44 sockets[1]

Programação de Sistemas
Programação de Sistemas Sockets : 1/66
Sockets
Introdução à Internet (1)
A. Modelo de comunicação na rede de
computadores
O mais divulgado é a Internet.
– Baseada numa pilha de protocolos com 4 níveis,
• níveis mais elevados são mais abstractos e mais próximos
do utilizador
do utilizador
• níveis mais baixos são próximos das transferências de bits
entre computadores.
– Cada nível usa serviços oferecidos pelo nível
imediatamente inferior.
Aplicação
Transporte
Rede
Ligação
Utilizador
Meio físico
Leonard Kleinrock, chefe do laboratório da
UCLA que desenvolveu e instalou primeiro
encaminhador da ARPANET.
Primeira mensagem enviada da UCLA para
SRI/Stanford em Setembro 1969.

4. Nível aplicação (“application”): contém as aplicações
úteis para os utilizadores.
• Objectivos: converter dados na representação local para
representação canónica e implementar modelo de comunicação.
• Exemplos de aplicações muito divulgadas:
• WWW (“World Wide Web”), baseado no protocolo HTTP-
Hypertext Transfer Protocol.
• Correio electrónico (Email-“Electronic Mail”), baseado no
protocolo SMTP-Simple Mail Transfer Protocol.
• Transferência de ficheiros, baseado no protocolo FTP-File Transfer
Protocol.
• DNS (“Domain Name Service”): transcrição de nomes lógicos
(nomes definidos numa hierarquia em árvore) para endereços de nós
da rede.
3. Nível transporte (“transport”):
• Objectivos: transferir todos os dados ponto a ponto (nós da rede
de computadores, que podem não se encontrar directamente
ligados entre si).
• Protocolos mais usados:
• TCP-Transmission Control Protocol, de transferência fiável e
• TCP-Transmission Control Protocol, de transferência fiável e
ordenada de uma sequência de dados de qualquer dimensão.
• UDP-User Datagram Protocol, de transferência não fiável de
datagramas (bloco formatado de dados, com comprimento
máximo).
Nota1: Arpanet tinha em vista garantir em caso de guerra a transmissão de
mensagens mesmo que alguns nós intermédios fossem eliminados.
Nota2: protocolos TCP/IP definidos por Robert Kahn e Vinton Cerf.

2. Nível rede (“network”):
• Objectivos: encaminhamento de pacotes (designados aqui por
datagramas) de uma rede para outra.
• Protocolos mais usados
• IP-Internet Protocol.
• IPSec, que permite estabelecer em cima do IP uma rede segura
(com mecanismos de cifra e autenticação).
1. Nível ligação (“link”):
• Objectivos: encapsular bits em tramas (“frame”), com detector de
erros de transmissão, e enviar as tramas de um computador para
outro.
• Exemplos:
• Ethernet, numa rede local,
• 802.11b, para Wi-Fi “Wireless Fidelity”
B. Nós intermédios: nós que implementam a transmissão de
pacotes de um nó terminal (PC, servidor,...) para outro.
– Hub- que interliga computadores de uma rede local, ou
Switch- olham para os endereços fonte/ destino dos pacotes para
serem transmitidos apenas pelas ligações necessárias.
Nota: nas salas SCDEEC2 e
SCDEEC3 os switch estão
instalados em caixas fechadas.

– Router- encaminha pacotes entre redes (ex: entre uma LAN-rede
local e uma WAN-rede alargada).
Nota1: ao contrários dos hub/switch, os encaminhadores
(“router”) possuem endereços IP.
Nota2: “router” no SCDEEC instalado na sala dos portáteis.
C. Caminho percorrido entre 2 aplicaçõesC. Caminho percorrido entre 2 aplicações
Aplicação
Transporte
Rede
Ligação
Aplicação
Transporte
Rede
Ligação
Físico
Ligação
Rede
Ligação
Físico Físico Físico
switch/hub
router
Conexão ‘lógica’ponto a ponto
host host
Introdução aos sockets (1)
• Os sockets, introduzidos em 1981 no BSD 4.1, são uma
API e definem os pontos de acesso das aplicações
segundo o paradigma cliente/servidor.
Aplicação
Socket
Socket
Protocolo A Protocolo B ...
• Programação de sockets mais complexa que E/S de ficheiros
• mais parâmetros
• mais chamadas de sistema
• Principal diferença entre E/S de sockets e a E/S de ficheiros é
a forma como a aplicação abre os descritores de sockets.

