Programação com Sockets. Redes de Computadores I 2007/2008

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1 Programação com Sockets Redes de Computadores I 2007/2008

2 Arquitectura das Aplicações Cliente-Servidor Peer-to-Peer (P2P) Híbrido Peer-to-Peer e Cliente-Servidor Universidade do Minho 1

3 Comunicação entre processos Processo: um programa em execução num sistema final (host) dentro do mesmo sistema os processos podem comunicar usando comunicação entre processos (definido pelo Sistema Operativo). Sinais (rudimentar) Pipes ( ex: dir more) Ficheiros processos em sistemas distintos comunicam trocando mensagens Processo Cliente: processo que inicia a comunicação Processo Servidor: processo que espera passivamente até ser contactado Nota: as aplicações P2P usam simultaneamente processos cliente e processos servidor Universidade do Minho 2

4 SOCKETS Processos enviam e recebem mensagens através de um socket O socket é equivalente a uma porta O processo que envia faz sair as mensagens pela porta e confia na infra-estrtutura de transporte que está do outro lado da porta para levar a mensagem até ao processo que recebe host processo socket TCP com buffers, variáveis Controlado pelo programador Internet controlado pelo Sistema Operativo (OS) API: (1) escolha do protocolo; (2) definição de alguns parametros host processo socket TCP com buffers, variáveis Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, Universidade do Minho 3

5 Endereçamento Para receber ou enviar mensagens os processos precisam de um identificador Os sistemas já possuem endereços IP Mas serão suficientes para endereçar os processos? Obviamente que não: correm múltiplos processos em simultâneo em cada sistema! identificador inclui endereço IP e número de porta associado ao processo. Exemplos de portas bem conhecidas: Servidor HTTP: 80 Servidor de Mail: 25 Para enviar uma mensagem a um servidor Web é preciso: IP: Porta: Universidade do Minho 4

6 Aplicações definem Tipos de mensagens que trocam, Ex: request, response Syntaxe das mensagens: Que campos vai ter cada mensagem e como são delimitados Semântica das mensagens Significado da informação contida em cada campo Regras temporais que definem quando e como deve um processo responder às mensagens que recebe Universidade do Minho 5

7 Que serviço de transporte usar? Tolerância a perdas Algumas aplicações (ex: audio) toleram algumas perdas Outras (ex: transferência de ficheiros, telnet) requerem que a transferência seja 100% fiável Sensibilidade aos atrasos Algumas aplicações (ex: telefonia IP) requerem que os atrasos sejam baixos Consumo de Largura de Banda Algumas aplicações (ex: multimedia) exigem uma largura de banda mínima para poderem funcionar Outras ( aplicações elásticas ) utilizam a largura e banda que houver disponível Universidade do Minho 6

8 Serviços de transporte na Internet Serviço de transporte TCP: Orientado à conexão Transporte fiável Controlo de fluxo Controlo de congestão Não assegura atrasos nem largura de banda mínimos Serviço de transporte UDP: Transferência não fiável Não oferece mais nada Universidade do Minho 7

9 Programação com Sockets Objectivo: construir aplicações cliente/servidor que usam sockets Socket API Introduzida no UNIX BSD4.1 em 1981 Os sockets devem ser explicitamente criadosm usados e livbertados pelas aplicações Paradigma cliente/servidor Dois tipos de serviço de transporte: Datagrama não fiável Stream fiável socket Uma interface local a um sistema, criado pelas aplicações, controlado pelo sistema operativo (uma porta ) na qual um processo de aplicação pode simulaneamente enviar e receber mensagens de outros processos Universidade do Minho 8

10 Programação com Sockets Tabela de descritores Family: PF_INET Service: SOCK_STREAM Local IP: Remote IP: Local Port: 2249 Remote Port: Universidade do Minho 9

11 Programação com Sockets Sockaddr (socket geral) struct sockaddr { short int sa_family; /*Address family */ unsigned char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */ }; Sockaddr_in (sockets Internet) struct sockaddr_in { short int sin_family;/*address family */ unsigned short int sin_port; /* Port number */ struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ /* Pad to size of `struct sockaddr'. */ unsigned char pad[sizeof(struct sockaddr) - sizeof(short int) - sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)]; }; Universidade do Minho 10

12 Programação com Sockets: TCP Servidor TCP Socket() Cliente TCP Socket() Bind() Listen() Accept() Cria conexão TCP Connect() Send/Recv() Send/Recv() Close() Close() Universidade do Minho 11

13 Programação de Aplicações de Rede API dos Sockets para ligações TCP O processo cliente tem que executar os seguintes passos: Estabelecer um socket, usando a chamada ao sistema socket() Através do socket estabelecido conectar-se ao processo servidor, usando a chamada ao sistema connect() Enviar e receber dados através do canal estabelecido, usando as chamadas ao sistema send() e recv(), Libertar o socket estabelecido, através da chamada ao sistema close() Universidade do Minho 12

14 Programação de Aplicações de Rede API dos Sockets para ligações TCP O processo servidor tem que executar os seguintes passos: Estabelecer um socket, usando a chamada ao sistema socket() Associar o socket criado a uma identificação (constituída por endereço IP da máquina onde reside o servidor e número de porta associado à aplicação em causa), usando a chamada ao sistema bind() Ficar à escuta de pedido de ligação, usando a chamada ao sistema listen() Aceitar um pedido de ligação através da chamada ao sistema accept() Enviar e receber dados através do canal estabelecido, usando as chamadas ao sistema send() e recv() Libertar o socket estabelecido, através da chamada ao sistema close() Universidade do Minho 13

