Introducción a las tecnologías web:
El protocolo HTTP

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1. Repaso del Modelo TCP/IP
2. Modelo Cliente/Servidor
3. Sockets y Protocolos
4. Protocolo HTTP
5. Referencias

Modelo TCP/IP

Basado en cuatro capas
Cada capa representa un nivel de abstracción

Cada capa se comunica con su homóloga en otro nodo distinto, utilizando un protocolo como lenguaje.

La capa de enlace de datos proporciona una vía de transmisión de paquetes de datos entre dos nodos enlazados directamente

La capa de red gestiona el envío de mensajes a través de múltiples nodos intermedios.
Cada nodo está identificado mediante una dirección IP

Las capas de red de los nodos intervinientes enrutan los paquetes desde el origen hasta el destino

La capa de transporte se encarga de la transmisión sin errores desde origen a destino.
Segmentación en paquetes, recepción en orden correcto...

Capa de transporte

La capa de transporte permite varios canales de comunicación entre nodos.

Cada canal está identificado por un número de puerto.

Existen puertos TCP y puertos UDP.

Ejemplo

Puertos TCP/UDP más comunes

• Puerto 20: FTP (transmisión de archivos).
• Puerto 22: SSH (transmisión de archivos segura).
• Puerto 25: SMTP (envío de correo).
• Puerto 80: HTTP (web).
• Puerto 110: POP3 (recepción correo).
• Puerto 143: IMAP (recepción correo).
• Puerto 443: HTTPS (web segura).

Ver: List of TCP and UDP port numbers (Wikipedia)

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5. Referencias

Modelo cliente/servidor

Supongamos que dos nodos quieren conectarse para intercambiar información

¿Cómo y cuándo se establece esta conexión?

En el modelo cliente/servidor cada nodo adquiere un rol:

• El servidor permanece conectado a la espera de información que llegue por un determinado puerto.
  Se dice que el servidor escucha en dicho puerto.
• El cliente inicia la comunicación enviando información al servidor.

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3. Sockets y Protocolos
4. Protocolo HTTP
5. Referencias

Sockets

El sistema operativo proporciona un mecanismo de acceso a la capa de transporte.

Este mecanismo se basa en el uso de sockets.

Supongamos que un servidor está escuchando en un determinado puerto y que un cliente se conecta al mismo:

Esto crea un canal de comunicación bidireccional entre cliente y servidor.

Cada socket tiene asociados dos flujos:

• Flujo de entrada (input stream)
  La información que llegue desde el otro extremo se lee a través de este flujo.
• Flujo de salida (output stream)
  Todo lo que se escriba en este flujo es enviado al otro extremo.

Ejemplo: servidor calculadora

Implementamos en Java un sencillo servidor que realiza la suma de dos números.

El cliente envía al servidor una cadena de texto con dos números enteros.

El servidor responde con la suma de dichos números.

Implementación del servidor

public class ArithServer {
    // Número de puerto
    private static final int PORT_NUMBER = 5432;

    public static void main(String... args) {
        try {
            ServerSocket server = new ServerSocket(PORT_NUMBER);
            Socket s = server.accept();
            servePetition(s); // Implementado más adelante
        } catch (IOException e) {
            ...
        }
    }

    private static void servePetition(Socket s) { ... }
}

El objeto de la clase Socket es el que permite acceder a los flujos de entrada y salida del socket:

public InputStream getInputStream();
public OutputStream getOutputStream();

private static void servePetition(Socket socket) {
  try (
      Scanner sc = new Scanner(socket.getInputStream());
      PrintWriter out =
        new PrintWriter(
          new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())
        )) {
    // Leer sumandos a partir del flujo de entrada
    int sum1 = sc.nextInt();
    int sum2 = sc.nextInt();

    // Escribir en el flujo de salida
    out.println(sum1 + sum2);
  } catch (IOException e) { ... }
}

Más información: Java try-with-resources

Implementación del cliente

public static void main(String... args) {
  try {
    Socket s = new Socket("localhost", PORT_NUMBER);

    // Enviar información al servidor y recibir respuesta
    int res = add(s, 21, 45);