Introdução aos sockets (2)
• Os processos lêem e escrevem nos descritores de sockets
pelas mesmas operações read e write dos descritores
de ficheiros.
• Serviços disponibilizados pelos sockets [analogia]
A. socket() - definição [telefone]
A. socket() - definição [telefone]
B. bind() – associação do socket a um endereço [atribuir número ao
telefone]
C. listen() - escutar [destinatário espera pelo toque da campaínha]
D. connect() – iniciar conexão [origem digita número do destinatário]
E. accept() - estabeler conexão [destinatário aceita chamada,
levantando o ascultador]
F. send(),recv() - envio/recepção de dados [falar]
G. close() - fecho de conexão [pousar ascultador]
Endereçamento de nós (1)
• No protocolo IP, cada nó possui um endereço único. O
formato dos endereços depende da versão (IPv4 ou IPv6)
1. IPv4: actualmente em uso, norma rfc791 (1981)
a. Espaço para endereço: 32 bits (4 Bytes), com limite teórico de
4G nós.
4G nós.
b. Representação de um endereço: notação mais usada é a notação
ponto-decimal, cada Byte indicado em decimal.
Ex: o servidor da Área Científica de Computadores do DEEC
tem endereço 193.136.143.1
Nota: para aumentar legibidade em 1983 foi criado o sistema
DNS - ”Domain Name System” para transcrever endereços IP
para nomes lógicos na forma ID.domínio
Ex: asterix.ist.utl.pt e comp.ist.utl.pt são
nomes para o endereço 193.136.143.1

c. Gama de endereços: representados segundo a representação
CIDR- “Classless Internet Domain Routing” na forma
base/máscara. A base é o endereço inicial da gama e a máscara
(“netmask”) determina os bits fixos no prefixo, nas formas:
– Completa, indicando o valor de todos os grupos de 8 bits (entre 0 e 255)
– Curta, com o número de bits fixos.
– Curta, com o número de bits fixos.
Filtro curto Máscara Número de endereços
/24 255.255.255.0 256
/25 255.255.255.128 128
/26 255.255.255.192 64
/27 255.255.255.224 32
/28 255.255.255.240 16
/29 255.255.255.248 8
/30 255.255.255.252 4
– Ex: 193.136.143.0/24 indica prefixo de 24 bits, podendo
variar os 32-24=8 bits menos significativos: assim é coberta a
gama 193.136.143.0 a 193.136.143.255
– Ex: 193.136.143.120/29, podem variar 3 bits menos
significativos: assim é coberta a gama 193.136.143.120 a
193.136.143.127
193.136.143.127
d. Reserva de endereços: a IANA-Internet Assigned
Numbers Authority reservou gamas de endereços
127.0.0.0/8 – loopback
10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 – redes locais
255.255.255.255 – difusão
e. Dimensão máxima do datagrama, designada MTU
(“Maximum Transmission Unit”), é 64KB-20B

• Para prolongar a vida do espaço de endereçamento várias
tecnologias têm sido desenvolvidas:
– Translacção de endereços (NAT-”Network Address Translation”) por
uma “Firewall” entre a rede privada e local. Os endereços da rede interna
são trocados pelo endereço externo da “Firewall”.
– Aluguer de endereços por serviço DHCP-”Dynamic Host Configuration
– Aluguer de endereços por serviço DHCP-”Dynamic Host Configuration
Protocol”
• Usado quando um PC em casa se liga a um ISP-Internet Service Provider.
• Tempo de aluguer varia com o tipo de equipamento (ex: 2 dias para computador fixo e 1
hora para computador móvel) e pode ser estendido depois de gasto 50% do tempo de
aluguer.
• A procura de endereços IP provém de diversos factores:
– Aumento de utilizadores de Internet.
– Popularidade de equipamentos móveis (portáteis, PDAs, telemóveis).
• IANA prevê para 2010 o esgotamento dos endereços IPv4.
2. IPv6: em fase de instalação, norma rfc2373 (1998)
a. Espaço para endereço: 128 bits (16 Bytes), com limite teórico de
3.4*1038 nós.
b. Representação de um endereço: notação mais usada é dado por 8
grupos de 4 dígitos hexadecimais, separados por dois pontos (:).
Uma única sub-sequência de quatro 0’s pode ser compactada por
Uma única sub-sequência de quatro 0’s pode ser compactada por
um par de dois pontos.
Ex: 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab e
2001:db8::1428:57ab são endereços IPv6.
[Exemplo]
[rgc@asterix ~]$ host ipv6.l.google.com
ipv6.l.google.com has IPv6 address 2001:4860:0:1001::68
Nota 1: as pilha de protocolos IPv4 e IPv6 são incompatíveis.
Nota 2: IPv6 foi disponibilizado no núcleo do Linux 2.6.10.

