-\chapter{Socket TCP elementari}
-\label{cha:elem_TCP_sock}
+%% elemtcp.tex
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+%% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the
+%% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
+%% License".
+%%
+\chapter{Socket TCP}
+\label{cha:TCP_socket}
+
+In questo capitolo iniziamo ad approfondire la conoscenza dei socket TCP,
+iniziando con una descrizione delle principali caratteristiche del
+funzionamento di una connessione TCP. Tratteremo poi le varie funzioni che
+servono alla creazione di una connessione fra un server elementare ed il suo
+client, fornendo poi alcuni esempi di applicazione elementare.
-In questo capitolo inizieremo ad approndire la conoscenza dei socket TCP,
-tratteremo qui dunque il funzionamento delle varie funzioni che si sono usate
-nei due esempi elementari forniti in precedenza (vedi
-\secref{sec:net_cli_sample} e \secref{sec:net_serv_sample}), previa una
-descrizione delle principali caratteristiche del funzionamento di una
-connessione TCP.
-La seconda parte del capitolo sarà poi dedicata alla scrittura di una prima
-semplice applicazione client/server completa, che implementi il servizio
-standard \texttt{echo} su TCP.
\section{Il funzionamento di una connessione TCP}
-\label{sec:TCPel_connession}
+\label{sec:TCP_connession}
-Prima di entrare nei dettagli delle funzioni usate nelle applicazioni che
-utilizzano i socket TCP, è fondamentale spiegare alcune basi del funzionamento
-del TCP, la conoscenza del funzionamento del protocollo è infatti essenziale
-per capire il modello di programmazione ed il funzionamento delle API.
+Prima di entrare nei dettagli delle singole funzioni usate nelle applicazioni
+che utilizzano i socket TCP, è fondamentale spiegare alcune delle basi del
+funzionamento del protocollo, poiché questa conoscenza è essenziale per
+comprendere il comportamento di dette funzioni per questo tipo di socket, ed
+il relativo modello di programmazione.
-In particolare ci concentreremo sulle modalità con le quali il protocollo da
-inizio e conclude una connessione; faremo anche un breve accenno al
-significato di alcuni dei vari stati che il protocollo assume durante la vita
-di una connessione, che possono essere osservati per ciascun socket attivo con
-l'uso del programma \texttt{netstat}.
+Si ricordi che il protocollo TCP serve a creare degli \textit{stream socket},
+cioè una forma di canale di comunicazione che stabilisce una connessione
+stabile fra due stazioni, in modo che queste possano scambiarsi dei dati. In
+questa sezione ci concentreremo sulle modalità con le quali il protocollo dà
+inizio e conclude una connessione e faremo inoltre un breve accenno al
+significato di alcuni dei vari \textsl{stati} ad essa associati.
-\subsection{La creazione della connessione: il \textit{three way handushake}}
-\label{sec:TCPel_conn_cre}
+\subsection{La creazione della connessione: il \textit{three way handshake}}
+\label{sec:TCP_conn_cre}
Il processo che porta a creare una connessione TCP è chiamato \textit{three
- way handushake}; la successione tipica degli eventi (la stessa che si
-verifica utilizzando il codice dei due precedenti esempi elementari
-\figref{fig:net_cli_code} e \figref{fig:net_serv_code}) che porta alla
-creazione di una connessione è la seguente:
+ way handshake}; la successione tipica degli eventi (e dei
+\textsl{segmenti}\footnote{Si ricordi che il segmento è l'unità elementare di
+ dati trasmessa dal protocollo TCP al livello successivo; tutti i segmenti
+ hanno un header che contiene le informazioni che servono allo \textit{stack
+ TCP} (così viene di solito chiamata la parte del kernel che implementa il
+ protocollo) per realizzare la comunicazione, fra questi dati ci sono una
+ serie di flag usati per gestire la connessione, come SYN, ACK, URG, FIN,
+ alcuni di essi, come SYN (che sta per \textit{syncronize}) corrispondono a
+ funzioni particolari del protocollo e danno il nome al segmento, (per
+ maggiori dettagli vedere \secref{sec:tcp_protocol}).} di dati che vengono
+scambiati) che porta alla creazione di una connessione è la seguente:
\begin{enumerate}
\item Il server deve essere preparato per accettare le connessioni in arrivo;
il procedimento si chiama \textsl{apertura passiva} del socket (in inglese
- \textit{passive open}); questo viene fatto chiamando la sequenza di funzioni
- \texttt{socket}, \texttt{bind} e \texttt{listen}. Completata l'apertura
- passiva il server chiama la funzione \texttt{accept} e il processo si blocca
- in attesa di connessioni.
+ \textit{passive open}). Questo viene fatto chiamando la sequenza di funzioni
+ \func{socket}, \func{bind} e \func{listen}. Completata l'apertura passiva il
+ server chiama la funzione \func{accept} e il processo si blocca in attesa di
+ connessioni.
