Protokół TCP-IP

1

Laboratorium Systemów Operacyjnych

Protokół TCP - IP został opracowany w latach 70 w ramach projektu, którego celem było opracowanie sieci komputerowej odpornej na uszkodzenia węzłów oraz połączeń między nimi. Zastosowana sieć posiada pewną nadmiarowość połączeń, wybór trasy w sieci o takiej strukturze, wymagał opracowania specjalnych algorytmów.

Protokół TCP – IP składa się z dwóch oddzielnych protokołów: TCP oraz IP. Protokół IP odpowiedzialny jest za adresowanie węzłów sieci. Protokół ten nie gwarantuje, że pakiety dotrą do adresata, że nie zostaną pofragmentowane, bądź zdublowane lub dotrą do odbiorcy w odmiennej kolejności. Za uporządkowanie danych odpowiada protokół z wyższej warstwy (UDP oraz TCP).

Protokół UDP jest protokołem bezpołączeniowym. Dane wymieniane są pomiędzy komputerami w ramkach, a nadawca nie wie czy odbiorca odebrał wysłane przez niego dane. Ze względu na obecność sum kontrolnych, odebrane dane zawsze są poprawne. Dane mogą przychodzić do odbiorcy w innej kolejności niż zostały wysłane.

Protokół TCP jest protokołem połączeniowym. Dostarcza dane w takiej samej kolejności jak zostały wysłane. W razie konieczności dokonuje retransmisji danych. Z uwagi na konieczność zapewniania informacji zwrotnych pomiędzy nadawcą i odbiorcą (potwierdzenie odebrania danych) jest on wolniejszy od protokołu UDP.

Model protokołu TCP-IP nawiązuje do modelu OSI i składa się z kilku warstw, z których każda odpowiada za inne zagadnienie komunikacji pomiędzy węzłami sieci:

 warstwa aplikacji – jest to warstwa w której znajdują się programu użytkownika,  warstwa transportowa – jest to warstwa odpowiedzialna za kierowanie pakietów do

odpowiednich aplikacji (każdy komputer posiada zestaw adresowalnych portów internetowych),

 warstwa Internetu - w tej warstwie przetwarzane są pakiety posiadające adres IP, które są kierowane do odpowiednich komputerów,

 warstwa dostępu do sieci – jest to warstwa odpowiedzialna za przesyłanie danych pomiędzy węzłami sieci.

Z punktu widzenia programu komunikacja z wykorzystaniem gniazd internetowych nie różni się w znaczącym stopniu od komunikacji z wykorzystaniem dwukierunkowego potoków lub plików. Opracowane na potrzeby systemu BSD API stało się nieformalnym standardem i z niewielkimi modyfikacjami jest dostępne pod większością współczesnych systemów operacyjnych (Linux, Windows).

Nowe gniazdo internetowe tworzymy za pomocą funkcji socket(), zwracającej deskryptor połączenia:

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

Do inicjalizacji nasłuchującego gniazda (serwera) wykorzystujemy następujące funkcje (w kolejności ich wywołania):

2

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen); int listen(int sockfd, int backlog);

int accept(int s, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

Poniżej zamieszczono przykład inicjalizacji serwera nasłuchującego na nowe połączenia: #include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h> #include <sys/ioctl.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h>

struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;

int socServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (socServer < 0)

{

perror("ERROR opening socket"); return 1; }

bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));

int portno = 1111; //nr portu na którym nasłuchujemy na połączenia serv_addr.sin_family = AF_INET;

serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(portno);

if (bind(socServer, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {

perror ("ERROR on binding"); return 1; }

listen(socServer,5);

socklen_t clilen = sizeof(cli_addr);

int newsockfd = accept(socServer, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen); if (newsockfd < 0)

{

perror ("ERROR on accept"); return 1; }

Funkcja accept() oczekuje na przychodzące połączenia i zwraca dla każdego nowego klienta nowe gniazdo służące do komunikacji z nowym klientem. Pierwotne gniazdo serwera jest wykorzystywane wyłącznie do nawiązywania nowych połączeń z klientami. Komunikacja z klientami następuje poprzez nowo utworzone gniazda zwrócone przez funkcję accept(). Do inicjalizacji nowego połączenia klienta z serwerem wykorzystujemy funkcję:

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

Poniżej zamieszczono przykład nawiązania połączenia przez klienta z serwerem:

int conSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); if (conSocket < 0 )

{

3

}

struct sockaddr_in clientService; clientService.sin_family = AF_INET;

clientService.sin_addr.s_addr = inet_addr( "127.0.0.1"); //ip komputera z którym się łączymy

clientService.sin_port = htons( 1111 ); //nr portu na który chcemy się połączyć if( connect( conSocket, (struct sockaddr *) &clientService, sizeof(clientService) ) <0) {

perror("Error at connect:"); return 1; }

Do wysyłania oraz odbierania danych zarówno po stronie klienta i serwera wykorzystuje się funkcje:

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

Po zakończeniu komunikacji przez gniazdo należy je zamknąć z wykorzystaniem funkcji:

ssize_t close(int sockfd);

Zadania do samodzielnego wykonania

1. Napisz program klienta wysyłający komunikat tekstowy do serwera (np.: login) i wyświetlający odpowiedź. Serwer nasłuchuje pod adresem ip 157.158.48.103 na porcie 1111.

2. Napisz program serwera zmieniający w odebranym komunikacie wszystkie małe znaki na duże i wysyłający odpowiedź do klienta.