Representação de Bytes (1)
• A distribuição dos Bytes de números de grande dimensão
pode ser feita de duas formas1:
– Big-endian: endereços mais baixos com índices superiores (ex:
MC68000).
– Little-endian: endereços mais baixos com índices inferiores (ex:
Intel x86).Intel x86).
Ex: seja o inteiro 1025 (0x00000401), a representar numa
máquina de 32-bits a partir do endereço base 0x10000.
1 termos recolhidos da novela Viagens de Gulliver, de Jonathan Swift, sobre os lados
favoritos de quebrar em Lilliput os ovos cozidos.
000x10003
000x10002
040x10001
010x10000
Little-endian
010x10003
040x10002
000x10001
000x10000
Big-endian
• Vantagens da representação big-endian:
– Inteiros armazenados na mesma ordem das cadeias de caracteres (da
esquerda para a direita).
– Sinal do número determinado olhando para o Byte de endereço base.
• Vantagens da representação little-endian:
– Facilita conversão de representações com diferentes tamanhos (ex: inteiro
12 é representado pelo Byte 0x0C e pela palavra 0x000C: a localização
de deslocamento mantém o mesmo valor, o que não acontecia na
representação bi-endien).
• Na rede Internet, os endereços são sempre representados
em big-endian.
Nota: os primeiros nós encaminhadores (“router”) da rede ARPANET,
designados Interface Message Processor, eram máquinas Honeywell DDP-
516 de 16 bits com representação big-endian.

• No API de sockets deve-se sempre chamar as funções de
conversão da representação de inteiros :
– Dimensões: 4 Bytes (long) e de 2 Bytes (short)
– Locais: nó (“host”) e protocolo IP (“network”)
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t); /* 4B do nó para rede */uint32_t htonl(uint32_t); /* 4B do nó para rede */
uint16_t htons(uint16_t); /* 2B do nó para rede */
uint32_t ntohl(uint32_t); /* 4B da rede para nó */
uint16_t ntohs(uint16_t); /* 2B da rede para nó */
Nota: se o processador tiver arquitectura big-endien, as funções não
fazem nada.
Portos (1)
• O socket disponibiliza uma interface de envio/recepção de
dados através de um porto.
• Cada tipo de socket pode ser ligado a 64K portos.
– Os primeiros 1K portos (1-1023) são reservados pelo IANA para
serviços específicos, listados no ficheiro /etc/services, com
privilégios de root:
privilégios de root:
• 22 : SSH
• 53 : DNS
• 80 : WWW
• 115 : FTP seguro
• 443 : WWW seguro
– Os portos 49152-65535 são de evitar, por serem usados
dinamicamente pelos sistemas operativos.

Portos (2)
SSHAplicações WWW
(protocolo HTTP)
socket socket
Sockets ligados
Referência a descritor
22 80
Nota:
• Aplicações podem usar mais do que um socket
• Sockets podem ser acedidas por várias aplicações
Sockets ligados
(“bound”) a portos 1 65535
Interface rede
(endereço 193.136.143.1)
Domínio de um socket (1)
• O domínio do socket determina a natureza da
comunicação, incluindo o formato dos endereços do nós
de computadores.
• Os domínios, todos com prefixo AF_, são definidos no
cabeçalho <bits/socket.h>, lido a partir do
<sys/socket.h>
<sys/socket.h>
Domínio Valor Descrição
AF_UNSPEC 0 Não especificado
AF_UNIX 1 Espaço de nomes Unix (tubos e ficheiros)
AF_INET 2 Internet IPv4
AF_INET6 10 Internet IPv6
Figura 16.1 Advanced Programming in the UNIX Environment

• A API socket define no cabeçalho <sys/socket.h> uma
estrutura genérica para endereços de todos os domínios.
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
• Para o domínio AF_INET, o cabeçalho <netinet/in.h>
• Para o domínio AF_INET, o cabeçalho <netinet/in.h>
define a estrutura
struct sockaddr_in {
short sin_family;
u_short sin_port; /* número de porto */
struct in_addr sin_addr; /* endereço IP */
char sin_zero[8]; /* não usado */
};
• Para o domínio AF_INET6 é usada a estrutura
sockaddr_in6
• Transcrição de endereço entre notação binária e cadeia de
caracteres em notação ponto decimal efectuada por funções
POSIX: #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
char *inet_ntop(int,void *,char *,socklen_t);
char *inet_ntop(int,void *,char *,socklen_t);
int inet_pton(int, char *, void *);
– O 1º parâmetro identifica a família.
– O 2º parâmetro referencia a localização fonte (endereço a transcrever).
– O 3º parâmetro referencia a localização destino
– O 4º parâmetro socklen_t indica espaço (INET_ADDRSTLEN para família
AF_NET e INET6_ADDRSTLEN para família AF_NET6)

