La comunicación entre procesos de sistemas distribuidos

1. COMUNICACIÓN ENTRE
PROCESOS.
Ing. Luis Jara Obregón, Msc.

2. 1. INTRODUCCIÓN.
2. LA INTERFAZ DE PROGRAMACIÓN DE APLICACIONES PARA LOS PROTOCOLOSDE INTERNET.
3. REPRESENTACIÓN EXTERNA DE DATOS EMPAQUETADO.
4. COMUNICACIÓN CLIENTE-SERVIDOR
5. COMUNICACIÓN EN GRUPO.
6. CASO DE ESTUDIO: COMUNICACIÓN ENTRE PROCESOS EN UNIX.
7. RESUMEN.

4. COMUNICACIÓN ENTRE PROCESOS.
• La interfaz de programación de aplicaciones (API) de java para la comunicación entre
procesos en internet proporciona comunicación tanto por datagramas como streams.
Los streams son los objetos que se encargan de conectar
el programa con las distintas fuentes o destinos de los
datos que se procesan (teclado, monitor, disco duro,
sockets...).
Un datagrama es un paquete de datos que constituye el
mínimo bloque de información en una red de
conmutación por datagramas.

5. TCP VS. UDP
} UDP
Este protocolo es orientado a
conexión.
Este protocolo es de conexiones
inferiores.
La conexión TCP es flujo de bytes La conexión UDP es un flujo de
mensajes
Proporciona control de errores y
control de flujo
No se proporciona el control de
errores ni control de flujo.
TCP admite la transmisión full duplex UDP no admite transmisión full duplez
Es un servicio confiable de
transmisión de datos
Este es un servicio poco fiable de
transmisión de datos.
El paquete TCP se llama como
segmento.
El paquete UDP se llama como
datagramas de usuario.

6. TCP (Transmission Control Protocol
• EL CLIENTE INDICA QUÉ SERVICIO QUIERE, LO HACE CON LA DIRECCIÓN IP DESTINO
Y PUERTO.
• PUERTOS: ENTRE 0 Y 65.535
• DEL 0 AL 1023 ESTAN ESTANDARIZADOS, LOS PUERTO UDP SON LOS MISMOS, PERO
NO SE MEZCLAN LOS DATOS.
• EL CLIENTE SOLICITA EN SU SISTEMA UN NÚMERO DE PUERTO PARA USO PROPIO.

7. TCP (Transmission Control Protocol
Cliente
Dirección IP
192.168.1.15
¡¡¡OPERADORA¡¡¡
DAME UN PUERTO
PARA REALIZAR
UNA CONEXIÓN
EXTERNA,….¿EL
33580 ESTA LIBRE
Servidor
Dirección
192.168.1.1
PUERTO
80
33580
¡¡¡¡SERVIDOR¡¡¡ ME
QUIERO CONECTAR A TU
PUERTO 80 DESDE MI
PUERTO 33580
OK PIDE
LO QUE
QUIERAS
Conexión establecida
ID único
192.168.1.1:80/192.168.1.15:33580

8. MECANISMOS DE FIABLILIDAD DEL TCP
Para evitar pérdidas y duplicados y asegurar el orden.
• Numeración y confirmación.
• Todos los bytes tienen su número de secuencia.
• En la cabecera del segmento va el 1er n° de secuencia.
• Se usa una “Confirmación positiva con retransmisión” (El receptor debe mandar
un ACK para confirmar la recepción. Si no lo hace en un plazo, se retransmite.
• Si un ACK llega tarde al emisor, el receptor se puede encontrar con segmentos
duplicados.

10. MECANISMO DE FIABILIDAD DE TCP (2)
• CAMPOS DE CABECERA DE TCP PARA LOS PUERTOS, NÚMEROS DE SECUENCIA Y
LOS ACK.
• …… LA COMUNICACIÓN FLUYE CON NORMALIDAD
• LO ULTIMO QUE HA OCURRIDO CORRECTAMENTE:
• A------B, segmento con los bytes del 20 al 50 y….
• A ----------B, segmento con los bytes del 80 al 100…
• Vemos como funciona la cabecera de TCP:
PUERTO DE ORIGEN (16) PUERTO DE DESTINO (16)
NÚMERO DE SECUENCIA (32)
NÚMERO DE CONFORMACIÓN (32)