    System.out.println("21 + 45 = " + res);
  } catch (IOException e) {
    System.err.println("Error de conexión: " + e.getMessage());
  }
}

private static int add(Socket s, int n1, int n2) {
  try (PrintWriter out = new PrintWriter(
          new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
       Scanner sc = new Scanner(s.getInputStream())) {
    // Enviar sumandos al servidor
    out.print(n1);
    out.print(" ");
    out.println(n2);
    out.flush();
    // Recibir resultado
    return sc.nextInt();
  } catch (IOException e) {
    System.err.println("Error de E/S: " + e.getMessage());
    return -1;
  }
}

Para ejecutar este ejemplo:

• Ejecutamos método main() del servidor.
• Ejecutamos método main() del cliente, obteniendo como salida:

  21 + 45 = 66

• Tras esto, tanto el cliente como el servidor finalizan.

ServerSocket server = new ServerSocket(PORT_NUMBER);
while (true) {
    Socket s = server.accept();
    servePetition(s);
}

Extensión del servidor

Modificamos el servidor para que pueda realizar otro tipo de operaciones aritméticas.

El servidor recibirá mensajes de la forma:

• ADD n1 n2
• SUB n1 n2
• MUL n1 n2
• DIV n1 n2
• SQRT n1

Ejemplos

Código del servidor

private static void servePetition(Socket socket) {
  try (Scanner sc = new Scanner(socket.getInputStream());
       PrintWriter out = new PrintWriter(
          new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())
        )) {
    String op = sc.next();
    switch (op) {
      case "ADD"  : serveAddition(sc, out);       break;
      case "SUB"  : serveSubstraction(sc, out);   break;
      case "MUL"  : serveMultiplication(sc, out); break;
      case "DIV"  : serveDivision(sc, out);       break;
      case "SQRT" : serveSquareRoot(sc, out);     break;
      default     : out.println("ERROR");
    }
  } catch (IOException e) {
    System.err.println("Error al obtener el flujo de entrada: " + e.getMessage());
  }
}

Ejemplo: división

private static void serveDivision(Scanner sc, PrintWriter out) {
  int n1 = sc.nextInt();
  int n2 = sc.nextInt();
  if (n2 != 0) {
    System.out.println("Dividiendo " + n1 + " entre " + n2);
    out.println((double)n1 / n2);
  } else {
    out.println("ERROR");
  }
}

Petición del cliente

public static void main(String... args) throws IOException {
    Socket s = new Socket("localhost", 5432);
    BufferedWriter bw = new BufferedWriter(
          new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));
    bw.write("MUL 4 12\n");
    bw.flush();
    BufferedReader br = new BufferedReader(
          new InputStreamReader(s.getInputStream()));
    System.out.println(br.readLine());
    bw.close();
    br.close();
}

48

Resumen: Comunicación con el servidor

Hemos implementado la capa de aplicación de la calculadora.

Experimento

public static void main(String... args) throws IOException {
  Socket s = new Socket("informatica.ucm.es", 80);
  PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream()));

  // Petición
  pw.println("GET / HTTP/1.0");
  pw.println("Host: informatica.ucm.es\n");
  pw.flush();

  // Respuesta
  Scanner sc = new Scanner(s.getInputStream());
  while (sc.hasNextLine()) {
    System.out.println(sc.nextLine());
  }
}

HTTP/1.1 200 OK
Date: Wed, 10 Aug 2016 16:40:14 GMT
Server: Apache
Expires: Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT
Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0,
               pre-check=0
Pragma: no-cache
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Set-Cookie: ucmweb=7rbkr7h03pld7rkugaod7u28a6; path=/;
            domain=ucm.es
Connection: close

<!DOCTYPE html>
<html lang="es">
<head>
	<title>Facultad de Informática. Universidad Complutense de
  ...

Aplicaciones Web

Las aplicaciones web también utilizan el modelo cliente-servidor:

• Cliente: Navegador web.
  Firefox, Chrome, Opera, etc.
• Servidor: Servidor web.
  Apache HTTP server, Tomcat, Nginx, etc.
• Protocolo: HTTP

1. Repaso del Modelo TCP/IP
2. Modelo Cliente/Servidor
3. Sockets y Protocolos
4. Protocolo HTTP
5. Referencias

Esquema general

Estructura de una petición HTTP

Línea de petición

Tiene el siguiente formato:

[método] [recurso] [versión_HTTP]
              

• [método]: Acción a realizar (GET, POST, HEAD, PUT, ...)
• [recurso]: Nombre del recurso (URI) sobre el que se accederá.
• [versión_HTTP]: HTTP/1.0 o HTTP/1.1.

