Bài giảng Lập trình mạng: Lập trình UDP socket nâng cao - TS. Nguyễn Hoài Sơn

Bài này cung cấp cho người học những hiểu biết về lập trình UDP socket nâng cao với một số nội dung như: UDP hay TCP; vấn đề với UDP; lấy cờ hiệu, địa chỉ IP đích và số hiệu giao diện mạng; remind: sendmsg and recvmsg;... Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Lập trình UDP socket nâng cao TS Nguyễn Hồi Sơn Bộ mơn mạng Truyền thơng máy tính, Đại học Công nghệ, Đại học QG Hà Nội UDP hay TCP ?    Gửi tin broadcast hay multicast phải dùng UDP Có thể dùng UDP với ứng dụng với yêu cầu trả lời đơn giản Có thể dùng UDP vỚI ứng dụng LAN   Nên dùng UDP với truyền tin đa phương tiện   Băng thơng lớn, lỗi Điều khiển luồng? Dùng TCP với việc truyền liệu lớn  TFTP (Trivial File Transfer Protocol) ngoại lệ Vấn đề với UDP  Làm để lấy địa IP đích?    Địa IP đích địa unicast địa chi multicast Làm biết xử lý trường hợp gói tin UDP lớn kích thước buffer? Làm để đảm bảo tính tin cậy đường truyền có lỗi  Acknowledgement, timeout, gửi lại Lấy cờ hiệu, địa IP đích số hiệu giao diện mạng  Dùng sendmsg recvmsg để lấy   cờ hiệu từ socket liệu phụ thuộc địa IP số hiệu giao diện đích trường hợp có nhiều giao diện mạng Remind: sendmsg and recvmsg #include ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags); ssize_t sendmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags); Both return: number of bytes read or written if OK, –1 on error struct msghdr { void *msg_name; /* protocol address */ socklen_t msg_namelen; /* size of protocol address */ struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */ int msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */ void *msg_control; /* ancillary data (cmsghdr struct) */ socklen_t msg_controllen; /* length of ancillary data */ int msg_flags; /* flags returned by recvmsg() */ }; Remind: sendmsg and recvmsg (2)  thiết lập cờ chức cho việc xuất nhập liệu       MSG_DONTROUTE: bỏ qua truy vấn bảng định tuyến MSG_DONTWAIT: không chờ xuất nhập liệu MSG_OOB: gửi nhận liệu luồng (out-of-band) MSG_PEEK: kiểm tra liệu vào giữ nguyên liệu buffer MSG_WAITALL: đợi tất liệu yêu cầu Cờ chức trả hàm recvmsg    MSG_BCAST MSG_MCAST MSG_TRUNC Remind: Sau hàm recvmsg trả kết Ví dụ: hàm recvfrom_flags  ssize_t recvfromflags(int fd, void *ptr, size_t nbytes, int *flagsp, SA *sa, socklen_t *salenptr, struct unp_in_pktinfo *pktp)  struct unp_in_pktinfo { struct in_addr ipi_addr; /* destination IPv4 address */ int ipi_ifindex; /* received interface index */ };  Trả về:    Giá trị msg_flags trả hàm recvmsg Địa đích gói tin nhận (sử dụng tùy biến socket IP_RECVDSTADDR) Số hiệu giao diện nhận gói tin (sử dụng tùy biến socket IP_RECVIF) Dữ liệu phụ thuộc   Gửi nhận thành phần msg_control msg_controllen cấu trúc msghdr với hàm sendmsg recvmsg chứa nhiều đối tượng liệu phụ thuộc   each one begins with a cmsghdr structure struct cmsghdr { socklen_t cmsg_len; /* length in bytes, including this structure */ int cmsg_level; /* protocol family */ int cmsg_type; /* protocol-specific type */ /* followed by unsigned char cmsg_data[] */ }; Dữ liệu phụ thuộc chứa hai đối tượng liệu Chia nhỏ gói tin UDP Khi nhận gói tin UDP lớn kích thước buffer, hệ thống xử lý theo cách sau tùy thuộc vào OS  Bỏ phần liệu vượt kích thước buffer, trả cờ MSG_TRUNC cho tiến trình xử lý  recvmsg thiết lập cờ MSG_TRUNC msg_flags cấu trúc msghdr  Bỏ phần liệu thừa không thông báo cho tiến trình xử lý  Giữ phần liệu thừa trả lần đọc liệu socket sau => cần thiết lập kích thước buffer lớn kích thước lớn gói tin UDP nhận byte  Tạo tính tin