Ingeniería Técnica de Telecomunicación, esp. Telemática Universidad de Jaén

Transcripción

1 Contenido. Introducción Primitivas Sockets orientadas a conexión (TCP) Primitivas orientadas a no conexión (UDP) Programación con Sockets en Internet Funciones sockets Funciones auxiliares 1 Bibliografía. Comer, Comer, D. D. "Internetworking with with TCP/IP TCP/IP Principles, Protocols, and and Architectures" 4ª 4ª Edición Edición vol. vol. 1, 1, Prentice Prentice Hall. Hall. Stallings, Wi. Wi. Redes Redes e e Internet de de Alta Alta Velocidad Rendimiento y Calidad de de Servicio, 2ª 2ª Edición. Prentice Prentice Hall, Hall, Introducción. 2 SOCKETS Primitivas de acceso al servicio de transporte, que el usuario puede integrar en aplicaciones Desarrolladas inicialmente sobre UNIX fueron realizadas de forma específica, no siguen normas de ISO El API desarrollado en la Universidad de Berkeley es tomado como estándar de facto (también sobre Windows) y se denominan Sockets BSD (Berkeley Software Distribution) Pueden utilizar diferentes protocolos, entre ellos TCP y UDP Abstracción de los sockets: Un socket es interpretado por el sistema operativo de forma parecida a los ficheros de disco, a través de un descriptor (número entero) pero asociado a un recurso de red.

2 Introducción. 3 SOCKETS Las aplicaciones desarrolladas en Sockets están basadas en la arquitectura Cliente Servidor La aplicación necesita conocer el papel que va a desempeñar ( cliente o servidor ) ya que la estructura del software y las primitivas difieren. APLICACIÓN CLIENTE APLICACIÓN SERVIDOR Permiten comunicaciones orientadas a conexión o sin conexión. Un socket está completamente definido cuando consta de dirección y puerto (ej. IP+puerto TCP) Primitivas Sockets orientadas a conexión (TCP) 4 Primitivas SOCKET orientadas a conexión (usadas por TCP): Socket Close Bind Listen Accept Connet Shutdown Send, Write, Recv, Read, Crea un descriptor de socket. Cierra socket Asocia una dirección local con un socket Crea cola de espera para almacenar solicitudes de conexión Espera una solicitud de conexión Inicia conexión con conector remoto Deshabilita al recepción y/o el envío de datos por le socket Envía mensaje Recibir mensaje

3 Primitivas Sockets orientadas a conexión (TCP) 5 Estructura de primitivas en protocolo ORIENTADO A CONEXION SERVIDOR Socket ( ) Bind ( ) Socket ( ) CLIENTE Listen ( ) Proceso de conexión Connect ( ) Bloqueo hasta conexión de cliente Accept ( ) Conexión recibida y aceptada Proceso de la petición Recv ( ) Send ( ) Datos ( Petición ) Datos ( Respuesta ) Send ( ) Recv ( ) Close ( ) Close ( ) Primitivas Sockets orientadas a no conexión (UDP) 6 Primitivas SOCKET orientadas a un servicio sin conexión (usadas para UDP): Socket Close Bind Sendto Recvfrom Crea un descriptor de socket. Cierra socket Asocia una dirección local con un socket Envía mensaje Recibir mensaje

4 Primitivas Sockets orientadas a no conexión (UDP) 7 Estructura de primitivas en protocolo ORIENTADO A NO CONEXION SERVIDOR Socket ( ) CLIENTE Bind ( ) Recvfrom( ) Bloqueo hasta recibir datos cliente Datos ( Petición ) Socket ( ) Bind ( ) Sendto ( ) Proceso de la petición Sendto ( ) Datos ( Respuesta ) Recvfrom( ) Close ( ) Close ( ) Programación con Sockets en Internet 8 La programación de sockets en Internet hace uso de las direcciones IP y los puertos, Tanto TCP como UDP para identificar a los sockets. Una comunicación queda completamente definida por un par de sockets, que en el caso de TCP identificarán una conexión. TCP permite varias conexiones simultáneas en un mismo número de puerto local siempre y cuando se cumplan estas condiciones: Que la dirección IP local sea distinta. O que los números de puerto remotos sean distintos para cada conexión

