Inserito il package listings ... e adesso ho la syntax highlight dei

[gapil.git] / network.tex

\chapter{Introduzione alla rete}
\label{cha:network}

In questo capitolo sarà fatta un'introduzione ai contetti generali che servono
come prerequisiti per capire la programmazione di rete ed esamineremo a grandi
linee i protocolli di rete e come questi sono organizzati e interagiscono.

In particolare, avendo assunto l'ottica di un'introduzione mirata alla
programmazione, ci concentreremo sul protocollo più diffuso che è quello che
sta alla base di internet, ed in particolare sulle parti più importanti ai
fini della programmazione. 


\section{Il modello client-server}
\label{sec:net_cliserv}.

La differenza principale fra un'applicazione di rete e un programma normale è
che quest'ultima per definizione concerne la comunicazione fra ``processi''
diversi (che in generale non girano neanche sulla stessa macchina). Questo già
prefigura un cambiamento completo rispetto all'ottica del ``programma''
monolitico all'interno del quale vengono eseguite tutte le istruzioni, e
presuppone un sistema operativo ``multitasking'' in grado di eseguire processi
diversi.

Il concetto fondamentale si basa la programmazione di rete sotto Linux (e
sotto Unix in generale) è il modello \textit{client-server} in cui un
programma di servizio, il \textit{server} riceve un connessione e risponde a
un programma di utilizzo, il \textit{client}, provvedendo a quest'ultimo un
definito insieme di servizi.

Esempi di questo modello sono il WEB, ftp, telnet, ssh e praticamente ogni
servizio che viene fornito tramite la rete, ma il modello è utilizzato in
generale anche per programmi che non fanno necessariamente uso della rete,
come il sistema a finestre.

Normalmente si dividono i server in due categorie principali,
\textit{concorrenti} e \textit{iterativi}, sulla base del loro comportamento.

Un server iterativo risponde alla richiesta inviando i dati e resta occupato
(non rispondendo ad ulteriori richieste) fintanto che non ha concluso la
richiesta. Una volta completata la richiesta il server diventa di nuovo
disponibile.

Un server concorrente al momento di trattare la richiesta crea un processo
figlio incaricato di fornire i servizi richiesti, per poi porsi in attesa di
ulteriori richieste. In questo modo più richieste possono essere soddisfatte
contemporaneamente, una volta che il processo figlio ha concluso il suo lavoro
viene terminato, mentre il server originale resta sempre attivo.


\subsection{Un primo esempio di client}
\label{sec:net_cli_sample}

Per evitare di rendere l'esposizione dei concetti generali puramente teorica
iniziamo con il mostrare un semplice esempio di client TCP.  In \nfig è
riportata la sezione principale del codice del nostro client elementare per il
servizio \textit{daytime}, un servizio standard che restituisce l'ora locale
della macchina a cui si effettua la richesta.

\begin{figure}[htbp]
  \footnotesize
  \begin{lstlisting}{}
#include <sys/types.h>   /* predefined types */
#include <unistd.h>      /* include unix standard library */
#include <arpa/inet.h>   /* IP addresses conversion utiliites */
#include <sys/socket.h>  /* socket library */
#include <stdio.h>       /* include standard I/O library */

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sock_fd;
    int i, nread;
    struct sockaddr_in serv_add;
    char buffer[MAXLINE];
     ...
    /* create socket */
    if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation error");
        return -1;
    }
    /* initialize address */
    memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
    serv_add.sin_family = AF_INET;                   /* address type is INET */
    serv_add.sin_port = htons(13);                   /* daytime post is 13 */
    /* build address using inet_pton */
    if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
        perror("Address creation error");
        return -1;
    }
    /* extablish connection */
    if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
        perror("Connection error");
        return -1;
    }
    /* read daytime from server */
    while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
        buffer[nread]=0;
        if (fputs(buffer, stdout) == EOF) {          /* write daytime */
            perror("fputs error");
            return -1;
        }
    }
    /* error on read */
    if (nread < 0) {
        perror("Read error");
        return -1;
    }
    /* normal exit */
    return 0;
}
  \end{lstlisting}
  \caption{Esempio di codice di un semplice client per il servizio daytime.}
  \label{fig:net_cli_code}
\end{figure}


Scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla programmazione di
rete, per questo motivo non ci dilungheremo nel trattare il significato dei
termini o il funzionamento delle varie funzioni utilizzate. Tutto questo sarà
esaminato in dettaglio nel seguito, per cui qui ci limiteremo a citarli senza
ulteriori spiegazioni.

