M6 - SOCKETs

MODELO OSI

O modelo OSI ( Open Systems Interconnection ) está dividido em 7 camadas. 

arquitetura padrão para a comunicação entre dois dispositivos dentro de uma rede

MODELO OSI – PROTOCOLOS

            MODELO OSI      versus                 TCP/IP  (atual)

Modelo Cliente/Servidor 

● em geral, uma aplicação que inicia uma comunicação par-a-par é chamada cliente. 

● um servidor é um programa que espera por requisições de um cliente.

Comunicação entre aplicação cliente e aplicação servidor 

● Cliente e servidor usam comunicação entre processos (IPC - inter-process communication) para conversar entre si. 

● Há vários mecanismos de IPC  -    um deles é o sockets  

● Sockets - API padrão para TCP/IP IPC

SOCKETS

Socket é um mecanismo de comunicação bidirecional mais usado para implementar um modelo cliente/servidor, e permite a troca de mensagens em Tempo Real entre os processos de uma máquina/aplicação servidor e os processos de uma máquina/aplicação cliente.

Socket é a "interface" que permite a comunicação entre o processo do servidor e o processo cliente através de um rede.

Exemplos:  CHAT,   Jogos Mutiplayer;  Reservas online

A aplicação servidor que serve de "chat" irá receber  ligações dos clientes (numa determinada porta) e posteriormente, se um cliente enviar uma mensagem, o servidor envia essa mensagem para todos os outros clientes.

O processo de comunicação: 

- o servidor é colocado numa determinada porta e aguarda por ligações a essa porta. 
- O cliente deve saber previamente qual o nome ou IP do servidor e a respetiva porta onde o servidor foi colocado à espera de ligações. 
- Então o cliente solicita uma ligação ao servidor/porta conforme demonstra a figura seguinte.

o servidor aceita a ligação gerando um socket numa porta vaga do lado do servidor, criando assim um canal de comunicação entre o cliente e o servidor.  

O servidor fica em loop, aguardando novas ligações e “gerando” sockets para atender as solicitações de clientes.

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 TIPOS DE SOCKETS de REDE

 

A representação de um socket de rede dá-se pela informação ip:porta 




Por exemplo:         127.0.0.1:4477 (IPv4). 

Na comunicação de computadores há 2 coisas que devemos saber: 

endereço IP (que identifica univocamente uma máquina) e a porta (que identifica a aplicação)

Sabendo que TCP/IP é a base da comunicação na internet, considerando o modelo de rede OSI:

      os Sockets atuam entre a camada de Aplicação e a camada de Transporte.

Os Sockets são utilizados na camada de Transporte por protocolos como o TCP e UDP 

  TCP ( Transmission Control Protocol)  UDP (User Datagram Protocol )

https://www.treinaweb.com.br/blog/uma-introducao-a-tcp-udp-e-sockets 

Dois principais tipos de sockets: 

 - SOCKET_STREAM ( TCP)    

     

-  SOCK_DGRAM   (UDP). 

Stream Sockets (SOCK_STREAM): Esse tipo usa o protocolo TCP que é mais fiável, pois há garantia de entrega e ordem, é orientado à conexão etc;

Datagram Sockets (SOCK_DGRAM): Esse tipo usa o protocolo UDP, portanto, não é orientado à conexão, não garante entrega completa dos dados e exige um controle mais especial do desenvolvedor.

DIFERENÇA entre TCP vs UDP

ver https://www.treinaweb.com.br/blog/uma-introducao-a-tcp-udp-e-sockets 

- Os sockets TCP garantem fiabilidade na comunicação (garantia da entrega de pacotes entre o emissor e o receptor),

- os sockets UDP não dão garantia na entrega de pacotes a nível da camada de transporte). 

há mais velocidade e menos controle, associamos o protocolo IP ao UDP (tráfego de voz e vídeo são bons exemplos onde o UDP teria boa aplicabilidade, ademais, perdendo um ou outro pacote, não interfere totalmente no todo, permanecendo inteligível).