5 Programación con Sockets en Internet 9 Comprobación de las conexiones existentes: comando de consola netstat Microsoft Microsoft Windows Windows XP XP [Versión [Versión ] ] (C) (C) Copyright Copyright Microsoft Microsoft Corp. Corp. C:\>netstat C:\>netstat Conexiones Conexiones activas activas Proto Proto Dirección Dirección local local Dirección Dirección remota remota Estado Estado TCP TCP hosta:3001 hosta:3001 localhost:3163 localhost:3163 ESTABLISHED ESTABLISHED TCP TCP hosta:3163 hosta:3163 localhost:3001 localhost:3001 ESTABLISHED ESTABLISHED TCP TCP hosta:3690 hosta:3690 localhost:3001 localhost:3001 CLOSE_WAIT CLOSE_WAIT 10 socket int socket(int af,int type,int protocol); Esta función crea un socket y lo enlaza con un proveedor de servicio. Parametros af : Familia de direcciones. En nuestro caso AF_INET. type: Especificación de tipo del nuevo socket. SOCK_STREAM: Para usar con conexiones TCP. SOCK_DGRAM: Para recibir y enviar datagramas UDP. protocol: Indica el protocolo dentro de la familia elegida. Usaremos siempr 0 que conrresponde con el protocolo por defecto para la familia. Valores devueltos: Si no ocurre ningún error, la función devuelve un descriptor que referencia en nuevo socket. En otro caso devuelve el valor INVALID_SOCKET. El código de error específico puede obtenerse llamando a WSAGetLastError.

6 11 Estructuras de direcciones struct in_addr{ unsigned long s_addr; } struct sockaddr_in{ unsigned short sin_family;//identificadores de AF_INET unsigned short sin_port;// Número de puerto, si es 0 lo selecciona el kernel struct in_addr sin_addr;//dirección IP. INADDR_ANY denota la dirección //IP del propio host char sin_zero[8];//no se usa, siempre a cero } 12 bind int bind(int local_s,const struct sockaddr *addr, int addrlen); Parámetros: local_s: Descriptor de socket local creado con la función socket() addr: Puntero a la estructura de dirección local del socket. addrlen: Tamaño en bytes de la estrutura apuntada en addr.

7 13 Ejemplo socket y bind... int sockfd;//existe una macro para int llamada SOCKET struct sockaddr_in addr_1;... sockfd=socket(af_inet,sock_stream,0); if(sockfd==invalid_socket) return(-3); addr_1.sin_family=af_inet; addr_1.sin_port=htons(tcp_port); addr_1.sin_addr.s_addr=htonl(inaddr_any);... if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr_1,sizeof(addr_1))<0) 14 Representación de datos en memoria En memoria la representación de datos puede ser: De izquierda a derecha (big-endian). Usado en TCP/IP para el formato de las direcciones por la red. Ejemplo: el valor 5* * se almacena como dato de 32 bits de la siguiente manera Byte n Byte n De derecha a izquierda (little-endian): Ejemplo: El mismo dato del ejemplo anterior. Byte n Byte n

8 15 Representación de datos en memoria La libería Winsock usa el formato de izquierda a derecha en las direcciones en sus estructuras, por lo que facilita varias funciones para realizar la conversión de las direcciones en representación interna de la máquina a la representación de la red, de manera que se pueden tratar las direcciones de forma totalmente transparente. unsigned long htonl(unsigned long n): Conversión de host a red de un valor de 32 bits. unsigned short htons(unsigned short n): Conversión de host a red de un valor de 16 bits. unsigned long ntohl(unsigned long n): Conversión de red a host de un valor de 32 bits. unsigned short ntohs(unsigned short n): Conversión de red a host de un valor de 16 bits. 16 Pasos para poner un servidor a escuchar conexiones (TCP). int listen(int sd,int qlen); sd: Descriptor de socket local creado con la función socket() y enlazado a un puerto con bind(). qlen: Número máximo de solicitudes de conexión en espera mientras el servidor esté ocupado. Valor devuelto: 0 si tuvo éxito y -1 si hubo algún error. int accept(int s_serv, struct sockaddr *client_addr, int * clntaddr_len) s_serv: socket en el que escucha el servidor. client_addr: estructura con la dirección del cliente clntaddr_len: tamaño de la estructura de dirección del cliente. Valor devuelto: un entero que representa a un nuevo socket que se usará para la esa conexión. Si ha habido algún fallo accept devuelve -1.

