PDF de programación - Tema 4 Sockets: Un interfaz con TCP/IP

Tema 4
Sockets: Un interfaz con TCP/IP

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Capítulos:

Introducción. Conceptos básicos.
Dirección de un socket.
Llamadas básicas de los sockets.
Diferencias entre BSD-Sockets y WinSockets.
Asignación de puertos a procesos.
Atributos de los sockets.

Bibliografía
[COM06] “Internetworking with TCP/IP”, Cap. 21

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Las aplicaciones en Internet.
Utilizan los servicios de TCP/IP.

Servicio con conexión: TCP.
Servicio sin conexión: UDP.

Diseño basado en el modelo cliente-servidor.

Por cada aplicación tendremos el proceso del cliente y el del
servidor (ambos utilizan el interfaz de los sockets para
comunicarse).
Host B

Host A

Cliente
Www

Sockets

S.O.
Hardware

Servidor
Www

Sockets
S.O.
Hardware

Internet

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Las aplicaciones en Internet
El cliente suele ser usado por el usuario, el cual
dirige las peticiones de servicio hacia el servidor
seleccionado.

Ej.: Clientes WWW: NetScape, IExplorer, Mozilla, etc...

El servidor debe permanecer siempre en marcha
esperando las peticiones de servicio de los clientes
en un puerto bien-conocido.

Ej.: Servidores WWW: IIS (NT y W2000), NCSA, Apache, etc.

Introducción. Conceptos básicos
Orígenes:

4

Introducir TCP/IP en un sistema BSD UNIX (~1980).
Necesidad de un interfaz entre las aplicaciones y una
arquitectura de red.

Sockets: Un interfaz genérico.

Interfaz estándar.
Portabilidad de aplicaciones.
Diferentes pilas de protocolos.

Ftp

Www

News

User
app.

Socket
Interface

Define una librería de primitivas
que acceden a los servicios de las
pilas de protocolos de un host.

TCP/IP

IPX/SPX

NETBIOS

Driver

Network hardware

Introducción. Conceptos básicos
Aunque el interfaz de los sockets fue escrito
inicialmente para máquinas UNIX, hoy en día se ha
llevado a otros S.O’s (Mac, MsWin, OS2, etc.).

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En todos ellos se describe un interfaz “básico” idéntico
al original de UNIX*,

Las mismas primitivas con los mismos parámetros.
Tipos y estructuras de datos idénticos.

favoreciendo la portabilidad de aplicaciones.

En lo que sigue, trabajaremos sobre un sistema UNIX
con la pila de protocolos TCP/IP.

(*) Con algunas excepciones

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¿Qué es un socket ?

Es un punto de acceso (SAP) que una aplicación
puede crear para acceder a los servicios de
comunicación que ofrecen la pilas de protocolos.

Ap. usuario

FTP

WWW

Interfaz de sockets

TCP/IP

IPX/SPX

NETBIOS

Driver

Hardware de red

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Dirección de un socket

Definición:

Estructura de datos que permite a las aplicaciones definir una
dirección (endpoint) única en Internet.
Para comunicarse con otras aplicaciones, es necesario definir la
dirección del socket que se va a utilizar.

Formato genérico de una dirección de socket.

#include <sys/socket.h>

struct sockaddr {

u_short
char

sa_family;
/* Tipo de dir. */
sa_data[14]; /* Valor de la dir. */

}

Dirección de un socket TCP/IP

Para cada familia de protocolos se define un formato
de dirección de socket específico. En concreto, para
TCP/IP:

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#include <netinet/in.h>

struct sockaddr_in {

sin_family;
sin_port;

u_short
u_short
struct in_addr
char

sin_addr;

sin_zero[8];

/* AF_INET */
/* Nº puerto */
/* Dir. IP */

}

struct in_addr {

u_long

s_addr;

/* Direc. IP */

}

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Llamadas básicas de los sockets

SOCKET

Primitiva que crea un socket con el fin de utilizar los servicios
de un determinado protocolo de una familia de protocolos
residente en el host.

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int socket (int family, int type, int protocol);

Family: AF_INET, AF_UNIX, AF_XNS, AF_APPLETALK, etc.
Type: SOCK_STREAM (TCP), SOCK_DGRAM (UDP), SOCK_RAW (ICMP,IP).
Protocol: IP_PROTO_TCP, IP_PROTO_UDP, IP_PROTO_ICMP,

IP_PROTO_RAW.

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Llamada SOCKET

La primitiva socket devuelve un entero positivo que
corresponde al descriptor del socket creado.

En caso de error, devuelve “-1” y en la variable global “errno” se
describe el tipo de error (común a todas las llamadas del interfaz)
El descriptor de socket que devuelve esta llamada,
se utilizará al hacer una operación sobre él (enviar
datos, establecer una conexión TCP, etc…),
distinguiéndolo de otros sockets.

Ejemplo de uso:

int sd; /* variable que guardará el descriptor del socket */

sd = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

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Llamada BIND

Asigna una dirección local a un socket recién creado
(llamada socket).
Antes de utilizar un socket es necesario asignarle una
dirección que lo identifique.

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int bind (int sockfd, struct sockaddr* myaddr, int addrlen);

sockfd: Descriptor de socket al que vamos a asignar una dirección.
myaddr: Puntero a una estructura donde se guarda la dirección.
addrlen: Tamaño (en bytes) de la dirección de socket (INET = 16 ).