11. MECANISMO DE FIABILIDAD DE TCP (2)
A
PUERTO
3358
B
PUERTO
80
51…..70 1
1.- A--B, bytes del 51 al 70 ACK del 80
a 100
ORIGEN 3358 80 DESTINO
N° Sec 51
N° Confirm 101
1
Del primer byte ---
enviado
Del Sgte. byte a ---
recibir
101….120
2.- A---B, bytes del 101 al 120 y
ACK (51 A 70)
ORIGEN 80 3358 DESTINO
N° Sec 101
N° Confirm 71
3.- A--B, No hay datos nuevos. ACK
(101-120)
ORIGEN 3358 80 DESTINO
N° Sec 71
N° Confirm 121
ORIGEN 80 3358 DESTINO
N° Sec 121
N° Confirm 71
4.- A---B, bytes del 121 al 150. Se esper
el byte 71
4
2
3
NO
DATA
121….150
5
71…90
5.- A-B, bytes del 71 al 90. ACK (121-150

12. Características de la Comunicación entre procesos.
EL PASO DE MENSAJES ENTRE UN PAR DE PROCESOS SE PUEDE BASAR EN DOS OPERACIONES; ENVIA Y RECIBE
ENVIA
RECIBE
Se define en función del destino y del
mensaje
Para que se pueda comunicar un proceso con otro, se debe enviar un mensaje ( Secuencia de bytes) a un destino y
otro proceso en el destino recibe el mensaje.
Esto actividad requiere comunicación des datos desde el proceso emisor al proceso receptor y puede implicar
también sincronización de los dos procesos.

13. COMUNICACIÓN SINCRONA Y ASINCRONA
Mensaje
LOS PROCESOS EMISORES PRODUCEN MENSAJES QUE SERÁN AÑADIDOS A LAS COLAS REMOTAS,
MIENTRAS QUE LOS PROCESOS ELIMINÁN MENSAJES DE LAS COLAS LOCALES.

14. LA COMUNICACIÓN ENTRE
LOS PROCESOS EMISOR Y
RECEPTOR
SÍNCRONA: Los procesos emisor y
receptor se sincronizan con cada
mensaje. Tanto envía como recibe son
operaciones bloqueantes.
A cada envié producido el proceso
emisor se bloquea hasta que se produce
el correspondiente recibe.
ASÍNCRONA: La utilización de la
operación envía en no bloqueante, de
modo que el proceso emisor puede
continuar tan pronto como el mensaje
haya sido copiado en el búfer local, la
transmisión del mensaje se realiza en
paralelo con el proceso emisor.

16. DESTINOS DE LOS MENSAJES.
• En los protocolos de internet, los mensajes son enviados a direcciones construidas por pares
(dirección internet, puerto local).
UN
RECEPTOR
Los procesos pueden utilizar múltiples puertos desde los que recibir mensajes. Cualquier proceso que conozca el
número de puerto apropiado puede enviarle mensajes.

17. Si el cliente utiliza un dirección de internet fija para referirse a un servicio debe ejecutarse
siempre en el mismo computador para que esa dirección se considere valida. esto se evita
usando una de las siguientes aproximaciones que proporcionan transparencia de ubicación.
 Los programas se refieren a los servicios por su nombre y utilizan un servidor de nombres o enlazador
para trasladar esos nombres a ubicaciones del servidor en tiempos de ejecución.
 El sistema operativo, ej; Mach, proporciona identificadores para los destinos de los mensajes
independientes de la localización, haciéndoles corresponder con direcciones de más bajo nivel para
utilizarlas para entregar los mensajes en los puertos, permitiendo la migración como la reubicación de
los servicios.

18. SOCKETS
• Definición: Un socket es un punto final de enlace de comunicación de dos vías entre
dos programas que se ejecutan a través de la red.
• El cliente y el servidor deben ponerse de acuerdo sobre el protocolo que utilizaran.
Ambas formas de comunicación (UDP y TCP) utilizan la abstracción de sockets, que proporciona los puntos
extremos de la comunicación entre procesos, se origina en UNIX pero ahora están presentes en la mayoría de
sistemas operativos.