9 17 Pasos para poner un servidor a escuchar conexiones (TCP). Ejemplo. listen(sockfd,5); nuevosockfd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); if(nuevosockfd==invalid_socket) return(-5); 18 Conectar con un servidor (TCP). int connect(int local_s, const struct sockaddr *server_addr,int * sevaddr_len) local_s: Descriptor de socket local. server_addr: Puntero con la dirección de protocolo del socket destino. Sevaddr_len: tamaño en bytes de la estructura de ditrección. Valor devuelto: 0 si tuvo éxito y un valor no nulo si hubo error en Windows y negativo en UNIX.

10 19 Conectar con un servidor (TCP). Ejemplo. sockfd=socket(af_inet,sock_stream,0); if(sockfd==invalid_socket) printf("\nerror AL CREAR SOCKET"); else{ server_in.sin_family=af_inet; server_in.sin_port=htons(tcp_server_port); server_in.sin_addr.s_addr=inet_addr(ipdest); if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&server_in,sizeof(server_in))==0) { 20 Conectar con un servidor (TCP). int connect(int local_s, const struct sockaddr *server_addr,int * sevaddr_len) local_s: Descriptor de socket local. server_addr: Puntero con la dirección de protocolo del socket destino. Sevaddr_len: tamaño en bytes de la estructura de ditrección. Valor devuelto: 0 si tuvo éxito y un valor no nulo si hubo error en Windows y negativo en UNIX.

11 21 Conectar con un servidor (TCP). int connect(int local_s, const struct sockaddr *server_addr,int * sevaddr_len) local_s: Descriptor de socket local. server_addr: Puntero con la dirección de protocolo del socket destino. Sevaddr_len: tamaño en bytes de la estructura de ditrección. Valor devuelto: 0 si tuvo éxito y un valor no nulo si hubo error en Windows y negativo en UNIX. 22 Envío y Recepción de mensajes (TCP). int send(int socket, const void *msg, unsigned int msg_len, int flags); int recv(int socket, const void *rcvbuff, unsigned int bufflen, int flags); socket: Socket local usado para enviar o recibir. msg: Puntero al mensaje a enviar, no importa el tipo ya que es un puntero void. msg_len: Tamaño en bytes del mensaje a enviar. rcvbuff: Buffer de recepción de datos. bufflen: Tamaño en bytes del buffer de recepción. flags: modifican el comportamiento de la llamada (por ejemplo para no enrutar o enviar datos fuera de banda). Valor devuelto: La cantidad de bytes enviados o recibidos, 0 si la conexión ha sido liberada de forma acordada o SOCKET_ERROR si la operación ha fallado.

12 23 Envío y Recepción de mensajes (UDP). int sendto(int socket, const void *msg, unsigned int msg_len, int flags, struct sockaddr *dest_addr, int addr_len); int rcvfrom(int socket, const void *rcvbuff, unsigned int bufflen, int flags,struct sockaddr *src_addr, int * addr_len); socket: Socket local usado para enviar o recibir. msg: Puntero al mensaje a enviar, no importa el tipo ya que es un puntero void. msg_len: Tamaño en bytes del mensaje a enviar. rcvbuff: Buffer de recepción de datos. bufflen: Tamaño en bytes del buffer de recepción. 24 Envío y Recepción de mensajes (UDP). sendto y rcvfrom (continúa) flags: modifican el comportamiento de la llamada (por ejemplo para leer datos sin vaciar el buffer o enviar datos fuera de banda). Valor devuelto: La cantidad de bytes enviados o recibidos, la cual puede ser menor que la indicada, o SOCKET_ERROR si la operación ha fallado.

