01001111
• Primer argumento 718

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27

• Programa
• Actúa como servidor accepta 2 conexiones e
  inmediatamente ejecuta select para determinar la
  conexión por donde llegán antes los datos
• PUERTO SERVIDOR 7000
• Crea dos conexiones sc0, sc1 Socket -gt
  bind -gt 2 accept (2 clientes)
• Sólo se podrán conectar Inicialización de vector
  de bit usando FD_ZERO
• Se pone a 1 los dos descriptores sc0,sc1 para
  monitorizarlos
• Ponemos un tiempo de tv para el desbloqueo aunque
  no lo usamos ponemos NULL siempre bloqueado
  hasta evento
• Ejecutamos select nos devuelve un entero que
  indica si hay o no descriptores para ser leídos
• Si se desbloquea por llegada de algo será
  positivo
• Si se desbloquea por timeout devuelve cero
• Testeo retval!0
• Miro si bit asociado al sc0 está a 1
• Si, escribimos mensaje datos en descriptor del
  primer socket
• No, datos en el segundo socket
• Cerrar socket y acabar

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• Funcionamiento
• Escribir programa select.c, compilar y ejecutar
  (sin argumentos)
• Ejecutar dos clientes que quieran mandar cosas al
  servidor
• telnet labtecxx.act.uji.es 7000 (ejecutar en
  dos shells diferentes)
• El primero en que escriba algo y pulse ENTER
  desbloqueara a select y se imprimira el mensaje.
• Modificación
• Cambiar o añadir lo necesario para que el
  servidor con dos conexiones
• si recibe algo por sc0 lo envíe (escriba) en sc1
• si recibe algo por sc1 lo envíe (escriba) en sc0
• while (1)
• FD_ZERO....
• ...........
• Else printf(No hay datos\n)
• Al ejecutar lo que envío por cliente 0 se escribe
  en cliente 2 y viceversa

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• Utilidad
• Por ejemplo tres redes conectadas por routers
• Quiero comunicar la de un extremo con el otro
  extremo pero está es una red privada
• No permitirá conexiones de entrada desde internet
  (SEGURIDAD)
• Solución
• Usar un servidor en la red intermedia de forma
  que las conexiones de las redes extremas son de
  salida de las mismas y entrada a la red central y
  no se viola la seguridad

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