Sockets

Allgemein

• Ein Socket ist ein vom Betriebssystem bereitgestelltes Objekt, das als Kommunikationsendpunkt dient.
• Ein Programm verwendet Sockets, um Daten mit anderen Programmen auszutauschen.
• Das andere Programm kann sich dabei auf demselben Computer (Interprozesskommunikation) befinden oder auf einem anderen, über das Netzwerk erreichbaren Computer.
• Die Kommunikation über Sockets erfolgt in der Regel bidirektional (Senden und Empfangen).

Funktionsprinzip

• Sockets bilden eine plattformunabhängige Schnittstelle zwischen der Netzwerkprotokoll-Implementierung des Betriebssystems und der Anwendungssoftware.
• Ein Computerprogramm fordert einen Socket vom Betriebssystem an; dieses verwaltet alle benutzten Sockets und Verbindungsinformationen.

Multiplexing und das 5-Tupel

• Ein einzelner Server-Port kann tausende Verbindungen gleichzeitig bedienen.
• Das Betriebssystem unterscheidet die Pakete anhand des 5-Tupels: {Quell-IP, Quell-Port, Ziel-IP, Ziel-Port, Protokoll}.
• Solange ein Wert abweicht, wird das Paket einer eindeutigen Verbindung zugeordnet.

Internet-Sockets

• Man unterscheidet Stream-Sockets (kontinuierlicher Datenstrom, meist TCP) und Datagram-Sockets (geschlossene Nachrichten, meist UDP).
• Ein Socket repräsentiert die Verbindungsstelle durch Adressinformationen (IP und Port) sowohl der lokalen als auch der entfernten Seite.

Privilegierte Ports unter Unix/Linux

• Ports von 0 bis 1023 sind privilegiert; nur Prozesse mit Root-Rechten dürfen diese binden.
• Dies verhindert, dass unbefugte Benutzer Standard-Dienste (wie SSH oder HTTP) fälschen.

Server-Logik

• Ein Server wartet auf Anfragen; bei Erfolg wird die Verbindung oft geklont (Forking), damit der Haupt-Socket weiter auf neue Anfragen warten kann.
• Der geklonte Prozess bedient nur diesen einen Client, bis die Verbindung beendet wird.

Ephemeral Ports und TIME_WAIT

• Clients nutzen zufällige, kurzlebige Ports (Ephemeral Ports) für ausgehende Verbindungen.
• Nach dem Schließen verbleibt ein Socket oft kurz im Zustand TIME_WAIT, um verspätete Pakete der alten Verbindung abzufangen.

TCP Status

• listening: Der Server wartet auf eingehende Anfragen; der Socket ist noch nicht fest verbunden.
• connected: Eine konkrete Instanz einer Verbindung; ein Client wird aktiv bedient.

Die drei Arten von Sockets

TCP Sockets

• Kombination aus IP-Adresse und Port, einem Service fest zugewiesen.
• Nutzt eine etablierte Verbindung (Aufbau/Abbau).

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• Beispiel: tcp 192.168.4.1:80 LISTEN httpd

UDP Sockets

• Kombination aus IP-Adresse und Port, verbindungslos.

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• Beispiel: udp 0.0.0.0:5353 avahi-daemon (0.0.0.0 bedeutet Bindung an alle lokalen IPs).

UNIX Sockets

• Kommunikation lokaler Prozesse über eine spezielle Datei im Dateisystem.
• Unterstützt sowohl "stream" als auch "datagram".

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• Beispiel: unix LISTENING /run/snapd.socket
• Dateityp prüfen: ls -l /run/snapd.socket (Kennung 's' am Anfang: srw-rw-rw-).

Verbindung

• Server ist im Listen Modus und hat einen festen Port
• Client kennt der Port und bekommt von OS einen beliebigen Port zugewiesen.
• Daraus leitet der Client den 3 Wege Handshake ein.
• Danach gilt die Verbindung als etabliert.
• Ihre Eindeutigkeit wird bestimmt durch die die Kombiantion von
  • Client-IP
  • Client-Port
  • Server-IP
  • Server-Port
  • Protokoll: TCP oder UDP

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