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Llamada BIND

Los servidores definirán una dirección de socket en la
que figure su puerto bien-conocido.
Los clientes pueden especificar uno, aunque
normalmente relegan la elección de puerto al sistema
Ejemplo de uso:

int sd, err;
sockaddr_in

myaddr; /* variable de tipo dirección de socket INET */

sd = socket (AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
myaddr.sin_family = AF_INET;
myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
myaddr.sin_port = 0;
err = bind (sd, (struct sockaddr *) &myaddr, sizeof(myaddr));

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Llamada CONNECT

Los clientes la utilizan para establecer una conexión
(asociación) con un servidor.

Devuelve un entero indicando el resultado de la operación.

 “-1”: Error en el intento de conexión (errno).
 “0” : Conexión establecida.

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int connect (int sd, struct sockaddr* destaddr, int addrlen);

sd: Descriptor de socket sobre el que realizaremos la conexión.
destaddr: Dirección de socket del servidor.
addrlen: Tamaño (en bytes) de la dirección de socket (INET = 16 ).

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Llamada CONNECT

Conexión o asociación:

{Protocolo, IP origen, Puerto origen, IP destino, Puerto destino}

Características de la llamada CONNECT

Realiza internamente un BIND del socket.
Obligatoria para clientes TCP.
Puede usarse con sockets de tipo SOCK_DGRAM estableciendo
una asociación entre cliente y servidor.

 UDP no realiza acción alguna.
 Tras el connect, se pueden enviar los datos sin identificar el

destino (asociación establecida).

 Sólo se aceptarán datagramas de la dirección indicada.

Llamada CONNECT

Ejemplo de uso:

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#define host “158.42.53.99” /* Dir IP del servidor */
#define port 7 /* Puerto donde se encuentra el servidor de ECHO */

int sd, err;
struct sockaddr_in

servaddr;

sd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_aton(host);
servaddr.sin_port = htons(port);

err = connect (sd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));

if (err < 0) {

printf (”Can´t connect to %: %s \n",host,sys_errlist[errno]);
exit (-1);

}

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Llamada LISTEN

Pasa el socket a modo pasivo, dispuesto a encolar
peticiones de conexión.

Se suele usar después de SOCKET y BIND, y justo antes de
ACCEPT (servidores).
Sólo para sockets de tipo SOCK_STREAM (TCP).

#include <sys/socket.h>

int listen (int sd, int nconn);

sd: Descriptor de socket en el que aceptaremos peticiones

de conexión.

nconn: Tamaño de la cola donde se almacenan las peticiones

de conexión entrantes (Normalmente 5).

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Llamada ACCEPT

Espera la llegada de una petición de conexión
sobre el socket previamente inicializado.

Sólo para servidores TCP.
Se usa tras SOCKET, BIND y LISTEN.

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int accept (int sd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

sd: Descriptor de socket donde esperaremos peticiones de conexión.
addr: Devuelve la dirección del cliente.
addrlen: Tamaño en bytes de la dirección del cliente.

accept devuelve un entero, que en caso de éxito, corresponde
al descriptor de un nuevo socket asociado a la conexión
establecida.

Características de la llamada ACCEPT.

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Cuando se invoca, bloquea el programa hasta que
llegue una petición de conexión sobre el socket.
Si se tienen peticiones encoladas (LISTEN) intenta
establecer una conexión con la primera.
El socket que se pasa como argumento (socket
maestro) no tiene definida una asociación, mientras
que el nuevo socket que devuelve ACCEPT sí que
tiene definida la asociación entre ambos procesos.

Socket maestro: { TCP, IP fuente, Puerto fuente, *, * }

Nuevo socket: { TCP, IP fuente, Puerto fuente, IP dest., Puerto dest. }

Características de la llamada ACCEPT

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Si el servidor es :

Iterativo, tras atender una conexión de cliente, la cierra
y vuelve a esperar una nueva conexión sobre el socket
maestro.
Concurrente, creará un nuevo proceso por cada
conexión que se establezca (pasándole el nuevo
socket), mientras que utiliza el socket maestro para
recibir nuevas peticiones de conexión.

Servidor

M

S

Servidor Iterativo

Procesos
esclavos

Procesos
esclavos

Procesos
esclavos

Proceso
maestro

M

S

S

S

Servidor Concurrente

Ejemplo de uso de ACCEPT

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#define port 7 /* Puerto bien-conocido del servicio de ECHO */

int sd, newsd, err, addrlen;
struct sockaddr_in

servaddr, cliaddr;

sd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
servaddr.sin_port = htons(port);
err = bind (sd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
err = listen (sd, 5);
for (;;) {

newsd = accept (sd, (struct sockaddr *) &cliaddr, &addrlen);
if (newsd < 0) err_exit (“Error estableciendo la conexión”);
if (fork () == 0) { (* Nuevo proceso *)

close (sd);
echo (newsd); (* Función que realiza el servicio de ECHO *)
exit (0);

}
close (newsd);

}

(* Proceso padre *)

Llamadas de transferencia de datos

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Existen un conjunto de llamadas que se usan para el
envío y recepción de datos a través de un socket:

Recepción: read, recv, y recvfrom
Transmisión: write, send y sendto

Estas llamadas devuelven:

El número de octetos que realmente se han leído o escrito.
Devuelven un “-1” cuando se produce un error.
Las lecturas read y recv