Comunicacion intra procesos con socket

Sistemas Distribuidos
Comunicación interprocesos
René Guamán-Quinche
Facultad de la Energía, las Industrias y los Recursos Naturales No Renovables
Carrera de Ingeniería en Sistemas/Computación
Noviembre, 2020
Loja, Ecuador

3
1. Introducción
2. El api de los protocolos de internet
3. Representación externa de datos y serialización
4. Comunicación multicast
5. Virtualización de redes
6. Posix
Contenido

4
Introduction
Los procesos dentro de los sistemas
distribuidos se ejecutan en los diferentes
recursos de procesamiento disponible,
muchas veces repartidos en la red. La
concecuencia de esto es que los procesos
deben tener un medio para que se
puedan comunicar
Estos métodos incluyen: Socket, paso
de mensajes, redes superpuestas
(overlay networks) y soporte multicast

5
The API for the internet protocols
El paso de mensajes entre procesos puede ser soportado por dos operaciones de
comunicación de mensajes: sent y receive (enviar o recibir)

6
Comunicación síncrona o
asíncrona: La operación enviar
puede bloquear el proceso o el hilo
de ejecución a la espera de su
correspondiente operación recibir
(síncrona). O se puede enviar el
mensaje y seguir la ejecución una
vez se copia la información al buffer
(asíncrona)
Características entre la comunicación entre
procesos Bloqueante No Bloqueante

7
Destino del mensaje: Los mensajes se envían a pares <dirección, puerto>.
Un puerto es el destino del mensaje dentro del computador
Características entre la comunicación entre procesos
En informática,
un puerto es una interfaz a
través de la cual se pueden
enviar y recibir los
diferentes tipos de datos.

8
Destino del mensaje: Los mensajes se envían a pares <dirección, puerto>.
Un puerto es el destino del mensaje dentro del computador
16 bits, existen 65536
puertos
0 - 65535

9
Orden: Algunas aplicaciones requieren recibir los mensajes en el orden en que se
enviaron

10
Modelo abstracto de comunicación de datos entre procesos
La comunicación entre procesos consiste en transmitir información entre un
socket en un proceso y un socket en otro proceso
Para recibir el mensaje, el socket debe tener asociado el puerto y la dirección de
internet del computador en el cuál se está ejecutando el proceso
Socket

11
Proporciona comunicación entre procesos que ejecutan en máquinas distintas
Diseño independiente del protocolo de comunicación
Un socket es un descriptor de un punto final de comunicación (dirección IP y
puerto)
Abstracción que:

Representa un extremo de una comunicación bidireccional con una dirección
asociada

Ofrece interfaz de acceso a los servicios de red en el nivel de transporte
(Protocolo TCP y UDP)
Socket

12
Un dominio representa una familia de protocolos
Un socket está asociado a un dominio desde su creación
Sólo se pueden comunicar sockets del mismo dominio
Los servicios de sockets son independientes del dominio
Socket

13
Socket

14
Socket Stream
Protocolo TCP

Flujo de datos bidireccional

Orientado a conexión

Debe establecerse una conexión extremo-a-
extremo antes del envío y recepción de datos

Proporcionan fiabilidad

Paquetes ordenados por secuencia, sin
duplicación de paquetes, libre de errores

Ejemplos:

HTTP, Telnet, FTP, SMTP
Protocolo UDP

Flujo de datos bidireccional

No orientado a conexión

No se establece/mantiene una conexión entre los
procesos que comunican

Longitud máxima de un datagrama (datos y
cabeceras) es 64 KB

Mantiene separación entre paquetes

No proporcionan fiabilidad

No realiza la recuperación de errores

Paquetes desordenados, duplicados, pérdidas

Ejemplos:

DNS
Socket Datagram

15
El Datagram se envía del proceso emisor al proceso receptor sin confirmación ni
reintentos
Si un fallo ocurre, el mensaje podría no llegar
Problemas

Tamaño del mensaje es limitado – 216
byte – si excede se debe dividir el paquete

Bloqueos

Se acaba el tiempo de espera (timeout)

Recibe de cualquiera: operación de recepción no especifica el origen del
mensaje
UDP

16
Fallas de Omisión: Los mensajes no podrían llegar por falta de espacio en el
buffer de origen y destino
Orden: Los mensajes UDP no necesariamente llegan en el orden en que se
enviaron
UDP - Fallas

17
Uso: para algunas aplicaciones, es aceptable usar un servicio que propenso a
fallas por omisiones ocasionales (DNS o VoIP)
No sufre de los costes de rendimiento que podría traer el tener que garantizar la
entrega de mensaje, hay tres causas para estos costes:

Necesidad de almacenar información del estado del origen o del destino

Transmisión de mensajes extra

Latencia para el emisor
UDP

18
Hay dos clases en Java que proveen la funcionalidad de UDP
DatagramPacket: provee un constructor que hace una instancia de un objeto de
la siguiente forma
DatagramSocket: provee el soporte para sockets que permiten recibir y enviar
datagram UDP
UDP