Il listato completo del programma (che comprende il trattamento delle opzioni
e una funzione per stampare un messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella
sezione dei codici sorgente e può essere compilato su una qualunque macchina
linux.

Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}), si è omessa
tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
comando effettuata con le apposite routines illustrate in
\ref{cha:parameter_options}.

Il primo passo (\texttt{\small 14--18}è creare un \textit{socket} internet
(\texttt{AF\_INET}), di tipo TCP \texttt{SOCK\_STREAM}), la funzione ritorna
un descrittore, analogo a quello dei file, che viene usato per identificare il
socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
stampa un errore con la relativa routine e si esce.

Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire una apposita
struttura \texttt{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
zero, poi si setta il tipo di protocollo e la porta (usando la funzione
\texttt{htons} per convertire il formato dell'intero a quello usato nella
rete), infine si utilizza la funzione \texttt{inet\_pton} per convertire
l'indirizzo numerico passato dalla linea di comando.

Usando la funzione \texttt{connect} (\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a
stabilire la connessione con il server. Un valore negativo 

\subsection{Un primo esempio di server}
\label{sec:net_serv_sample}

Dopo aver visto il client facciamo vedere adesso anche il corrispettivo
server, in questo modo sarà possibile fare delle prove 

\begin{figure}[htbp]
  \begin{center}
    \begin{verbatim}


    \end{verbatim}
    \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
    \label{fig:net_serv_code}
  \end{center}
\end{figure}


\section{I protocolli di rete}
\label{sec:net_protocols}

Parlando di reti di computer si parla in genere di un insieme molto vasto ed
eterogeneo di mezzi di comunicazione che vanno dal cavo telefonico, alla fibra
ottica, alle comunicazioni via satellite; per rendere possibile la
comunicazione attraverso un così variegato insieme di mezzi sono stati
adottati una serie di protocolli, il più famoso dei quali, quello alla base
del funzionamento di internet, è il cosiddetto TCP/IP.

\subsection{Il modello ISO/OSI}
\label{sec:net_iso_osi}

Una caratteristica comune dei protocolli di rete è il loro essere strutturati
in livelli sovrapposti; in questo modo un livello superiore esegue richieste
al livello sottostante e da questo riceve responsi, mentre livelli uguali su
macchine diverse conversano tramite lo stesso protocollo. Questo modello di
funzionamento è stato stato standardizzato dalla \textit{International
  Standards Organization} (ISO) che ha preparato fin dal 1984 il Modello di
Riferimento \textit{Open Systems Interconnection} (OSI), strutturato in sette
livelli, secondo la tabella in \ntab.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \begin{tabular}{l c c l} 
    \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \\
    \hline
    Livello 7&\textit{Application} &\textsl{Applicazione}& \\ 
    Livello 6&\textit{Presentation} &\textsl{Presentazione}& \\ 
    Livello 5&\textit{Session} &\textsl{Sessione}& \\ 
    Livello 4&\textit{Transport} &\textsl{Trasporto}& \\ 
    Livello 3&\textit{Network} &\textsl{Rete}&   \\ 
    Livello 2&\textit{DataLink} &\textsl{Collegamento Dati}& \\
    Livello 1&\textit{Connection} &\textsl{Connessione Fisica}& \\
    \hline
\end{tabular}
\caption{I sette livelli del protocollo ISO/OSI.}
\label{tab:net_osilayers}
\end{table}

Il modello ISO/OSI è stato sviluppato corrispondentemente alla definizione
della serie di protocolli X.25 per la commutazione di pacchetto. Ma nonostante
il lavoro dettagliato di standardizzazione il modello si è rivelato
sostanzialmente troppo complesso e poco flessibile rispetto a quello,
precedente, su cui si basa TCP/IP che è diventato uno standard de facto;
quest'ultimo viene comunemente chiamato modello DoD (\textit{Department of
  Defense}), dato che fu sviluppato dall'agenzia ARPA per il Dipartimento
della Difesa Americano.