19. PRIMITIVAS DE SOCKETS
Por lo general, los servidores ejecutan primero cuatro primitivas, normalmente en el
orden dado. Cuando se llama a la primitiva socket, el que llama crea un nuevo punto
final de comunicación para un protocolo de transporte especifico. De manera interna,
crea un punto final de comunicación significa que el sistema operativo local reserva
recursos para alojar los mensajes enviados y recibidos por el protocolo especificado.

22. PROCESO
CLIENTE.
CLIENTE
192.168.1.2
8080
PROCESO
SERVIDOR
192.168.1.3
8080
Estoy escuchando a
que un cliente realice
una petición
Yo conozco la
dirección IP de
ese servidor y su
puerto, voy a
realizar una
petición
SE ESTABLECE UN SOCKET DE
COMUNICACIÒN 8081

23. COMUNICACIÓN DE DATAGRAMAS UDP
• Un datagrama enviado por UDP se transmite desde un proceso emisor a un proceso receptor
sin acuse de recibo ni reintentos. Si algo falla, el mensaje no puede llegar a su destino, Se
transmite un datagrama, entre procesos, cuando uno lo envía y otro lo recibe.
• Cualquier proceso que necesite enviar o recibir mensajes debe crear, primero un conector
asociado a un dirección IP y aun puerto local. Un servidor enlazará su conector a un puerto
de servidor (conocido por los clientes). Un cliente ligara su conector a cualquier puerto local
libre. El método recibe devolverá, además del mensaje, la dirección de internet y el puerto del
emisor, permitiendo al receptor enviar la correspondiente respuesta.
Velocidad a
costa de
fiabilidad.
No ordena
mensajes.
No controla el
flujo.

24. ASPECTOS REFERENTES A LA COMUNICACIÓN DE
DATAGRAMAS.
• Tamaño de mensaje: El receptor necesita especificar una cadena de byte de un tamaño
concreto sobre el cual se almacenará el mensaje recibido, si es demasiado grande será
trucado a su llegada, a pesar de que la capa subyacente permite paquetes de hasta 2^16
bytes, incluida la cabecera, en la mayoría de entornos se restringe a 8 kilobytes.
• Bloqueo: La comunicación UDP utiliza operaciones de envió, ENVIA no bloqueantes
recepciones, RECIBE bloqueantes. La operación envía devuelve el control cuando ha dirigido
el mensaje a las capas inferiores UDP e IP, que son las responsables de su entrega.
• El método RECIBE produce un bloqueo hasta que se reciba un datagrama, a menos que se
haya establecido un tiempo limite (timeout) asociado al conector, si el proceso que invoca el
método RECIBE tiene que realizar otras tareas mientras espera el mensaje, deberá realizarlas
en un hilo separado.
• Tiempo limite de espera: El método RECIBE con bloqueo indefinido es adecuado que están
esperando recibir peticiones desde sus clientes. Pero en algunos programas, no resulta
apropiado que un proceso que ha invocado una operación deba esperar indefinidamente.

25. • Recibe de cualquiera: El método RECIBE no especifica el origen de los mensajes. En su
lugar al invocar RECIBE aceptamos mensajes dirigidos a su conector desde cualquier origen.
El método RECIBE devuelve la dirección de Internet y el puerto del emisor, permitiendo al
receptor comprobar de donde viene el mensaje.
MODELO DE FALLOS
Presenta las siguientes
debilidades.
FALLA DE OMISIÓN:
Los mensajes pueden desecharse
ocasionalmente, ya sea por un error
detectado por la suma de comprobación
porque no queda espacio en el búfer ya
sea en el origen o en el destino.
ORDENACIÓN:
Algunas veces, los mensajes se
entregan en desorden a su origen de
emisión

27. APLICACIÓN DEL UDP
En algunas aplicaciones resulta aceptable un modelo que sea susceptible a
fallos de omisión ocasionales. Ej: el servidor de nombres de dominio.
UDP suele ser una elección atractiva porque no padecen de sobrecargas
asociadas a la entrega de mensajes garantiza.
Existen tres fuentes principales para esta sobrecarga:
La necesidad de almacenar información de estado en el origen y en el
destino.
La transmisión de mensajes extra.
La latencia del emisor.

