Protocolos TCP y UDP (I) Importancia para el programador: –Al elegir un protocolo con el cual...

Protocolos TCP y UDP (I)

• Importancia para el programador: – Al elegir un protocolo con el cual conectarse con otra máquina

determina el nivel de confiabilidad de la transmisión de datos, lo cual repercute en la forma de programar las aplicaciones.

• TCP provee alta confiabilidad: los datos mandados serán recibidos si una conexión entre los 2 computadores se pudo establecer. Hay un protocolo subyacente que se preocupa de retransmitir, ordenar....

• Con UDP el programador debe proveer el protocolo para el caso que se pierdan datos o lleguen en otro orden.

– La forma de programar el envío recibo de datos con ditintos protocolos es también distinta:

• En TCP la forma de transmitir datos es normalmente como un flujo de datos por la conexión establecida.

• Con UDP se deben armar paquetes de datos que son pasados a la internet para ser transmitidos “con el mejor esfuerzo”.

Protocolos TCP y UDP (II)• ¿ Cuándo usar uno u otro ?

– TCP impone una carga bastante mayor a la red que UDP, por lo cual se debe evitar si es “razonablemente posible”

• ¿ Cuándo es “razonablemente posible” ?– Podemos esperar pérdidas cuando los datos tienen que viajar a traves de varias

redes por la internet.– Dentro de una LAN las comunicaciones UDP son relativamente confiables– Algunas veces la información que no llegó a tiempo no tiene sentido

retransmitirla porque ya está obsoleta (¿cuándo?).

• En general se recomienda, especialmente a principiantes, usar sólo TCP en sus aplicaciones. El estilo de programación es más secillo. Los programadores sólo usan UDP si el protocolo de la aplicación misma maneja la confiabilidad, si la aplicación requere usar broadcast o multicast de hardware o la aplicación no puede tolerar el overhead de un circuito virtual.

Servidores Con o sin Estado• ¿ Qué es el Estado ?

– El “estado” es la información que los servidores mantienen acerca de la interacción que se lleva a cabo con los clientes.

• ¿ Para qué ?– Generalmente se hace más eficiente el comporatamiento de los

servidores con información. Información muy breve mantenida en el servidor puede hacer más chicos los mensajes o permite producir respuestas más rápido.

• ¿ Y entonces por qué se evita a veces ?– Es fuente de errores: mensajes del cliente pueden perderse,

duplicarse llegar en desorden. El cliente puede caerse y rebootear, con lo cual la información que tiene el servidor de él es errónea y también sus respuestas

Un ejemplo del servidor de Archivos

El servidor espera que un cliente se conecte por la red. El cleinte puede mandar 2 tipos de requerimientos: leer o escribir datos en un archivo. El servidor realiza la operación y retorna el resultado al cliente.

• Situación sin guardar información acerca del estado: – Para leer, el cliente debe siempre especificar: nombre de archivo,

posición en el archivo desde dónde debe extraer los datos y el número de bytes a leer.

– Para escribir debe especificar el nombre completo del archivo, el lugar donde quiere escribir y los datos que quiere escribir

Un ejemplo del servidor de Archivos (II)

• Situación guardardando información del estado: Handle Filename Posición

1 miArchivo.txt 02 unDocumento.doc 4563 unJuego.exe 384 Hola.java 128

• Cuando el cliente abre un archivo se crea un entrada en la tabla. A la entrada se le asigna un handle para identificar el archivo y se le asigna la posición actual (inicialmente 0). El cliente recibe el handler como respuesta.

• Cuando el cliente quiere extrer datos adicionales le envia el handle y la cantidad de bytes. Esto es usado por el servidor para saber gracias a la tabla de dónde exactamente debe extraer los datos (debe actualizar la posición para que para la próxima vez se pueda hacer lo mismo).

• Cuando el cliente termina la lectura/escritura envía un mensaje para sea eliminada la entrada de la tabla

Stateless vs. Stateful servers: the problem of reading a remote file by steps. File reading requests arrive with dealy

A SERVERA CLIENT

Open file XYZread first 50 byteswhile (not end of file XYZ)

read next 50 bytesclose file

?

Request open file XYZ

Answer file XYZ exists and ready

A stateless server means it does not remember previous requests

A SERVERA CLIENT



?