Tipo de socket (1)
• O tipo de socket determina as características de
comunicação.
• Os tipos , todos com prefixo SOCK_, são definidos no
cabeçalho <bits/socket.h>, lido a partir do
<sys/socket.h>
<sys/socket.h>
Tipo Valor Característica da comunicação
SOCK_STREAM 1 Fluxo fiável de dados
SOCK_DGRAM 2 Orientado ao serviço
SOCK_RAW 3 Entrega directamente datagrama ao protocolo de rede
SOCK_SEQPACKET 10 Igual a SOCK_STREAM, mas orientado à mensagem
Figura 16.2 Advanced Programming in the UNIX Environment
Tipo de socket (2)
• SOCK_STREAM
– Entrega fiável.
– Ordem garantida (1º a enviar é
o 1º a ser entregue,…)
– Orientado à ligação (todos os
pacotes seguem depois de ter
sido estabelecda a ligação)
• SOCK_DGRAM
– Entrega não fiável (pacotes
podem ser perdidos ou
alterados)
– Não há garantia de ordem na
chegada
– Ligação inexistente (aplicação
sido estabelecda a ligação)
– Bidireccional
– Ligação inexistente (aplicação
define destino para cada pacote)
– Pode enviar ou receber
Aplic.
socket
3 2 1
Dest.
Aplic.
socket
3 2 1
D1
D3
D2

Tipo de socket (3)
• A escolha do tipo depende da aplicação
Aplicação Sensível à perda de dados? Largura de banda Restrições de tempo?
FTP Sim Elástica Não
Email Sim Elástica Não
Seleccionado tipo SOCK_STREAM
Email Sim Elástica Não
WWW Sim Elástica Não
Áudio Não 5 Kbps 100 ms
DNS Não Baixa Sim
Financeira Sim Elástica Sim e não
Seleccionado tipo SOCK_DGRAM ou SOCK_STREAM
Seleccionado tipo SOCK_DGRAM
Obtenção do endereço IP (1)
A. Para se obter o endereço IP a partir do nome do nó e o
número de porto a partir do nome do serviço, usar a
função
POSIX: #include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <netdb.h>
int getaddrinfo(char *, char *,
struct addrinfo *,
struct addrinfo **);
– O 1º parâmetro referencia localização do nome do nó.
– O 2º parâmetro referencia localização do nome do serviço.
– O 3º parâmetro é critério de filtragem de endereços.
– O 4º parâmetro indica endereço para onde é inserida a resposta,
numa lista.

• A estrutura addrinfo possui obrigatoriamente os
seguintes campos:
struct addrinfo {
int ai_flags;
int ai_family; /* domínio */
int ai_socktype; /* tipo socket */
int ai_protocol; /* protocolo */
int ai_protocol; /* protocolo */
socklen_t ai_addrlen; /* comprimento endereço */
struct sockaddr *ai_addr; /* endereço */
char *ai_cannonname; /* nome nó */
struct addrinfo *next; /* seguinte na lista */
…
};
• Para filtragem nula, os campos int devem ter valor 0 e os
ponteiros devem ser NULL.
• Mensagem explicativa de erro não é dada por perror(int), mas
#include <netdb.h>
char *gai_strerror(int);
• O campo ai_flags determina a forma de processar os nomes e
endereços
: Interrogar para qualquer tipo de endereço
– AI_ADDRCONFIG: Interrogar para qualquer tipo de endereço
configurado (IPv4 ou IPv6).
– AI_CANONNAME: Requere nome canónico.
– AI_NUMERICHOST: Endereço do nó em formato numérico.
– AI_NUMERICSERV: Serviço retornado como porto numérico.
– AI_V4MAPPED: Se o endereço tiver formato IPv4, mapeá-lo para
formato IPv6.