\item Il client richiede l'inizio della connessione usando la funzione
- \texttt{connect}, attraverso un procedimento che viene chiamato
+ \func{connect}, attraverso un procedimento che viene chiamato
\textsl{apertura attiva}, dall'inglese \textit{active open}. La chiamata di
- \texttt{connect} blocca il processo e causa l'invio da parte del client di
- un segmento \texttt{SYN}\footnote{Si ricordi che il segmento è l'unità
- elementare di dati trasmessa dal protocollo TCP al livello superiore;
- tutti i segmenti hanno un header che contiene le informazioni che servono
- allo \textit{stack TCP} (così viene di solito chiamata la parte del kernel
- che implementa il protocollo) per realizzare la comunicazione, fra questi
- dati ci sono una serie di flag usati per gestire la connessione, come
- \texttt{SYN}, \texttt{ACK}, \texttt{URG}, \texttt{FIN}, alcuni di essi,
- come \texttt{SYN} (che sta per \textit{sincronize}) corrispondono a
- funzioni particolari del protocollo e danno il nome al segmento, (per
- maggiori dettagli vedere \capref{cha:tcp_protocol})}, in sostanza viene
- inviato al server un pacchetto IP che contiene solo gli header IP e TCP (con
- il numero di sequenza iniziale e il flag \texttt{SYN}) e le opzioni di TCP.
+ \func{connect} blocca il processo e causa l'invio da parte del client di un
+ segmento SYN, in sostanza viene inviato al server un pacchetto IP che
+ contiene solo gli header IP e TCP (con il numero di sequenza iniziale e il
+ flag SYN) e le opzioni di TCP.
-\item il server deve dare ricevuto (l'\textit{acknowledge}) del \texttt{SYN}
- del client, inoltre anche il server deve inviare il suo \texttt{SYN} al
- client (e trasmettere il suo numero di sequenza iniziale) questo viene fatto
- ritrasmettendo un singolo segmento in cui entrambi i flag \texttt{SYN}
- \texttt{ACK} e sono settati.
+\item il server deve dare ricevuto (l'\textit{acknowledge}) del SYN del
+ client, inoltre anche il server deve inviare il suo SYN al client (e
+ trasmettere il suo numero di sequenza iniziale) questo viene fatto
+ ritrasmettendo un singolo segmento in cui sono impostati entrambi i flag SYN
+ ACK.
\item una volta che il client ha ricevuto l'acknowledge dal server la funzione
- \texttt{connect} ritorna, l'ultimo passo è dare dare il ricevuto del
- \texttt{SYN} del server inviando un \texttt{ACK}. Alla ricezione di
- quest'ultimo la funzione \texttt{accept} del server ritorna e la connessione
- è stabilita.
+ \func{connect} ritorna, l'ultimo passo è dare dare il ricevuto del SYN del
+ server inviando un ACK. Alla ricezione di quest'ultimo la funzione
+ \func{accept} del server ritorna e la connessione è stabilita.
\end{enumerate}
Il procedimento viene chiamato \textit{three way handshake} dato che per
-realizzarlo devono essere scambiati tre segmenti. In \nfig\ si è
-rappresentata graficamente la sequenza di scambio dei segmenti che stabilisce
-la connessione.
+realizzarlo devono essere scambiati tre segmenti. In \figref{fig:TCP_TWH}
+si è rappresentata graficamente la sequenza di scambio dei segmenti che
+stabilisce la connessione.
% Una analogia citata da R. Stevens per la connessione TCP è quella con il
% sistema del telefono. La funzione \texttt{socket} può essere considerata
\begin{figure}[htb]
\centering
-
- \caption{Il \textit{three way handshake} del TCP}
- \label{fig:TCPel_TWH}
+ \includegraphics[width=10cm]{img/three_way_handshake}
+ \caption{Il \textit{three way handshake} del TCP.}
+ \label{fig:TCP_TWH}
\end{figure}
Si è accennato in precedenza ai \textsl{numeri di sequenza} (che sono anche
-riportati in \curfig); per gestire una connessione affidabile infatti il
-protocollo TCP prevede nell'header la presenza di un numero a 32 bit (chiamato
-appunto \textit{sequence number}) che identifica a quale byte nella sequenza
-del flusso corrisponde il primo byte della sezione dati contenuta nel
-segmento.
+riportati in \figref{fig:TCP_TWH}); per gestire una connessione affidabile
+infatti il protocollo TCP prevede nell'header la presenza di un numero a 32
+bit (chiamato appunto \textit{sequence number}) che identifica a quale byte
+nella sequenza del flusso corrisponde il primo byte della sezione dati
+contenuta nel segmento.