28. UDP

29. COMUNICACIÓN DE STREAMS TCP
• La API para el protocolo TCP, proporciona la abstracción de un flujo de
bytes(STREAMS) en el que puede escribirse y desde el que pueden leerse
datos. La abstracción de streams oculta las siguientes características de la
red:
• TAMAÑO DE MENSAJES: la aplicación permite elegir la cantidad de datos que requiere escribir o leer
el streams.
• MENSAJES PERDIDOS: El protocolo TCP utiliza un esquema de acuse de recibo de los mensajes. El
extremo emisor almacena un registro de cada paquete IP enviado y el extremo receptor acusa el
recibo de todos los paquetes IP que llegan.
• CONTROL DE FLUJO: el protocolo TCP intenta ajustar las velocidades de los procesos que leen y
escriben en un streams. Si escritor es demasiado rápido para el lector este se bloquea.
• DUPLICACIÓN Y ORDENACIÓN DE LOS MENSAJES: a cada paquete IP se le asocia un
identificador, que hace posible que el receptor pueda detectar y rechazar mensajes duplicados.

30. • DESTINOS DE LOS MENSAJES: un par de procesos en comunicación establecen una conexión antes
que puedan comunicarse mediante un stream. Una vez que se ha establecido la comunicación, los
procesos simplemente leen o escriben en el stream sin tener que preocuparse de las direcciones de
internet ni de los números de puerto.
• El API para comunicación por streams supone que en el momento de establecer una conexión, uno de
ellos juega el papel de cliente y el otro juega el papel de servidor, aunque después se comuniquen de
igual a igual. El rol del cliente implica la creación de un conector, de tipo stream, sobre cualquier puerto
y la posterior petición de conexión con el servidor en su puerto de servicio.
• El par de conectores, el del cliente y el del servidor, se conectan por un par de streams, uno en cada
dirección, Así cada conector tiene su propio streams de entrada y de salida.
• Cuando una aplicación cierra un conector indica que no va a escribir nada más en su stream de salida.

32. ASPECTOS IMPORTANTES RELACIONADOS CON LA
COMUNICACIÓN DE STREAMS:
• Concordancia de Ítems de Datos: Los dos procesos que se comunican necesitan estar de
acuerdo en el tipo de datos transmitidos por el stream.
• Bloqueo: Los datos escritos en un streams se almacenan en un búfer en el conector destino.
Cuando un proceso intenta leer datos de un canal de entrada, o bien extraerá los datos de la
cola o bien se bloqueará hasta que existan datos disponibles.
• Hilos: Cuando un servidor acepta conexión, generalmente crea un hilo con el que
comunicarse con el nuevo cliente. La ventaja de utilizar un hilo separado para cada cliente es
que el servidor puede bloquearse a la espera de entradas sin afectar a los otros clientes.

33. MODELO DE FALLO.
Para satisfacer la propiedad de integridad de una comunicación fiable, los streams TCP utilizan
una suma de comprobación para detectar y rechazar los paquetes corruptos, y utilizan un
numero de secuencia para detectar y eliminar los paquetes duplicados.
Para la propiedad de validez, los streams TCP utilizan timeouts y retransmisión de los
paquetes perdidos.
Pero si la pérdida de paquetes sobrepasa un cierto limite, o la red que conecta a un par de
procesos en comunicación esta severamente congestionada, el software TCP responsable de
enviar los mensajes no recibirá acuses de recibo de los paquetes enviados y después de un
tiempo declarará rota la conexión.
Cuando una
conexión esta
rota, se notificara
al proceso que la
utiliza siempre
que intente leer o
escribir
Los procesos que
utilizan la conexión
no distinguen entre
fallo de red y fallo del
proceso.

34. UTILIZACIÓN DE TCP
Muchos de los servicios utilizados se ejecutan sobre conexiones TCP, con números de puerto
de puertos reservados. Entre ellos se encuentran los siguientes:
HTTP: El protocolo de transferencia de hipertexto se utilizan en comunicación entre un
navegador y un servicio web.
FTP: El protocolo de transferencia de archivos permite leer los directorios de un computador
remoto y transferir archivos entre los computadores de una conexión.
telnet: la herramienta Telnet proporciona acceso a un terminal de un computador remoto.
SMTP: El protocolo simple de transferencia de correo se utiliza para mandar correos
electrónicos entre computadoras.