cậy cho ứng dụng UDPs  Thực yêu cầu  Số thứ tự (Sequence numbers): Bên nhận xác nhận số thứ tự thông báo nhận   Client thêm số thứ tự vào thông báo yêu cầu máy chủ gửi lại số thứ tự thông báo trả lời Timeout gửi lại: khơi phục gói tin bị mát   Gửi thông báo yêu cầu đợi N giây Nếu khơng có thơng báo trả lời, gửi lại đợi thêm N giây  Lặp lại nhiều lần Tạo tính tin cậy cho ứng dụng UDPs (2)  Làm để xác định N thích hợp? RTT mạng LAN WAN khác  RTT máy khách máy chủ thay đổi nhanh chóng  Cần tính tốn RTT thực => Giải pháp từ [Jacobson 1988]  g = 1/8, h = 1/4 Vấn đề không rõ ràng gửi lại Thông báo yêu cầu bị mất? Thông báo trả lời bị mất? Khoảng RTO nhỏ? RTT bao nhiêu? Giải pháp   Thêm nhãn thời gian vào thông báo máy chủ phải gửi lại nhãn thời gian Tính tốn RTT thời gian nhận gói tin trừ nhãn thời gian ghi gói tin => Hàm dg_send_recv struct rtt_info  struct rtt_info { float rtt_rtt; /* RTT gần nhất, đơn vị giây */ float rtt_srtt; /* Ước lượng RTT, đơn vị giây */ float rtt_rttvar; /* Ước lượng độ lệch trung bình, đơn vị giây */ float rtt_rto; /* RTT tại, đơn vị giây */ int rtt_nrexmt; /* số lần gửi lại: 0, 1, 2, */ uint32_t rtt_base; /* thời gian (giây) tính từ 1/1/1970 */ }; dg_send_recv function  rtt/dg_send_recv.c g = 1/8, h = 1/4 Các bước thực Khởi tạo đồng hồ đếm độ trễ rtt_init(&rtti nfo) Khởi tạo liệu gửi msgsend • Tiêu đề chứa sequence number nhãn thời gian Đặt tín hiệu chng • Thời gian đổ chuông ban đầu = độ trễ ước lượng alarm(rtt_star t(&rttinfo)) timeout Chờ nhận gói tin trả lời Tính tốn lại độ trễ ước lượng rtt_stop(&rttinfo, rtt_ts(&rttinfo) recvhdr.ts) Các hàm tính tốn độ trễ lib/rtt.c  rtt_init  rtt_ts, rtt_newpack, rtt_start, rtt_stop Xuất nhập liệu I/O điều khiển tín hiệu Mơ hình xuất nhập liệu điều khiển tín hiệu kernel application establish SIGIO signal handler process continues executing signal handler recvfrom process blocks while data is copied into application buffer sigaction system call return wait for data deliver SIGIO datagram ready system call copy datagram return OK process datagram copy complete copy data from kernel to user Các bước thực xuất nhập liệu điều khiển tín hiệu   Thiết lập hàm xử lý tín hiệu SIGIO Thiết lập chủ sở hữu socket   sử dụng lệnh F_SETOWN hàm fcntl Cho phép xuất nhập liệu điều khiển tín hiệu  sử dụng lệnh F_SETFL hàm fcntl để thiết lập cờ O_ASYNC SIGIO với UDP Sockets  Tín hiệu SIGIO sinh   Socket nhận gói tin Lỗi khơng đồng xuất socket SIGIO với TCP Sockets  Nhiều điều kiện để tạo tín hiệu SIGIO        Một yêu cầu kết nối kết thúc socket lắng nghe Một yêu cầu kết nối khởi tạo Một yêu cầu ngắt kết nối hồn thành Một nửa kết nối bị đóng Dữ liệu đến socket Dữ liệu gửi từ socket Lỗi khơng đồng xuất => Ít sử dụng SIGIO với TCP socket Máy chủ UDP Echo sử dụng SIGIO  sigio/dgecho01.c     Đặt liệu nhận hàng đợi liệu chờ xử lý Sau xử lý tín hiệu SIGIO, tăng biến đếm hàng đợi nqueue Gửi lại liệu nhận biến đếm hàng đợi khác Điều xảy tín hiệu SIGIO khơng bị chặn chương trình kiếm tra biến nqueue ? ... UDP Sockets  Tín hiệu SIGIO sinh   Socket nhận gói tin Lỗi khơng đồng xuất socket SIGIO với TCP Sockets  Nhiều điều kiện để tạo tín hiệu SIGIO        Một yêu cầu kết nối kết thúc socket. .. báo cho tiến trình xử lý  Giữ phần liệu thừa trả lần đọc liệu socket sau => cần thiết lập kích thước buffer lớn kích thước lớn gói tin UDP nhận byte  Tạo tính tin cậy cho ứng dụng UDPs  Thực.. .UDP hay TCP ?    Gửi tin broadcast hay multicast phải dùng UDP Có thể dùng UDP với ứng dụng với yêu cầu trả lời đơn giản Có thể dùng UDP vỚI ứng dụng LAN   Nên dùng UDP với truyền