13 25 Cerrar un socket (TCP y UDP). int closesocket(int socket);//prototipo de Windows int close(int socket);//prototipo de UNIX BSD socket: descriptor de socket que se quiere cerrar. Valor devuelto: 0 si el socket se ha cerrado correctamente, o SOCKET_ERROR si la operación ha fallado. Cuando se cierra un socket de un protocolo fiable, como TCP, el kernel intentará, por defecto, enviar todos los datos pendientes antes de cerrar completamente el socket, aunque este comportamiento puede ser alterado. 26 Deshabilitar la recepción o en envío en un socket (TCP y UDP). int shutdown(int socket, int how); //Definida en Winsock2.h socket: descriptor de socket que se quiere modificar su estado. how: flag que describe que operación no estará permitida a partir de la ejecución de la función. SD_RECEIVE: Se deshabilita la recpción de datos. TCP: Las llamadas a recv fallarán y si se reciben más datos se reseteará la conexión. UDP: Los datagramas recividos se procesarán sin problemas. SD_SEND: Se deshabilita la transmisión de datos. TCP: Fallan las llamadas a send y se envía un FIN. Es lo que se debe hacer para cerrar la conexión de forma acordada. SD_BOTH: Deshabilita ambas, recepción y transmisión. Valor devuelto: 0 si el socket se ha cerrado correctamente, o SOCKET_ERROR si la operación ha fallado.

14 27 Otras funciones para el trabajo con Sockets. Resolución de direcciones IP a partir del dominio. struct hostend *gethostbyname(const char *hostname); Valor devuelto: un puntero a una estructura hostent con información de nombre del host, alias y direcciones IP, o NULL si fracasa. 28 Otras funciones para el trabajo con Sockets. Resolución de direcciones IP a partir del dominio. typedef struct hostent { char * h_name; char ** h_aliases; short h_addrtype; short h_length; char ** h_addr_list; } hostent; Miembros h_name: Nombre oficial del host. Si se usa DNS o un sistema similar de resolución de nombre el nombre devuelto es FQDN (Fully Qualified Domain Name).Si se usa un fichero local de lista de host, se devuelve el primer nombre después de la dirección IP h_aliases: Un array de cadenas con nombre alternativos. h_addrtype: Tipo de la dirección devuleta. h_length: Longitud de cada dirección en bytes. h_addr_list: Lista de cadenas con las direcciones del host en orden de bytes de la red.

15 29 Otras funciones para el trabajo con Sockets. Ejemplo de resolución de direcciones IP a partir del dominio. struct in_addr address;... printf("introduzca la direccion IP o el dominio destino: "); gets(ipdest); ipdestl=inet_addr(ipdest); if(ipdestl==inaddr_none){ //La dirección introducida por teclado no es correcta o //corresponde con un dominio. struct hostent *host; host=gethostbyname(ipdest); if(host!=null){ memcpy(&address,host->h_addr_list[0],4); printf("\ndireccion %s\n",inet_ntoa(address)); } } Otras funciones para el trabajo con Sockets. Conversión de direcciones IP a cadena y desde cadenas. unsigned long inet_addr(const char* cp); Parametros cp: Una cadena de caracteres representando una dirección en el formato estándar de Internet usando cuatro dígitos separados por puntos (xxx.xxx.xxx.xxx). Valor devuelto: Si la operación se ha resuelto correctamente se devuelve un unsigned long con la dirección apropiada en binario. Si la cadena cp no contiene una representación correcta la función devuelve INADDR_NONE.

16 31 Otras funciones para el trabajo con Sockets. Conversión de direcciones IP a cadena y desde cadenas. char* inet_ntoa(struct in_addr in); Parametros in: Puntero a una estructura in_addr con una dirección IP de un host. Valor devuelto: Puntero a un buffer estático con la dirección en el formato estándar (xxx.xxx.xxx.xxx) o NULL si no se ha realizado la operación. 32 Otras funciones para el trabajo con Sockets. Conversión de direcciones IP a cadena y desde cadenas. typedef struct in_addr { union { struct { u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4;} S_un_b; struct { u_short s_w1,s_w2;} S_un_w; u_long S_addr; } S_un; } in_addr; Miembros S_un: S_un_b: Dirección del host formateada en 4 u_chars. S_un_w: Dirección del host formateada en 2 u_shorts. S_addr : Dirección del host formateada como u_long.