\subsection{Il modello DoD (TCP/IP)}
\label{sec:net_tcpip_overview}

Così come ISO/OSI anche TCP/IP è stato strutturato in livelli (riassunti in
\ntab); un confronto fra i due è riportato in \nfig dove viene evidenziata
anche la corrispondenza fra i rispettivi livelli (che comunque è
approssimativa) e su come essi vanno ad inserirsi all'interno del sistema
operativo rispetto alla divisione fra user space e kernel space spiegata in
\ref{sec:intro_unix_struct}.

\begin{table}[htb]
  \centering
  \begin{tabular}{l c c l} 
    \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \textbf{Esempi} \\
    \hline
    Livello 1&\textit{Application} &\textsl{Applicazione}& 
    Telnet, FTP, etc. \\ 
    Livello 2&\textit{Transport} &\textsl{Trasporto}& TCP, UDP \\ 
    Livello 3&\textit{Network} &\textsl{Rete}& IP, (ICMP, IGMP)  \\ 
    Livello 4&\textit{Link} &\textsl{Connessione}& 
    device driver \& scheda di interfaccia  \\
    \hline
\end{tabular}
\caption{I quattro livelli del protocollo TPC/IP.}
\label{tab:net_layers}
\end{table}


Come si può notare TCP/IP è più semplice del modello ISO/OSI e strutturato in
soli quattro livelli. Il suo nome deriva dai due principali protocolli che lo
compongono, il TCP \textit{Trasmission Control Protocol} e l'IP
\textit{Internet Protocol}. Le funzioni dei vari livelli sono le seguenti:

\begin{description}
\item \textbf{Applicazione} É relativo ai programmi di interfaccia utente, in
  genere questi vengono realizzati secondo il modello Client-Server (vedi
  \ref{sec:net_cliserv}.
\item \textbf{Trasporto} Fornisce la comunicazione tra le due stazioni
  terminali su cui girano gli applicativi, regola il flusso delle
  informazioni, e può fornire un trasporto affidabile, cioè con recupero
  errori. Il protocollo principale di questo livello è il TCP.
\item \textbf{Rete} Si occupa dello smistamento dei singoli pacchetti su una
  rete complessa e interconnessa, a questo stesso livello operano i protocolli
  per il reperimento delle informazioni necessarie allo smistamento, per lo
  scambio di messaggi di controllo e per il monitoraggio della rete. Il
  protocollo su cui si basa questo livello è IP (sia nella attuale versione,
  IPv4 che nella nuova IPv6).
\item \textbf{Connessione} È responsabile per l'interfacciamento al
  dispositivo elettronico che effettua la comunicazione fisica, gestendo
  l'invio e la ricezione dall'hardware dei pacchetti.
\end{description}


La comunicazione fra due stazioni avviene pertanto secondo le modalità
illustrate in \nfig. 

Le singole applicazioni si scambieranno i dati secondo un loro formato
specifico, implementando un protocollo di applicazione (esempi possono essere
HTTP, POP, telnet, SMTP, etc). 

Questi dati vengono inviati al livello di trasporto usando un'interfaccia
opportuna (i \textit{socket}, che esamineremo in dettaglio in seguito), i
quali li spezzerà in pacchetti di dimensione opportuna e li incapsulerà
all'interno del suo protocollo di trasporto aggiungendo ad ogni pacchetto le
informazioni necessarie alla gestione di quest'ultimo. Questo processo viene
svolto dirattamente nel kernel ad esempio dallo stack TCP nel caso il
protocollo di trasporto sia questo.