B. Na biblioteca normalizada do C, usar
#include <netdb.h>
struct hostent *gethostbyname(char *);
– O parâmetro pode ser dado em “dot-notation” ou nome.
typedef struct {
char *h_name; /* Official name of host. */
char *h_name; /* Official name of host. */
char **h_aliases; /* Alias list. */
int h_addrtype; /* Host address type. */
int h_length; /* Length of address. */
char **h_addr_list; /* List of addresses from name server. */
#define h_addr h_addr_list[0] /* Address, for backward compatibility. */
} hostent ;
C. No “shell” o endereço pode ser recolhido na forma host nome
[rgc@asterix ~]$ host ottawa.ist.utl.pt
ottawa.ist.utl.pt has address 193.136.143.66
Exemplo de identificação (1)
• Consideremos um programa que lista o endereço de um nó
e o porto de um serviço
#include <netdb.h>
void print_protocol(struct addrinfo *aip) {
printf(" protocol ");
switch (aip->ai_protocol) {
case 0: printf("default"); break;
case IPPROTO_TCP: printf("TCP"); break;
case IPPROTO_UDP: printf("UDP"); break;
case IPPROTO_RAW: printf("raw"); break;
default: printf("unknown (%d)", aip->ai_protocol);
}
}

int main(int argc, char *argv[]) {
struct addrinfo *ailist, *aip, hint;
struct sockaddr_in *sinp;
int err;
const char *addr;
char abuf[INET_ADDRSTRLEN];
char abuf[INET_ADDRSTRLEN];
if (argc != 3) {
printf("usage: %s nodename servicen", argv[0]);
exit(1); }
hint.ai_flags = AI_CANONNAME;
hint.ai_family=hint.ai_socktype=hint.ai_protocol=hint.ai_addrlen=0;
hint.ai_canonname = NULL; hint.ai_addr = NULL; hint.ai_next = NULL;
if ((err = getaddrinfo(argv[1], argv[2], &hint, &ailist)) != 0) {
printf("getaddrinfo error: %s", gai_strerror(err));
exit(1); }
for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
for (aip = ailist; aip != NULL; aip = aip->ai_next) {
print_protocol(aip);
printf("nthost %s", aip->ai_canonname?aip->ai_canonname:"-");
if (aip->ai_family == AF_INET) {
sinp = (struct sockaddr_in *)aip->ai_addr;
addr = inet_ntop(AF_INET,&sinp->sin_addr,abuf,INET_ADDRSTRLEN);
printf(“; address %s", addr?addr:"unknown");
printf(“; port %d", ntohs(sinp->sin_port)); }
printf("n"); }
exit(0); }

[rgc@asterix List]$ list lect14.cs.ucdavis.edu ssh
protocol TCP
host lect14.cs.ucdavis.edu; address 169.237.5.137; port 22
protocol UDP
host -; address 169.237.5.137; port 22
[rgc@asterix List]$
Protocolo
• O protocolo de nível transporte adoptado na comunicação
é determinado pelo par (domínio,tipo)
SPPTCPSIMSOCK_STREAM
AF_UNSPECAF_INETAF_UNIXDomínio
Tipo
SIMIP-SOCK_RAW
SPP--SOCK_SEQPACKET
IDPUDPSIMSOCK_DGRAM
SPPTCPSIMSOCK_STREAM
Server Information Manager Protocol Sequenced Packet ProtocolInternet Datagram Protocol

Localização dos socket em Linux
Nível da Internet Nível do Linux
Aplicação
UtilizadorCliente ou Servidor
API socket
Socket
Núcleo
Socket
TCP ou UDPTransporte
IPRede
Gestor periféricoLigação
HardwareControlador periférico
Estruturas de dados–panorama global
• A manipulação dos sockets envolve várias estruturas de
dados.
Tabela de descritores
0:
1:
Estrutura
addrinfo
⁞
1:
2:
Estrutura
sockaddr
proto family:
PF_INET
service:
SOCK_STREAM
Local address:
Remote address:
addrinfo
address family:
AF_INET
host IP:
193.136.143.1
port: 80
Implementação
sockaddr_in

Criação de um socket
• Um socket é criado em C, pela chamada de sistema
int socket(int, int, int);
– O 1º parâmetro identifica o domínio de comunicação.
– O 2º parâmetro identifica o tipo de sockect.
APUE 16.2
– O 3º parâmetro identifica o protocolo de transporte (códigos
afixados em /etc/protocols, normalmente usado 0-protocolo
por omissão).
– O valor retornado é o descritor do socket, ou -1 em caso de erro.
Nota: a função socket() não determina de onde os dados veêm os
dados, nem para onde eles vão – apenas cria a interface.
Associação a endereço/porto (1)
• Um socket é associado ao porto, por forma a ficar com
com acesso exclusivo, através da função
int bind(int,
struct sockaddr*,
socktlen_t);
APUE 16.3.4
socktlen_t);
– O 1º parâmetro identifica o descritor do socket.
– O 2º parâmetro referencia a estrutura contendo o endereço IP.
– O 3º parâmetro identifica a dimensão da estrutura contendo o
endereço IP.
– O valor retornado é 0(-1) em caso de sucesso (erro).
Nota: ligação a portos até 1024 necessita privilégios de root.