Request read bytes 0 to 49 from file XYZ

Answer the content of the bytes

The client must provide all the information again !

A SERVERA CLIENT



?

Request read bytes 50 to 99 from file XYZ


This may cause a lot of network traffic, especially if there are many

clients

A SERVERA CLIENT



?

Request read bytes X to X+50 from file XYZ


Stateful Server: it maintains some information abut what clients did

A SERVERA CLIENT



?

Request open file XYZ

Answer: file pointer to file XYZ

Pointer File Position

0 XYZ 0

1 FILE ZXY 50

The information the client has to pass to the server is much smaller

A SERVERA CLIENT



?

Request 0, read 50

Answer: the content


0 XYZ 50

1 FILE ZXY 50

The information at the server should be updated with every request

A SERVERA CLIENT



?

Request 0, read 50

Answer: the content


0 XYZ 100

1 FILE ZXY 50

It is important to close the file !!!

A SERVERA CLIENT



?

Request 0, read 50

Answer: the content


0 XYZ 100

1 FILE ZXY 50

Un ejemplo del servidor de Archivos

• Posibilidades de errores • La red manda dos veces el datagrama con requerimiento de lectura

• Si el computador del cleinte se cae y rebootea el programa.

• Si el computador se cae antes de poder “des-registrarse”

• Si otro cliente se conecta en el mismo port que el que se cayó sin avisar

En una internet real, donde las máquinas pueden caerse y rebootear y los mensajespueden perderse, llegar atrasados, duplicados o en orden incorrecto un servidor con manteción de estado puede resultar difícil de programar para hacerlo tolerante a los errores.

Arquitecturas para Aplicaciones Distribuidas

• Servidores como Clientes– Los programas no siempre se comportan definitivamente como

servidores puros o como clientes puros. Ej: un servidor de archivos que necesita un timestamp para registrar el último cambio.

– Cuando todas las aplicaciones deben comportarse simultáneamente como servidores y clientes: ¿ cómo organizar las comunicaciones ?

• Cada aplicación abre un canal con otra aplicación (configuración red)

• Hay un servidor de comunicaciones y todoas las aplicaciones se comunican con él (configuración estrella).


• Cada par de aplicaciones que necesitan comunicarse abren un canal exclusivo

• Se abren a lo más n*(n-1)/2 canales para n aplicaciones

• Ventajas: – un canal exclusivo, no hay cuellos de botella

• Desventajas: – todas las aplicaciones deben saber cómo comunicarse con las demás. – La dinámica se vuelve más complicada (entrada/salida de aplicaciones)


• Las aplicaciones envían sus requerimientos de comunicación a un servidor y éste se encarga de mandarlas a su punto de destino final.

• Se abren a lo más n*(n-1)/2 canales para n aplicaciones

• Ventajas: – Es más fácil manejar los parámetros de la comunicación

• Desventajas: – se puede saturar el servidor o las líneas.

The channel which server and client use to communicate (either int TCP or

UDP) is called SOCKET

A SERVER 1

When a server wants to start listening it must create a socketbound to a port. The port is specified with a number.

A SERVER 2

A SERVER 3

www.thisserver.jp

4444

3333

5555

If a client wants to communicate with server 1 should try to communicate with computer www.thisserver.jp through port 4444

Internet : two different ways to deliver a message to another application

The UDP: User Defined Package: like writing a letter

TCP or UDP

Applications’ programmers decide on this according to their needs

UDP: communication with datagramsDATAGRAM: an independent, self-contained message sent over the internet whose arrival, arrival time and content are not guaranteed (like regular mail in some countries....)

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

www.waseda1.jp

message

4444

Once a server is listening, the client should create a datagramwith the server’s address, port number and, the message

www.waseda2.jp

?

Sending datagrams with UDP protocol

Then it should open a socket and send the datagramto the internet. The “routing algorithm” will find the way to the target computer

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

Before the datagram leaves the client, it receives the address of the originating computer and the socket number

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

!



After the datagram is sent, the client computer may start hearing at the port created for sending the datagram if an answer from the server is expected

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?


The server can extract the client’s address and port number to create another datagram with the answer

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

answer

?