Una volta composto il pacchetto nel formato adatto al protocollo di trasporto
usato questo sarà passato al successivo livello, quello del collegamento che
si occupa di inserire le opportune informazioni per poter effettuare
l'instradamento nella rete ed il recapito alla destinazione finale. In genere
questo è il livello di IP (Internet Protocol), a cui vengono inseriti i numeri
IP che identificano i computer su internet.

L'ultimo passo è il trasferimento del pacchetto al driver della interfaccia di
trasmissione che si incarica di incapsularlo nel relativo protocollo di
trasmissione fisica usato dall'hardware usato per la comunicazione (ad esempio
ethernet per una scheda di rete).


\subsection{Criteri generali del design di TCP/IP}
\label{sec:net_tcpip_design}

La filosofia architetturale di TCP/IP è semplice: costruire una rete che
possa sopportare il carico in transito, ma permettere ai singoli nodi di
scartare pacchetti se il carico è temporaneamente eccessivo, o se risultano
errati o non recapitabili.

L'incarico di rendere il recapito pacchetti affidabile non spetta allo livello
di collegamento, ma ai livelli superiori. Pertanto il protocollo IP è per sua
natura inaffidabile, in quanto non è assicurata né una percentuale di
successo né un limite sui tempi di consegna dei pacchetti.

È il livello di trasporto che si deve occupare (qualora necessiti) del
controllo del flusso dei dati e del recupero degli errori; questo è realizzato
dal protocollo TCP. La sede principale di "intelligenza" della rete è pertanto
al livello di trasporto o superiore.

Infine le singole stazioni collegate alla rete non fungono soltanto da punti
terminali di comunicazione, ma possono anche assumere il ruolo di router, per
l'interscambio di pacchetti da una rete ad un'altra. Questo rende possibile la
flessibilità della rete che è in grado di adattarsi ai mutamenti delle
interconnessioni.

La caratteristica essenziale che rende tutto ciò possibile è la strutturazione
a livelli tramite l'incapsulamento. Ogni pacchetto di dati viene incapsulato
nel formato del livello successivo, fino al livello della connessione fisica.
In questo modo il pacchetto ricevuto ad un livello $n$ dalla stazione di
destinazione è esattamente lo stesso spedito dal livello $n$ dalla sorgente.
Questo rende facile il progettare il software facendo riferimento unicamente a
quanto necessario ad un singolo livello, con la confidenza che questo poi sarà
trattato uniformemente da tutti i nodi della rete.


\section{Il protocollo TCP/IP}
\label{sec:net_tpcip}

Come già affermato il protocollo TCP/IP è un insieme di protocolli diversi,
che operano su 4 livelli diversi. Per gli interessi della programmazione di
rete però sono importanti principalmente i due livelli centrali, e soprattutto
quello di trasporto, su cui è innestata l'interfaccia fra kernel space e user
space. 

Il livello 4 infatti è normalmente gestito dal kernel, e si accede ad esso
solo quando si vogliono fare applicazioni di sistema per il controllo della
rete (locale) a basso livello, un uso quindi molto specialistico. Il livello 1
invece dipende dalle singole applicazioni ed è di nuovo troppo specifico per
essere affrontato qui.

In questa sezione daremo una breve descrizione dei vari protocolli di TCP/IP,
ma ci concentreremo principalmente sul livello di trasposto e in particolare
sul protocollo TCP sia per il ruolo centrale che esso svolge nella maggior
parte delle applciazioni, sia per la sua complessità che necessita di maggiori
spiegazioni.

\subsection{Il quadro generale}

Benché si parli di TCP/IP questa famiglia di protocolli è composta anche da
altri membri. In \nfig si è riportato una figura di quadro che mostra un
panorama sull'intera famiglia, e di come i vari protocolli vengano usati dalle
applicazioni.

La figura è da fare  ...