Associação a endereço/porto (2)
• No domínio da Internet, a constante INADDR_ANY
determina que o socket fica automaticamente associado a
todos os endereços Internet do nó local.
Nota: uma “firewall” possui duas placas de rede, uma
ligada à Internet e outra ligada à rede local.
ligada à Internet e outra ligada à rede local.
• A associação pode não ser necessária para alguns tipos de
sockets
– SOCK_DGRAM: se apenas forem enviados dados, porque o SO
encontra um porto cada vez um pacote é enviado.
– SOCK_STREAM: o destino é determinado na altura do
estabelecimento da ligação.
CcL:Comunicação com ligação
• Operações típicas do servidor e
do cliente numa comunicação
com ligação.
Cliente
Servidor
socket
Aguarda pedido de ligação
Abertura
Abertura
socket
bind
listen
accept
recv
recv
send
close
close
Pedido ligação
EOF
Abertura
recv
send
connect
Transferência
de dados
Fecho

CcL:Estabelecimento da ligação (1)
• Para serviços orientados à ligação (sockets de tipo
SOCK_STREAM ou SOCK_SEQPACKET) é necessário
firmar a ligação antes dos dois nós trocarem dados.
A. O cliente deve solicitar do servidor a ligação
int connect(int,
struct sockaddr*,
socktlen_t);
– O 1º parâmetro identifica o descritor do socket.
– O 2º parâmetro identifica o endereço do servidor.
– O 3º parâmetro identifica a dimensão da estrutura contendo o
endereço IP.
• O servidor pode encontrar-se indisponível por razões
diversas
– Servidor desligado temporariamente
– Problemas na rede
– Sobrecarga de pedidos
– Sobrecarga de pedidos
• Em caso de insucesso deve haver um intervalo de espera
até ser formulado novo pedido de ligação
#define MAXSLEEP 128
int nsec;
for( nsec=1; nsec<=MAXSLEEP; nsec<<1 )
if( connect(socketfd,addr,len)==0 ) {
/* ligação aceite */
}
sleep(nsec);
}

B. O servidor deve disponibilizar-se a acolher pedidos de
ligações:
int listen(int,int);
– O 1º parâmetro identifica o descritor do socket do servidor.
– O 2º parâmetro identifica o número máximo de pedidos que
podem ficar pendentes numa fila (“backlog”).
Nota1 : a função listen não bloqueia.
Nota2 : pedidos enviados depois da fila esgotada são rejeitados.
• Um pedido de ligação é aceite pelo servidor através de
int accept(int,
struct sockaddr *,
socklen_t *);
– O 2º parâmetro é critério de filtragem dos clientes.
– A função retorna o descritor do novo socket, sobre o qual são
feitas todas as escritas/leituras na ligação criada.
O socket inicial fica disponível para receber novos pedidos de
ligação.
Nota1 : a função accept bloqueia até à chegada de um pedido de
estabelecimento de ligação.
Nota2: se o servidor não se importar com o cliente, os 2º e 3º
parâmetros devem ser NULL.

CcL:Leitura e escrita de dados
• A comunicação com ligação é feita de forma semelhante à
dos ficheiros e dos tubos
ssize_t send(int, char *, int, int);
ssize_t recv(int, char *, int, int);
ssize_t recv(int, char *, int, int);
– O 1º parâmetro é o descritor de ficheiro.
– O 2º parâmetro é o endereço dos dados de utilizador
– O 3º parâmetro é o número de Bytes a comunicar.
– O 4º parâmetro identifica opções, normalmente 0.
– A função devolve o número de Bytes efectivamente transferidos. Em caso
de erro, o valor devolvido é -1 e a causa do erro é afixada na variável
errno.
Nota 1: podem ser usadas as funções read() e write()
Nota 2: as funções send e recv são bloqueantes.
• Pretende-se ligar dois nós por sockets segundo o modelo
cliente-servidor. O protocolo de rede é o TCP.
– O programa do servidor recebe como parâmetro na linha de
comando o porto do socket.
O servidor deve ser lançado primeiro.
5º EXERCÍCIO TEORICO-PRATICO
– O programa do cliente recebe comos parâmetros da linha de
comando o endereço do nó do servidor e o porto do socket.
• O cliente recebe do terminal a mensagem a enviar para o
servidor.
1. O servidor envia a mensagem recebida para o terminal, responde
ao cliente e encerra.
2. O cliente fica à espera da resposta, que é afixada no terminal, e
encerra.