19
Modelo de comunicación con sockets datagrama

20
getData() : para obtener el mensaje contenido en el datagrama.
getAddress() : para obtener la dirección IP.
getPort(): para obtener el puerto.
DatagramSocket:
DatagramSocket(): constructor sin argumentos que permite que el sistema elija un
puerto entre los que estén libres y selecciona una de las direcciones locales.
DatagramSocket(int port): constructor que toma un número de puerto como
argumento, apropiado para los procesos que necesitan un número de puerto
(servicios).
DatagramSocket(int port, InetAddress laddr): constructor que toma como
argumentos el número de puerto y una determinada dirección local.
UDP

21
La clase DatagramSocket proporciona varios métodos:
send(DatagramPacket p) y receive(DatagramPacket p): sirven para transmitir
datagramas entre un par de conectores. contiene el mensaje y el destino. El
argumento de receive es un DatagramPacket vacío en el que colocar el mensaje, su
longitud y su origen.
setSoTimeout(int timeout): este método permite establecer un tiempo de espera
límite. Cuando se fija un límite, el método receive se bloquea durante el tiempo
fijado y después lanza una excepción InterruptedIOException
connect(InetAddress address, int port): este método se utiliza para conectarse a
un puerto remoto y a una dirección Internet concretos, en cuyo caso el conector sólo
podrá enviar y recibir mensajes de esa dirección.
UDP

22
UDP

23
UDP

24
UDP

25
El API provee una abstracción de un flujo de bytes por el cual la información es
escrita y leída. La abstracción esconde las siguientes características de la red:
Tamaño del mensaje
Mensajes perdidos: implementa un esquema de confirmación: emisor recibe un
msj llegó a su destino, si no se renvia el msj
Control de Flujo: controla la velocidad que se envia y reciba
Ordenamiento y duplicación de mensajes: identificadores de cada paquete
Destinatirio(s) del mensaje: conección donde se envía
TCP

26
Problemas:
No hay acuerdo en la información enviada en el flujo de datos
Bloqueo (control de flujo)
Hilos (o falta de soporte para estos)
Uso
 Http. Ftp, Telnet, Smtp
TCP

27
Fallos: en un red defectuosa, TCP puede presentar :
El proceso usando la conexión no puede distinguir entre una falla de red o una
falla de proceso del otro lado de la conexión
Los procesos no pueden saber si los mensajes que han enviado recientemente se
recibieron o no
TCP

28
Java ofrece dos clases para dar soporte a la comunicación por TCP
ServerSocket: la usan los servidores para crear una conexión que escucha en un
puerto determinado
Socket: Se necesita proveer la información de la dirección y puerto y se encarga
de conectarse con el socket
TCP

29
Socket: Stream y Datagramas

30
Socket: Direcciones

Cada socket debe tener asignada una dirección única

Dirección de host (32 bits) + puerto (16 bits) + protocolo

Las direcciones se usan para:

Asignar una dirección local a un socket (bind)

Especificar una dirección remota (connect o sendto)

Las direcciones son dependientes del dominio

31
Socket: Puertos

32
Socket: Puertos

33
Socket: Puertos

34
Socket: Puertos

35
Socket: Puertos

36
Socket: Puertos

37
Socket: Puertos

Un puerto identifica un destino en un computador

Los puertos se asocian a procesos,

permiten que la transmisión se dirija a un proceso específico en el computador
destino

Un puerto tiene un único receptor y múltiples emisores (excepto multicast)

Toda aplicación que desee enviar y recibir datos debe abrir un puerto

38
Socket: Puertos

Número entero de 16 bits

216
puertos en una máquina ~ 65536 puertos posibles

Reservados para aplicaciones de Internet: 0-1023 (también llamados well-known
puertos)

Puertos entre 1024 y 49151 son puertos registrados para ser usados por los
servicios

Puertos por encima de 65535 para uso privado

39
Socket: Encapsulación de un paquete TCP

40
Modelo de comunicación con sockets stream

41
Api de java para las direcciones de internet:
Como paquetes enviados por UDP y TCP, se envían a direcciónes de internet.
Java provee la clase InetAddress
No hay necesidad de espeficiar directamente la dirección IP, se puede hacer
referencia a un computador con su nombre DNS
Socket

42
Socket

43
Socket

44
Posix
Sujetos a proceso de estandarización dentro de POSIX (POSIX 1003.1g)
Socket

45
Cŕeditos
• Transparencias basadas por:
• Coulouris Dollimore, Distributed Systems: Concepts and Design
https://ce.guilan.ac.ir/images/other/soft/distribdystems.pdf
• García-Carballeira F., Tema 3 Comunicación y sincronización entre
procesos
http://ocw.uc3m.es/ingenieria-informatica/sistemas-distribuidos-2013/
Tema3_ComunicacionYsincronizacion.pdf/view
• Sanabria, John, Sistemas Distribuidos – Hilos – Prácticas,
https://www.youtube.com/playlist?list=PLNqsgMwXL3mFmd8X8Fg
vZ_6ljjzucIDbN

Networking académico:
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46
Gracias

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