I vari protocolli mostrati in figura sono i seguenti:

\begin{list}{}{}
\item \textsl{IPv4} \textit{Internet Protocol version 4}. È quello che
  comunemente si chiama IP. Ha origine negli anni '80 e da allora è la base su
  cui è cotriuta internet. Usa indirizzi a 32 bit e provvede la trasmissione
  dei pacchetti TCP, UDP, ICMP e IGMP.
\item \textsl{IPv6} \textit{Internet Protocol version 6}. È stato progettato a
  metà degli anni '90 per rimpiazzare IPv4. Ha indirizzi a 128 bit e effettua
  lo stesso servizio di trasporto di IPv4 per i pacchetti TCP, UDP e ICPMv6.
\item \textsl{TCP} \textit{Trasmission Control Protocol}. È un protocollo
  orientato alla connessione che provvede un trasporto affidabile e
  bidirezionale di un flusso di dati. I socket TCP sono esempi di
  \textit{stream socket}. Il protocollo ha cura di tutti gli aspetti del
  trasporto, come l'acknoweledgment, i timout, la ritrasmissione, etc. È usato
  dalla maggior parte delle applicazioni. Può essere usato sia con IPv4 che
  con IPv6.
\item \textsl{UDP} \textit{User Datagram Protocol}. È un protocollo senza
  connessione a pacchetti. I socket UDP sono esempi di \textit{datagram
    socket}. Contrariamente al TCP in protocollo non è affidabile e non c'è
  garanzia che i pacchetti raggiungano la loro destinazione, né sull'eventuale
  ordine di arrivo. Può essere usato sia con IPv4 che con IPv6.
\item \textsl{ICMP} \textit{Internet Control Message Protocol}. Gestisce gli
  errori e trasporta l'informazione di controllo fra stazioni remote e
  instradatori (\textit{router} e \textit{host}). I messaggi sono normalmente
  generati dal software del kernel che gestisce la comunicazione TCP/IP, anche
  se può venire usato direttamente da alcuni programmi come \texttt{ping}. A
  volte ci si riferisce ad esso come ICPMv4 per distinguerlo da ICMPv6.
\item \textsl{ICMP} \textit{Internet Group Management Protocol}. É un
  protocollo usato per il \textit{multicasting} (vedi
  \ref{sec:xxx_multicast}), che è opzionale in IPv4.
\item \textsl{ARP} \textit{Address Resolution Protocol}. È il protocollo che
  mappa un indirizzo IP in un indirizzo hardware (come un indirizzo
  internet). È usato in reti di tipo broadcast come ethernet, token ring o
  FDDI ma non serve in connessioni punto-punto.
\item \textsl{RARP} \textit{Reverse Address Resolution Protocol}. È il
  protocollo che mappa un indirizzo hardware in un indirizzo IP. Viene usato a
  volte per durante il boot per assegnare un indirizzo IP ad una macchina.
\item \textsl{ICMPv6} \textit{Internet Control Message Protocol, version 6}.
  Combina per IPv6 le funzionalità di ICMPv4, IGMP e ARP.
\item \textsl{NETLINK} \textit{Netlink}.
  Provvede l'interfaccia di accesso alla comunicazione a basso livello.
\end{list}

Gran parte delle applicazioni comunicano usando TCP o UDP, ed alcune si
rifanno ad IP (ed i suoi correlati ICMP e IGMP); benché sia TCP che UDP siano
basati su IP e sia possibile intervenire a questo livello con i \textit{raw
  socket} questa tecnica è molto meno diffusa e a parte applicazioni
particolari si preferisce sempre usare i servizi messi a disposizione dai due
protocolli precedenti.  Per questo motivo a parte alcuni brevi accenni su IP
in questa sezione ci concentreremo sul livello di trasporto.

\subsection{Internet Protocol (IP)}
\label{sec:net_ip}

Quando si parla di IP ci si riferisce in genere alla versione attualmente in
uso che è la versione 4 (e viene pertanto chiamato IPv4). Questa versione
venne standardizzata nel 1981 dall'RFC~719.