PORTAS

Existem milhares de portas (estas são codificadas em 16 bits, há por conseguinte, 65536 possibilidades)   

Existem diferentes tipos de números de portas

• Portas Bem-conhecidas, de 0 a 1023. Atribuídas e controladas pelo ICANN

• Portas Registradas, de 1024 a 49151. Não atribuídas nem controladas pelo ICANN, mas podem ser registradas para evitar duplicação

• Portas Dinâmicas, Privadas ou Efêmeras, de 49152 a 65535. Não atribuídas nem controladas. Em tese, os sistemas clientes deveriam apenas usar portas desta faixa, mas na prática essa recomendação não é seguida.

estgp cisco 

Verificar portas TCP / IP abertas no Windows

comando netstat 

SINTAXE 

netstat [-a] [-b] [-e] [-n] [-o] [-p <Protocol>] [-r] [-s] [<interval>]

 

-a  Exibe todas as conexões TCP ativas e as portas TCP e UDP nas quais o computador está escutando

-n  Exibe conexões TCP ativas, no entanto, os endereços e os números de porta são expressos numericamente e nenhuma tentativa é feita para determinar nomes

-o  Exibe conexões TCP ativas e inclui a ID do processo (PID) para cada conexão. Você pode encontrar o aplicativo com base no PID na guia Processos no Windows gestor de Tarefas. Esse parâmetro pode ser combinado com -a, -n e -p

São visualizadas Portas TCP e portas UDP

Criação de Sockets TCP 

 

RESUMO

Sockets são uma interface de programação que permite a comunicação bidirecional e em tempo real entre processos em diferentes dispositivos através de uma rede.

Os sockets funcionam em um modelo cliente-servidor, onde um processo atua como o servidor, aguardando por conexões, e outros processos agem como clientes, solicitando a conexão ao servidor.

Tipos de sockets :

1. Sockets TCP (Transmission Control Protocol): Fornecem uma comunicação confiável e orientada à conexão. A transmissão é estabelecida antes que os dados sejam trocados, garantindo que a informação seja recebida na ordem correta e sem perdas.

2. 
   

3. Sockets UDP (User Datagram Protocol): Oferecem uma comunicação mais simples e menos confiável, sem a garantia de entrega ou ordem dos pacotes.

Em PHP, pode-se criar uma comunicação via sockets utilizando as funções socket_create(), socket_bind(), socket_listen(), socket_accept(), socket_read(), e socket_write()

EXEMPLO de uma comunicação entre SOCKET SERVIDOR e um SOCKET CLIENTE

Vamos compreender as funções em PHP utilizadas

FUNÇÕES EM PHP  (Socket Servidor) 

ver  https://www.php.net/manual/en/function.socket-create.php

1.   Criar socket 

SINTAXE:       socket_create(int $domain, int $type, int $protocol): Socket|false´

domain 

AF_INET	Protocolos baseados na Internet IPv4. TCP e UDP são protocolos comuns desta família de protocolos.
AF_INET6	Protocolos baseados na Internet IPv6. TCP e UDP são protocolos comuns desta família de protocolos.
AF_UNIX	Família de protocolos de comunicação local. Alta eficiência e baixa sobrecarga tornam uma ótima forma de IPC (Interprocess Communication).

 type

SOCK_STREAM	Fornece fluxos de bytes sequenciados, confiáveis, full-duplex e baseados em conexão.  Um mecanismo de transmissão de dados fora de banda pode ser suportado. O protocolo TCP é baseado nesse tipo de socket.
SOCK_DGRAM	Suporta datagramas (mensagens não confiáveis ​​e sem conexão de comprimento máximo fixo).   protocolo UDP é baseado nesse tipo de socket.

protocol

Caso o protocolo desejado seja TCP, ou UDP as constantes correspondentes SOL_TCP, SOL_UDP também podem ser utilizadas.