15 Programação de Aplicações de Rede Processo Servidor: exemplo com sockets TCP int sockfd, newsockfd, portno, n; char buffer[256]; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;. sockfd = socket(pf_inet,, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) error("error opening socket"); portno =. memset(&serv_addr,, '\0', ' sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(portno); if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) r)) < 0) error("error on binding"); listen(sockfd,5); newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, & sizeof(cli_addr)); if (newsockfd < 0) error("error on accept"); n = recv(newsockfd,buffer,255,0); if (n < 0) error("error reading from socket"); buffer[n]= ]= \0 ; printf("here is the message: %s\n",buffer); n = send(newsockfd,"i got your message",18,0); if (n < 0) error("error writing to socket"); Universidade do Minho 14

16 Programação de Aplicações de Rede Processo Cliente: exemplo com sockets TCP int sockfd, portno, n; struct sockaddr_in serv_addr; struct hostent *server; char buffer[256];. sockfd = socket(pf_inet,, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) error("error opening socket"); server = gethostbyname. portno =.. if (server == NULL) { fprintf(stderr,"error, no such host\n"); exit(0); } memset(&serv_addr,, '\0', ' sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)server->h_addr h_addr); serv_addr.sin_port = htons(portno); if (connect(sockfd,&serv_addr,sizeof(serv_addr ( connect(sockfd,&serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) error("error connecting"); printf("please enter the message: "); fgets(buffer,255,stdin); n = send(sockfd,buffer,strlen(buffer),0); if (n < 0) error("error writing to socket"); n = recv(sockfd,buffer,255,0); if (n < 0) error("error reading from socket"); buffer[n]= ]= \0 ; printf("%s "%s\n", n",buffer buffer); Universidade do Minho 15

17 Programação de Aplicações de Rede API dos Sockets para ligações TCP O servidor apresentado no exemplo anterior limitase a lidar com um pedido de ligação, terminando logo de seguida. Tipicamente, os servidores mantêm-se activos indefinidamente lidando simultaneamente com várias ligações. Esta funcionalidade pode ser implementada criando um novo processo por cada pedido de ligação aceite, usando para isso a chamada ao sistema fork() Universidade do Minho 16

18 Programação de Aplicações de Rede Servidor capaz de lidar com múltiplas ligações int n, pid, sockfd, newsockfd, portno; char buffer[256]; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;.. sockfd = socket(pf_inet,, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) error("error opening socket"); memset(&serv_addr,, '\0', ' sizeof(serv_addr)); portno = serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(portno); if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) r)) < 0) error("error on binding"); listen(sockfd,5); while (1) { newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, sizeof(cli_addr)); if (newsockfd < 0) error("error on accept"); pid = fork(); if (pid < 0) error("error on fork"); if (pid == 0) { close(sockfd); n = recv(newsockfd,buffer,255,0); if (n < 0) error("error reading from socket"); buffer[n]= ]= \0 ; printf("here is the message: %s\n",buffer); n = send(newsockfd,"i got your message",18,0); if (n < 0) error("error writing to socket"); exit(0);} else close(newsockfd); } /* end of while */ Universidade do Minho 17

19 Programação com Sockets: UDP Servidor UDP Socket() Cliente UDP Socket() Bind() Bind() Sendto/Recvfrom () Sendto/Recvfrom () Close() Close() Universidade do Minho 18

20 Programação de Aplicações de Rede API dos Sockets para ligações UDP Para ligações em que tipicamente as mensagens são independentes umas das outras, e não é necessário um serviço de transporte fiável utiliza-se o protocolo de transporte UDP e sockets do tipo Datagrama (SOCK_DGRAM) Neste caso usam-se chamadas ao sistema diferentes das usadas nas ligações TCP sendto() e receivefrom() para enviar e receber mensagens respectivamente Universidade do Minho 19

21 Programação de Aplicações de Rede Processo Cliente: exemplo com sockets UDP int sock, length,, n; struct sockaddr_in serv_addr,, from; struct hostent *server; char buffer[256];. sock= socket(pf_inet,, SOCK_DGRAM, 0); if (sock ( < 0) error("socket"); server = gethostbyname. memset(&serv_addr,, '\0', ' sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)server->h_addr h_addr); serv_addr.sin_port = htons(portno); length=sizeof(struct sockaddr_in); printf("please enter the message: "); fgets(buffer,255,stdin); n=sendto(sock,buffer, strlen(buffer),0,&serv_addr,length); if (n < 0) error("sendto Sendto"); n = recvfrom(sock,buffer,256,0,&from, &length); if (n < 0) error("recvfrom recvfrom"); buffer[n]= ]= \0 ; printf( %s %s\n", ",buffer buffer); Universidade do Minho 20

22 Programação de Aplicações de Rede Processo Servidor: exemplo com sockets UDP int sock, length, fromlen,, n; struct sockaddr_in serv_addr, from; struct hostent *server; char buf[256];.. sock=socket(pf_inet,, SOCK_DGRAM, 0); if (sock ( < 0) error("opening socket"); length = sizeof(serv_addr); memset(&serv_addr,, '\0', ' sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr=inaddr_any; serv_addr.sin_port=htons..;..; if (bind(sock,(struct ( sockaddr *)&serv_addr,length &serv_addr,length)<0) error("binding"); fromlen = sizeof(struct sockaddr_in); while (1) { n = recvfrom(sock,buf,255,0,(struct sockaddr *)&from,&fromlen &from,&fromlen); if (n < 0) error("recvfrom recvfrom"); buf[n]= ]= \0 ; printf("received a datagram: : %s\n", ",buf buf); n = sendto(sock,","got your message\n",17, 0,(struct sockaddr *)&from,fromlen &from,fromlen); if (n < 0) error("sendto sendto"); } Universidade do Minho 21