Internet protocol nasce per disaccoppiare le applicazioni della struttura
hardware delle reti di trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione
dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere
realizzato con le tecnologie più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.).
Il compito di IP è pertanto quello di trasmettere i pacchetti da un computer
all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
realizzato in IPv4 sono due:

\begin{itemize}
\item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due host
  identificati univocamente con un indirizzo a 32 bit che può appartenere ad
  una sola interfaccia di rete.
\item \textit{Best effort} viene assicurato il massimo impegno nella
  trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né sulla
  percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di dati.
\end{itemize}

Negli anni '90 la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4, per risolverne i
problemi si è perciò definita una nuova versione del protocollo, che (saltando
un numero) è diventata la versione 6. IPv6 nasce quindi come evoluzione di
IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono dimostrate valide,
eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre per mantenere il
protocollo il più snello e veloce possibile.

I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e si possono essere riassunti a
grandi linee nei seguenti punti:
\begin{itemize}
\item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
  supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
  nodi indirizzabili molto maggiore e una autoconfigurazione degli indirizzi
\item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
  si aggiungono agli usuali \textit{unycast} e \textit{multicast}
\item la semplificazione del formato della testata, eliminando o rendendo
  opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
  riprocessamento della stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
  dimensione dovuto ai nuovi indirizzi
\item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
  più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle dimensioni
  delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di nuove in
  futuro
\item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che permetta
  di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un trattamento
  speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni multimediali e/o
  ``real-time'')
\end{itemize}

Per maggiori dettagli riguardo al protocollo si può consultare
\ref{sec:appA_ip}.

 
\subsection{UDP: User Datagram Protocol)}
\label{sec:net_udp}

UDP è un protocollo di trasporto molto semplice, la sua descizione completa è
contenuta dell'RFC~768, ma in sostanza esso è una semplice interfaccia a IP dal
livello di trasporto. Quando un'applicazione usa UDP essa scrive un pacchetto
di dati (il cosiddetto \textit{datagram} che da il nome al protocollo) su un
socket, al pacchetto viene aggiunto un header molto semplice (per una
descrizione più accurata vedi \ref{sec:appA_udp}), e poi viene passato al
livello superiore (IPv4 o IPv6 che sia) che lo spedisce verso la destinazione.
Dato che né IPv4 né IPv6 garantiscono l'affidabilità niente assicura che il
pacchetto arrivi a destinazione, né che più pacchetti arrivino nello stesso
ordine in cui sono stati spediti.

Pertanto il problema principale che si affronta quando si usa UDP è la
mancanza di affidabilità, se si vuole essere sicuri che i pacchetti arrivino a
destinazione occorrerà provvedere con l'applicazione all'interno della quale
si dovrà inserire tutto quanto necessario a gestire la notifica di
ricevimento, la ritrasmissione, il timeout. 

Si tenga conto poi che in UDP niente garantisce che i pacchetti arrivino nello
stesso ordine in cui sono stati trasmessi, e può anche accadere che i
pacchetti vengano duplicati nella trasmissione, e non solo perduti. Di tutto
questo di nuovo deve tenere conto l'applicazione.

Un'altro aspetto di UDP è che se un pacchetto raggiunge correttamente la
destinazione esso viene passato all'applicazione ricevente in tutta la sua
lunghezza, la trasmissione avviene perciò per \textit{record} la cui lunghezza
viene anche essa trasmessa all'applicazione all'atto del ricevimento.

Infine UDP è un protocollo che opera senza connessione
(\textit{connectionless}) in quanto non è necessario stabilire nessun tipo di
relazione tra origine e destinazione dei pacchetti. Si hanno così situazioni
in cui un client può scrivere su uno stesso socket pacchetti destinati a
server diversi, o un server ricevere su un socket paccetti provenienti da
client diversi.  Il modo più semplice di immaginarsi il funzionamento di UDP è
quello della radio, in cui si può ``trasmettere a'' e ``ricevere da'' più
stazioni usando la stessa frequenza.

Nonostante gli evidenti svantaggi comportati dall'inaffidabilità UDP ha il
grande pregio della velocità che in certi casi è essenziale; inoltre si presta
bene per le applicazioni in cui la connessione non è necessaria e
costituirebbe solo un peso di prestazioni mentre una perdita di pacchetti può
essere tollerata, come quelle che usano il multicasting.