• Sessão no nó servidor
[rgc@asterix Cliente-servidor]$ server 26000
Here is the message: Greetings from Canada!
[rgc@asterix Cliente-servidor]$
5º EXERCÍCIO TEORICO-PRATICO
[rgc@asterix Cliente-servidor]$
• Sessão no nó cliente
[rgc@ottawa ~]$ client 193.136.143.1 26000
Please enter the message: Greetings from Canada!
I got your message
[rgc@ottawa ~]$
CsL:Comunicação sem ligação
• Operações típicas do servidor e do cliente numa
comunicação sem ligação.
Cliente
Servidor
socket
Abertura
socket
socket
recvfrom
sendto
Abertura
Abertura
bind
recvfrom
sendto
bind

CsL:Leitura e escrita de dados (1)
• Na comunicação sem ligação são necessários parâmetros
extra
ssize_t sendto(int, char *, int, int,
struct sockaddr *,
socklen_t);
– Os 4 primeiros parâmetros têm o mesmo significado de send.
– O 5º parâmetro identifica o endereço do destino.
Nota: o UDP só transfere mensagens até 8KB
CsL:Leitura e escrita de dados (2)
• Na comunicação sem ligação a função recv pode ser
usada para leitura.
• Se o programador tiver necessidade de conhecer o nó que
enviou os dados, usar a função
ssize_t recvfrom(int, char *, int, int,
struct sockaddr *,
socklen_t);
– Os 4 primeiros parâmetros têm o mesmo significado de recv.
– O 5º parâmetro identifica o endereço da fonte.

CcL e CsL: Fecho da ligação
• O servidor e o cliente devem fechar o socket assim que
terminarem a comunicação
int close(int);
– O parâmetro identifica o descritor do socket do servidor.
– O parâmetro identifica o descritor do socket do servidor.
• A função
– Fecha a ligação para SOCK_STREAM.
– Liberta o porto usado pelo socket.
Chamadas – panorama global
• Chamadas mais importantes da API de sockets

Erros na programação em sockets
• Erros mais frequentes na programação em sockets:
– Ordenação incorrecta de Bytes, por não inserção de chamadas às
funções hton() e ntoh().
– Desacordo sobre dimensão dos registos de dados (fixos ou
variáveis).
– Problemas no .
– Problemas no select().
– Não observação do protocolo
• Problema não abrangido nesta disciplina,
• A ter em atenção nas disciplinas
– Redes de Computadores
– Software de Telecomunicações
Chamadas bloqueantes (1)
• Muitas das chamadas da API sockets são bloqueantes:
quando o processo chama uma função bloqueante, ele
fica suspenso à espera do evento.
– accept: à espera que o pedido de ligação chegue.
– connect: à espera que o pedido de ligação seja estabelecida.
APUE 14.5.1
– connect: à espera que o pedido de ligação seja estabelecida.
– recv,recvfrom: à espera que o pacote de dados seja recebido.
– send,sendto: à espera que os dados sejam transferidos para a
memória tampão (“buffer”) do socket.
Nota: este bloqueio não depende da rede, mas provoca atraso no
processo.
• Para aplicações simples, o bloqueio é benéfico (ex: evita
consumo de tempo de CPU).

• Para aplicações complexas, o bloqueio é prejudicial:
– Ligações múltiplas.
– Transmissões e recepções simultâneas.
– Processamento simultâneo não relacionado com a rede.
• Várias estratégias podem ser seguidas para tornear o problema
do bloqueio:
– Programação multiprocesso, ou multi-thread (desvantagens:
programação mais complexa, problemas de sincronização,...).
– Desligar o bloqueio, com a função fcntl de controlo dos descritores
de ficheiros (desvantagem: programação mais complexa de baixo
nível).
– Usar a chamada de sistema select (desvantagem: serializa
tratamento, resposta prolongada-exemplo com acesso a disco-atrasa o
tratamento das mensagens seguintes).
POSIX: #include <sys/select.h>
int select(int,fd_set *,fd_set *,fd_set *,
struct timeval *);
– O 1º parâmetro identifica o código do maior descritor de socket + 1.
– O 2º parâmetro referencia lista de descritores de leitura.
– O 3º parâmetro referencia lista de descritores de escrita.– O 3º parâmetro referencia lista de descritores de escrita.
– O 4º parâmetro referencia lista de descritores para verificar se ocorreu
uma excepção.
– O 5º parâmetro determina o intervalo de retorno, caso nada tenha
ocorrido (NULL para intervalo infinito).
– A função devolve o número de descriptores afectados por sinais. Em caso
de erro, o valor devolvido é -1.
Nota: select pode ser usado para descritores de ficheiros.