Ejemplo:

GET /index.html HTTP/1.1
              

Algunos métodos disponibles

• GET: Obtener un recurso del servidor.
• HEAD: Igual que GET, pero el servidor no devolverá el recurso; sólo las cabeceras de la respuesta.
• POST: Enviar información al servidor.
• PUT: Guardar información en el servidor.
• DELETE: Eliminar información del servidor.
• OPTIONS: Obtener la lista de métodos soportados por el servidor.

Recursos HTTP

[método] [recurso] [versión_HTTP]
              

El nombre de recurso tiene la aparencia de un nombre de fichero, pero no tiene por qué corresponder con un fichero físico almacenado en el servidor

Un servidor web puede hace corresponder las URIs con llamadas a programas (por ejemplo, servlets), accesos a recursos físicos almacenados con un nombre distinto, etc.

Cabeceras en una petición

Especifican información adicional en una petición

Algunos ejemplos de cabeceras

• Host: www.ucm.es
  Obligatorio en HTTP/1.1. Indica el servidor virtual al que acceder.
• Accept: text/html, image/gif, */*
  Tipos de contenido (MIME types) que se espera recibir (Lista de tipos MIME)
• Accept-Language: en-US
  Idioma(s) en los que se espera recibir el recurso (Idiomas y Regiones)
• Accept-Charset: UTF-8
Accept-Encoding: x-gzip
  Codificación de caracteres.

Algunos ejemplos de cabeceras

• User-Agent: Mozilla/5.0 ...
  Navegador o cliente que envía la petición.
• Content-Type: text/html
  En peticiones POST, indica el tipo de contenido que se adjunta en el cuerpo de la petición.
• Authorization: Basic bWFudWVsOm1hbnVlbA==
  Nombre de usuario y contraseña (para acceso a recursos protegidos por contraseña).
• If-Modified-Since: Fri, 26 Feb 2016 03:09:05 GMT
  Indica al servidor que sólo devuelva el recurso si ha sido modificado después de la fecha dada.

Estructura de una respuesta HTTP

Línea de estado

Indica la versión del protocolo HTTP utilizada, un código de estado y un texto con la descripción dicho código.

Códigos de estado

• 200 OK: Petición recibida y servida con éxito.
• 3xx: Redirección: el recurso ha cambiado de dirección.
  • 301 Move Permanently
  • 302 Move Temporarily
  • 304 Not modified

En los códigos 301 y 302 se indica en la cabecera de la respuesta la nueva dirección del recurso. El código 304 se devuelve en el caso en el que el cliente haya incluido If-Modified-Since y el recurso no haya cambiado desde la fecha indicada.

Códigos de estado

• 4xx: Errores atribuibles al cliente.
• 400 Bad Request: Petición incorrecta.
• 401 Authentication Required: Se requiere identificación (nombre y contraseña).
• 403 Forbidden: Identificación incorrecta.
• 404 Not Found: Recurso no encontrado en el servidor.
• 405 Method not Allowed: Acción (GET, POST, etc.) no permitida.
• 5xx: Errores atribuibles al servidor.
• 500 Internal Server Error
• 503 Service Unavailable

Cuerpo de la respuesta

Tal y como indica la cabecera Content-Type: text/html, el cuerpo de la respuesta contiene un texto en formato HTML que define la estructura de la página web recuperada.

Visualizar código HTML en Firefox y Chrome

• Botón derecho → Ver código fuente, o bien,
• Ctrl+U

Observar cabeceras HTTP en Firefox

Observar cabeceras HTTP en Chrome

1. Repaso del Modelo TCP/IP
2. Modelo Cliente/Servidor
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4. Protocolo HTTP
5. Referencias

Referencias

• Wikipedia - Internet Protocol Suite
  https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite
• An Introduction to HTTP Basics
  https://www.ntu.edu.sg/home/ehchua/
  programming/webprogramming/HTTP_Basics.html