\subsection{TCP: Transport Control Protocol)}
\label{sec:net_tcp}

Il TCP è un protocollo molto complesso, definito nell'RFC~739 e completamente
diverso da UDP; alla base del suo design infatti non stanno semplicità e
velocità, ma la ricerca della massima affidabilità possibile nella
trasmissione dei dati.

La prima differenza con UDP è che TCP provvede sempre una conessione diretta
fra un client e un server, attraverso la quale essi possono comunicare; per
questo il paragone più appropriato per questo protocollo è quello del
collegamento telefonico, in quanto prima viene stabilita una connessione fra
due stazioni su cui poi viene effettuata una comunicazione diretta.

Caratteristica fondamentale di TCP è l'affidabilità; quando i dati vengono
inviati attraverso una connessione ne viene richiesto un ``ricevuto''
(il cosiddetto \textit{acknowlegment}), se questo non arriva essi verranno
ritrasmessi facendo un determinato numero di tentativi intervallati da un
periodo di tempo crescente, fintanto che la connessione sarà considerata
fallita o caduta la connessione (con un errore di \textit{time-out}), dopo un
periodo di tempo che dipende dall'implementazione e che può variare far i
quattro e i dieci minuti.

Inoltre per tenere conto delle diverse condizioni in cui può trovarsi la linea
di comunicazione TCP comprende anche un algoritmo di calcolo dinamico del
tempo di andata e ritorno dei pacchetti (il cosiddetto RTT, 
\textit{round-trip time}) fra un client e un server che lo rende in grado di
adattarsi alle condizioni della rete per non generare inutili ritrasmissioni o
cadere facilmente in timeout.

Inoltre TCP è in grado di preservare l'ordine dei dati assegnando un numero di
sequenza ad ogni byte che trasmette. Ad esempio se un'applicazione scrive 3000
bytes su un socket TCP, questi potranno essere spezzati dal protocollo in due
segmenti (le unità di dati passate da TCP a IP vengono chiamate
\textit{segment}) di 1500 bytes, di cui il primo conterrà il numero di
sequenza $1-1500$ e il secondo il numero $1501-3000$. In questo modo anche se
i segmenti arrivano a destinazione in un ordine diverso, o se alcuni arrivano
più volte a causa di ritrasmissioni dovute alla perdita dei ricevuto,
all'arrivo sarà comunque possibile riordinare i dati e scartare i duplicati.

Il protocollo provvede anche un controllo di flusso (\textit{flow control}),
cioè specifica sempre all'altro capo della trasmissione quanti dati può
ricevere tramite una \textit{advertised window} (letteralmente finestra
annunciata), che indica lo spazio disponibile nel buffer di ricezione,
cosicchè nella trasmissione non vengano inviati più dati di quelli che possono
essere ricevuti. 

Questa finestra cambia dinamicamente diminuendo con la ricezione dei dati dal
socket ed aumentando con la lettura di quest'ultimo da parte
dell'applicazione, se diventa nulla il buffer di ricezione è pieno e non
verranno accettati altri dati.  Si noti che UDP non provvede niente di tutto
ciò per cui nulla impedisce che vengano trasmessi pacchetti ad un rate che il
ricevitore non può sostenere.

Infine attraverso TCP la trasmissione è sempre bidirezionale (in inglese
\textit{full-duplex}), è cioè possibile sia trasmettere che ricevere allo
stesso tempo, il che poi comporta che quanto dicevamo a proposito del
controllo di flusso e della gestione della sequenzialità dei dati viene
effettuato per entrambe le direzioni di comunicazione.



\subsection{Creazione e terminazione della connessione TCP}

Per capire il funzionamento delle funzioni della interfaccia dei socket che
operano con TCP (come \texttt{connect}, \texttt{accept} e \texttt{close} che
vedremo più avanti) è fodamentale capire come funziona la creazione e la
conclusione di una connessione TCP.




\subsection{Le porte}