• Os descriptores de sockets são referenciados numa tabela
de bits, de tipo struct fd_set.
Para acesso foram criadas várias funções:
void FD_ZERO(fd_set *); /* limpa campos da estrutura */
void FD_CLR(int, fd_set *); /* coloca bit a 0 */
void FD_SET(int, fd_set *); /* coloca bit a 1 */void FD_SET(int, fd_set *); /* coloca bit a 1 */
int FD_ISSET(int, fd_set *); /* devolve valor do bit */
• O socket de descriptor i está pronto para leitura / escrita /
excepção se o bit estiver a 1 nos parâmetros número
2(readfds), 3(writefds) ou 4(exceptfds).
Nota: A configuração deve ser efectuada sempre antes da chamada ao
select.
• Os selectores apresentam o inconveniente de serializar o
tratamento dos pedidos, o que degrada o desempenho do
sistema.
• Quem usar selectores no projecto de avaliação arrisca-se
a sera ser
– fuzilado,
– queimado em praça pública,
– depois de aplicada uma enorme lista de maldades terríveis!

Exemplo
• Pretende-se desenvolver um programa cliente-servidor,
com o servidor a enviar para o terminal dados vindos de
1. Teclado, ou
2. Rede, com transmissão de protocolo UDP e porto indicado na2. Rede, com transmissão de protocolo UDP e porto indicado na
linha de comando.
• Se, ao fim de 5 segundos nada for recebido, o servidor
deve afixar uma mensagem de aviso no terminal.
Código do servidor
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#define WATCH 5
#define LEN 80
void error(char *msg) {
perror(msg);
exit(1); }

int main(int argc, char **argv) {
int sockfd;
struct sockaddr_in serv_addr;
struct sockaddr *cli_addr;
socklen_t cli_len;
fd_set rfds;
struct timeval tv;
struct timeval tv;
int retval;
char buf[LEN];
int size;
/* open socket for Intenet communication */
if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "ERROR, no port provided!n");
exit(1); }
sockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sockfd<0) error("ERROR opening socket");
/* binds socket to port */
bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
serv_addr.sin_port = htons( atoi(argv[1]) );
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
sizeof(serv_addr)) < 0) error("ERROR on binding");
for(;;) {
/* configure select parameters */
tv.tv_sec = WATCH; tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0, &rfds); /* stdin is fd[0] */
FD_SET(sockfd, &rfds);

retval = select(sockfd+1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
if (retval == -1) error("ERROR on select");
else if (retval) {
if (FD_ISSET(0, &rfds)) {
size = read(0, &buf, LEN);
buf[--size] = '0'; /* replace n by string delimiter */
printf(" *** Data from keyboard:%s ***n",buf); }
if (FD_ISSET(sockfd, &rfds)) {
size = recvfrom(sockfd, &buf, LEN, 0, cli_addr, &cli_len);
printf(" *** Data from abroad:%s ***n",buf); }
}
else printf("No data within %d seconds.n",WATCH);
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}
Código do cliente
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#define LEN 80
#define LEN 80
void error(char *msg) {
perror(msg);
exit(1); }
int main(int argc, char **argv) {
int sockfd;
struct sockaddr_in serv_addr;
char buf[LEN];
int len,nbytes;

/* open socket for Intenet communication */
if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "ERROR, no port provided!n");
exit(1); }
sockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sockfd<0) error("ERROR opening socket");
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("193.136.143.1");;
serv_addr.sin_port = htons( atoi(argv[1]) );
for(;;) {
printf("Message to be sentn");
len=read(0, &buf, LEN);
buf[len-1] = '0';
nbytes = sendto( sockfd, buf, len, 0,
(struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
if(nbytes<0) error("ERROR on sendto"); }
}
[rgc@asterix Select]$ server 20000
Hello all!
*** Data from keyboard:Hello all! ***
No data within 5 seconds.
*** Data from abroad:Hello from Canada! ***
[rgc@ottawa Select]$ client 20000
Message to be sent
Hello from Canada!
Message to be sent
Bye!
*** Data from keyboard:Bye! ***
[rgc@asterix Select]$
[rgc@ottawa Select]$

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