 

Exemplo:

                      $socket_servidor = socket_create (AF_INET ,  SOCK_STREAM,  SOL_TCP); 

2.Associar ao socket  

               socket_bind ( Socket $socket , string $address , int $port= 0 ): bool

Exemplo:  

                    socket_bind ($socket_servidor ,  ’127.0.0.1’,   50000  );

3.  Esperar por clientes (nºclientes)

                  socket_listen(Socket $socket, int $backlog = 0): bool

Exemplo: 

                            socket_listen ($socket_servidor,  1  );

4. Aceitar clientes  

            socket_accept(Socket $socket): Socket|false

 Exemplo:    

                        $client_socket = socket_accept ($socket_servidor);


5. Enviar / Receber informação via socket

Enviar/Escrever

        socket_write(Socket $socket, string $data, ?int $length = null): int|false

Exemplo:

               $msg="Mensagem enviada via Socket!\n"

               socket_write ($client_socket,  $msg ,   strlen($msg)    );

               Função strlen(string)  - determina o tamanho da string 

Leitura/Receber

 socket_read(Socket $socket, int $length, int $mode = PHP_BINARY_READ): string|false

length    O número máximo de bytes lidos é especificado pelo length parâmetro. 

mode (opcional) PHP_NORMAL_READ - a leitura pára em \n ou \r.

Exemplo:        $msgrecebida= socket_read ($client_socket,  1024,  PHP_NORMAL_READ);

                        $msgrecebida= socket_read ($socket_servidor,  1024,  PHP_NORMAL_READ);

6.  Destruir o socket 

     socket_close(Socket $socket): void

Exemplo:   socket_close ($socket _servidor);

                    socket_close ($client_socket );
  

6. Inicia a conexão a um socket (CLIENTE)

socket_connect(Socket $socket, string $address, ?int $port = null): bool

Exemplo:  socket_connect($socket, '127.0.0.1', 50000 );

  

RESUMO

O socket servidor é iniciado e ficará à espera de pedidos dos clientes numa porta específica

Depois o cliente estabelece a ligação (usando o IP do servidor e a porta) e, se tudo correr bem, o cliente e servidor passam a trocar informações entre eles.

No final da troca de mensagens, o cliente e o servidor fecham a comunicação.

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OUTRAS INFORMAÇÕES SOBRE SOCKETS

Sockets https://blog.pantuza.com/artigos/o-que-sao-e-como-funcionam-os-sockets 

Sockets em Java  http://www4.pucsp.br/~jarakaki/lp4/ProgramacaoSockets.pdf 

Manual em PHP  https://www.php.net/manual/en/function.socket-create.php    

Desenvolvimento de app cliente/servidor em Java

Sockets  versus WebSockets

Sockets é um termo mais genérico

WebSockets são utilizados quando se pretende uma comunicação bidirecional em Tempo Real entre um servidor Web e um cliente(Browser). 

Como funciona um websocket  ver Vídeo 
https://www.youtube.com/watch?v=T4unNrKogSA



Aplicações em que são utilizados Websockets 
        Chat Apps
        Multi-players Games
        Real Time Data Analytis
        Social Media (facebook, CNN )

WebSockets que utilizam a biblioteca Socket.io que permite criar projetos fantásticos, com comunicações em tempo real.

Exemplo criação de um CHAT - NodeJS e a biblioteca Socket.io

Chat Application in PHP 

WebSockets versus HTTP request/response

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INICIAÇÃO À PROGRAMAÇÃO de SOCKETS  

podem utilizar site do PHP para consultar informações sobre as funções   https://www.php.net/manual/pt_BR/ref.sockets.php

Vamos começar por:

-- correr o programa em php "Server1.php" em linha de comandos  e fazer uma ligação com o servidor usando o telnet (protocolo utilizado para conexão remota)

- correr o programa em php "Server1.php" em linha de comandos e fazer uma ligação com o servidor utilizando o Putty (software utilizado para aceder remotamente, utiliza o protocolo telnet ou SSH)

NOTA

-->Na Escola devido ao condicionamento da rede temos necessidade de criar Virtual Machine windows 8 para utilizarmos os SOCKETS.

-->Nos PC's dos alunos 

1. vamos ativar Telnet no Windows 
2. Elaborar código no VSCode e Corrigir o erro: extensão php  - ficheiro php.ini  (extension=sockets)  (ver mais abaixo)
3. instalar o Putty (www.putty.org) 

 1. DEVE ATIVAR O TELNET no seu computador

2. ESCREVER CÓDIGO DO SERVIDOR  "server1.php"

INTERPRETAR O CÓDIGO em PHP 

Depois de escrever o código, vai ter que utilizar o php.exe (pasta c:xampp\php) para interpretar o código php.