35. API JAVA PARA LOS STREAMS TCP
• La interfaz Java para los streams TCP esta constituida por las clases ServerSocket y
Socket.
• ServerSocket: Esta clase esta diseñada para ser utilizada por un servidor para crear un
conector en el puerto de servidor que escucha las peticiones de conexión de los clientes,
su método “accept” toma una petición “connect” de la cola, o si la cola esta vacia, se
bloquea hasta que llega una petición. El resultado de ejecutar “accept” es una instancia de
Socket, un conector queda acceso a streams para comunicarse con el cliente.

36. CLASE SOCKET
• Esta clase es utilizada por el par de procesos de una conexión. El cliente utiliza un constructor
para crear un conector, especificando el nombre DNS de host y el puerto del servidor. Este
constructor no solo crea el conector asociado con el puerto local, sino que también se conecta
con el computador remoto especificando el puerto indicado. Puede lanzar una excepción
“UnknownHostException” si el nombre del host no es el correcto, o una exception
“IOException” si se da un error de entrada y salida.
• La clase Socket proporciona los métodos “getInputStream” y “getOutputStream” para acceder
a los dos streams asociados a un conector. El tipo de datos devueltos por esos métodos son
“InputStream” y OutputStream”

37. REPRESENTACIÓN EXTERNA DE DATOS Y
EMPAQUETADO.
La información almacenada dentro de los programas en ejecución se representa mediante estructuras de
datos (ej: conjuntos de objetos interrelacionados”) mientras que la información transportada en los
mensajes consiste en secuencias de bytes. Independiente de la forma de comunicación utilizada, las
estructuras de datos deben ser aplanadas (convertidas en una secuencia de bytes) antes de su
transmisión y reconstruidas en el destino.
Los tipos de datos primitivos transmitidos en los mensajes pueden tener valores de muchos tipos distintos
y no todos los computadores almacenan valores primitivos. También es diferentes en diferentes
arquitecturas la representación de los números en coma flotante.

38. Otro problema es el conjunto de códigos utilizados para representar caracteres, ej: UNIX utiliza
la codificación ASCII con un byte por carácter, mientras que el estándar UNICODE permite
representar la mayoría de lenguajes y utiliza dos bytes por carácter.

39. Existen dos variantes en la ordenación de enteros: la llamada big-endian, en la que el byte más
significativo va primero, y en la llamada little-endian en la que va el ultimo.
Para hacer posible que dos computadores puedan intercambiar datos se puede utilizar uno de
los dos métodos siguientes:
• Los valores se convierten a un formato externo acordado antes de la transmisión y se
revierten al formato local en la recepción; si los dos computadores son del mismo tipo se
puede omitir la transformación al formato externo.
• Los valores se transmiten según el formato del emisor.
a
S
S
Z K
Y Y

40. REPRESENTACIÓN EXTERNA DE DATOS.
Para soportar RMI o RPC, cualquier tipo de dato que pueda ser pasado como un argumento o
devuelto como resultado debe ser capaz de ser aplanado y cada uno de estos tipos de datos
primitivos representados en una representación de datos acordada. Al estándar acordado para
la representación de estructuras de datos y valores primitivos se le denomina representación
externa de datos.
El empaquetado: consiste en tomar una colección de ítems de datos y ensamblarlos de un modo
adecuado para la transmisión en un mensaje.
El desempaquetado: es el proceso de desensamblado en el destino para producir una colección
equivalente de datos. Por lo tanto empaquetar consiste en traducir las estructuras de datos y los
valores primitivos en una representación externa de datos.

41. SE TRATARÁN LAS DOS ALTERNATIVAS PARA LA
REPRESENTACIÓN EXTERNADA DE DATOS Y EL
EMPAQUETADO:
La representación común de datos de CORBA, que incumbe a un
representación externa para los datos estructurados y primitivos que puedan
ser pasada como argumento y resultado de la invocación remota de métodos
CORBA. Puede ser utilizada por una gran variedad de lenguajes de
programación.
La serialización de objetos en Java, que está relacionada con el aplanado y la
representación externa de datos de cualquier objeto simple o un árbol de
objetos que tienen que ser transmitidos en un mensaje o almacenados en
disco. Es de uso exclusivo de Java.
En ambos casos, el empaquetado y el desempaquetado son llevados a cabo por
una capa de middleware sin ninguna partición del programador de la aplicación.