Finally is sends the datagram with the answer to the “client”. When a datagram is sent there is no guarantee that it will arrive to the destination. If you want reliable communication you should provide a checking mechanism, or use ...

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

TCP: communication with data flow

With TCP a communication channel between both computers is built and a reliable communication is established between both computers. This allows to send a data flow rather tan datagrams.

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

?

TCP: communication with data flow

After the client contacts the server, a reliable channel is established. After this, client and server may begin sending data through this channel. The other should be reading this data: They need a protocol !!!!

A SERVER A CLIENT

4444

www.waseda1.jp

3333

www.waseda2.jp

bla bla bla bla

TCP: How is reliability achieved ?The internet itself works only with the datagram paradigm. Internet frames are may “get lost” (destroyed): For every frame delivered carrying a part of the data flow there is a confirmation!

Sending bla bla bla Sending 1st bla

Ack 1st bla

Sending 2nd bla

Ack 2nd bla

Sending 3rd bla

Ack 3rd bla

What if a message get lost ?The server waits a certain amount of time. If it does not receive any confirmation it sends the message again.

Sending bla bla bla

Sending 1st bla

Ack 1st bla

Sending 2nd bla

Sending 2nd bla again

Ack 2nd bla

No confirmation !!!

LOST !!!

The Window for improving efficiencyThe transmitter will handle a set of not acknowledged packets

Sending 1st bla

Ack 1st bla

Sending 2nd bla

Ack 2nd bla

Sending 3rd bla

Ack 3rd bla

When do programmers should use UDP or TCP ?

- TCP generates 6 times more traffic than UDP- It is also slower to send and receive the messages

- Reliable- Complete

- Valid in a certainperiod of time

- No need of speed

UDP TCP

- not complete- fast- valid in a very short period of time

Mark with a + the applications that need TCP and with a = the applications that

can use UDP

E-Mail Video conference

Temperature every second

Web server and client

Stock values every 5 seconds

The Multicast paradigm

PROG1

PROG2

PROG2

PROG2

Attending more than a client: The sequential server

A SERVERA CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

During the conversation the server is not listening at the port 444

A SERVERA CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

Only after the server is ready with the first client it can listen to the

port 444 again

A SERVERA CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

The service may be to transfer a file. The user at the client should first

send the filename

A SERVERA CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

What if the server has to wait too much for a client to type in a file

name ?

A SERVERA CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

Timeout

Concurrent Servers: there are separate processes to attend the port

and to transfer the file

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

After the client contacts the server, the server creates another process to attend the client and keeps listening to the port

4444 for another

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

While the new process is serving the first client, the second client can contact the

server at the port 4444

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

And the server creates another process

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

Now the third client contacts the server

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

And a third slave process or thread is created

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

Every layer has the illusion to be talking to the correspondent one in the other

application

A SERVER

A CLIENT

A CLIENT

A CLIENT

4444

The UDP: User Defined Package: like writing a letterRead write sequence

UDP or TCP communication

Internet frames and addresses

electricpulses

There are now a lot of resources between the application and transport layer

which make distributed programming much easier

Libraries for distributedprogramming (middleware)

RPC, CORBA, RMI

For example, the RMI mechanism in JAVA (similar to CORBA)

Creates and publishesa Remote Object

Other applications use and share this object (data)

2- InterNetworking con Java• ¿ Por qué JAVA ?

– En este curso: Los programas son más simples => se peude usar más tiempo en explicar la lógica de los programas que para explicar las instrucciones del lenguaje.

– En general: Java nace cuando la internet ya está madura (1993-4) => nace “sabiendo” que existe TCP/IP y que la programación distribuida es importante, lo que se nota en el diseño.

– Además de las típicas funcionalidades básicas de comunicación (comunicación por canales TCP y UDP) incorpora otras de alto nivel de abstracción: RMI, Applets, JDBL, URL

• ¿ Siempre es mejor JAVA ?– No, Java es multiplataforma por lo tanto sólo puede hacer cosas que sean

comúnes a todas las plataformas.

– Con la estandarización de TCP/IP como red virtual para todos los equipos esto es cada vez menos importante. Aún así hay cosas: Nombres y ports sólo se pueden asociar en C ya que es exclusivo de UNIX.

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