Abrir uma janela em linha comandos

entrar na pasta xampp\php    (cd c:\xampp\php)

Deve digitar  php -f e o caminho do ficheiro em php  (  php -f  path do ficheiro )

para copiar o path  e colar 

CORRIGIR ERRO PHP (Uncaugth Error) - Extensões do PHP

Para corrigir este erro, tem que alterar uma instrução do ficheiro php.ini

Editar Ficheiro php.ini  (c:\xampp\php)

Localizar instrução  ;extension =sockets  e retirar o ponto e vírgula ;  , ou seja, 

onde estava  ;extension =sockets   fica apenas  extension =sockets          

Salvar

Interpretar novamente o código server1.php

SERVIDOR                  -----------------------                -----------------                         CLIENTE: 

O SERVIDOR informa que estabeleceu ligação e fica à espera de conexões de clientes

vamos estabelecer uma conexão através do Telnet

Noutra janela em linha de comando, o cliente vai ligar ao servidor através do telnet 

telnet ip porta   ou seja   telnet 127.0.0.1  12345

Quando o cliente faz a ligação com o servidor, este envia as 2 frases que foram programadas para o cliente; e a ligação é terminada

ABRIR 2 JANELAS DE LINHA DE COMANDOS

No XAMPP

Numa janela em linha de comandos: interpretar código PHP

Ir para a pasta cd c:\xampp\php

digitar:                   php -f  c:\xampp\htdocs\pasta\nomeficheiro.php

 

Segunda Janela em linha de comandos: estabelecer conexão com os servidor através do telnet 

escrever   telnet 127.0.0.1  nºporta 

               

telnet 127.0.0.1  12345

(ENTER)

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WAMPSERVER

Em linha de comandos, digitar o comando para correr o código em php "server1.php"

Interpretador do php:  c:\wamp\bin\php\php7.3.12   (ver qual a sua versão do PHP)

escrever: cd  c:\wamp\bin\php\php7.3.12  (Enter)

                    php -f  path/ficheiro_php 
 

                     php -f   c:\wamp\www\SOCKETS\server1.php

   conexão é estabelecida e é enviada a msg de Bem-vindo ao PHP server sockets V1  e Adeus ... e sai

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3. CONEXÃO UTILIZANDO O PUTTY

1º INSTALAÇÃO DO PUTTY 

2º SERVIDOR: Primeira janela na linha de comandos--> correr código php

3º CLIENTE: Abrir o Putty --> escrever o ip do servidor (127.0.0.1) porta (12345) 

-->selecionar o protocolo telnet -- > fazer ligação

Resultado :

COMUNICAÇÃO entre SOCKET SERVIDOR E SOCKET CLIENTE 

       código socket servidor                                                                    código socket cliente

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Código de um servidor TCP/IP com Mensagens de Erro e LOOP

CHAT em LINHA DE COMANDOS entre Servidor e Cliente 

- para ler da linha de comandos utiliza-se a função fgets (STDIN)

recolhe string inseridos na linha de comandos (STDIN - standard INPUT)

- função trim - retira espaços

- função rtrim — Retira espaço em branco (ou outros caracteres) do final de uma string

código e resultado comunicação

CHAT entre Servidor CMD e Cliente WEB BROWSER

PRECISAM LIGAR XAMPP para CORRER o clientchat.php 

--SERVIDOR:  Abrir janela em linha de comandos --> correr código php do servidor 

-- CLENTE:  Abrir Browser;  URL  digitar  localhost/path/nomeficheiro.php

                        (correr o script clientchat.php)

               - cliente escrever a mensagem para o servidor e enviar

 msg

Irá aparecer mensagem do cliente na janela de linha de comandos 

 

SERVIDOR escrever mensagem para o cliente  (enter) e deverá aparecer no cliente Browser 

Escrever nova msg do Cliente para servidor

       

 

Enviar msg

Servidor: deverá aparecer a frase escrita pelo cliente (aguardar)

Servidor responde   “Sim! Adeus ”  (enter )   e é visualizada no Browser

EXEMPLO: CHAT do MISAEL

WebSockets com PHP usando biblioteca Ratchet - Criar Chat em Tempo Real 

https://www.youtube.com/watch?v=9DcpNEK_VL4&t=2s