Il numero di sequenza di ciascun segmento viene calcolato a partire da un
\textsl{numero di sequenza iniziale} generato in maniera casuale del kernel
all'inizio della connessione e trasmesso con il SYN; l'acknowledgement di
-ciascun segmento viene effettuato dall'altro capo della connessione settando
-il flag \texttt{ACK} e restituendo nell'apposito campo dell'header un
+ciascun segmento viene effettuato dall'altro capo della connessione impostando
+il flag ACK e restituendo nell'apposito campo dell'header un
\textit{acknowledge number}) pari al numero di sequenza che il ricevente si
aspetta di ricevere con il pacchetto successivo; dato che il primo pacchetto
SYN consuma un byte, nel \textit{three way handshake} il numero di acknowledge
è sempre pari al numero di sequenza iniziale incrementato di uno; lo stesso
-varrà anche (vedi \nfig) per l'acknowledgement di un FIN.
+varrà anche (vedi \figref{fig:TCP_close}) per l'acknowledgement di un FIN.
\subsection{Le opzioni TCP.}
-\label{sec:TCPel_TCP_opt}
+\label{sec:TCP_TCP_opt}
Ciascun segmento SYN contiene in genere delle opzioni per il protocollo TCP
(le cosiddette \textit{TCP options}, che vengono inserite fra l'header e i
regolare la connessione. Normalmente vengono usate le seguenti opzioni:
\begin{itemize}
-\item \textit{MSS option} Sta per \textit{maximum segment size}, con questa
- opzione ciascun capo della connessione annuncia all'altro il massimo
+\item \textit{MSS option}, dove MMS sta per \textit{maximum segment size}, con
+ questa opzione ciascun capo della connessione annuncia all'altro il massimo
ammontare di dati che vorrebbe accettare per ciascun segmento nella
- connesione corrente. È possibile leggere e scrivere questo valore attraverso
- l'opzione del socket \texttt{TCP\_MAXSEG}.
+ connessione corrente. È possibile leggere e scrivere questo valore
+ attraverso l'opzione del socket \const{TCP\_MAXSEG}.
-\item \textit{window scale option} come spiegato in \capref{cha:tcp_protocol} il
- protocollo TCP implementa il controllo di flusso attraverso una
+\item \textit{window scale option}, %come spiegato in \secref{sec:tcp_protocol}
+ il protocollo TCP implementa il controllo di flusso attraverso una
\textsl{finestra annunciata} (\textit{advertized window}) con la quale
ciascun capo della comunicazione dichiara quanto spazio disponibile ha in
- memoria per i dati. Questo è un numero a 16 bit dell'haeader, che così può
- indicare un massimo di 65535 bytes (anche se linux usa come massimo 32767
- per evitare problemi con alcuni stack bacati che usano l'aritmetica con
- segno per implementare lo stack TCP); ma alcuni tipi di connessione come
- quelle ad alta velocità (sopra i 45Mbits/sec) e quelle che hanno grandi
+ memoria per i dati. Questo è un numero a 16 bit dell'header, che così può
+ indicare un massimo di 65535 byte;\footnote{ Linux usa come massimo 32767
+ per evitare problemi con alcune implementazioni che usano l'aritmetica con
+ segno per implementare lo stack TCP.} ma alcuni tipi di connessione come
+ quelle ad alta velocità (sopra i 45Mbit/sec) e quelle che hanno grandi
ritardi nel cammino dei pacchetti (come i satelliti) richiedono una finestra
più grande per poter ottenere il massimo dalla trasmissione, per questo
esiste questa opzione che indica un fattore di scala da applicare al valore
la compatibilità con delle vecchie implementazioni del protocollo la
procedura che la attiva prevede come negoziazione che l'altro capo della
connessione riconosca esplicitamente l'opzione inserendola anche lui nel
- suo SYN di risposta dell'apertura della connessione} per la connessione
- corrente (espresso come numero di bit cui shiftare a sinistra il valore
+ suo SYN di risposta dell'apertura della connessione.} per la connessione
+ corrente (espresso come numero di bit cui spostare a sinistra il valore
della finestra annunciata inserito nel pacchetto).
-\item \textit{timestamp option} è anche questa una nuova opzione necessaria
+\item \textit{timestamp option}, è anche questa una nuova opzione necessaria
per le connessioni ad alta velocità per evitare possibili corruzioni di dati
dovute a pacchetti perduti che riappaiono; anche questa viene negoziata come
la precedente.
\end{itemize}
La MSS è generalmente supportata da quasi tutte le implementazioni del
-protocollo, le ultime due opzioni (trattate nell'RFC 1323) sono meno comuni;
+protocollo, le ultime due opzioni (trattate
+nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1323.txt}{RFC~1323}) sono meno comuni;
vengono anche dette \textit{long fat pipe options} dato che questo è il nome
che viene dato alle connessioni caratterizzate da alta velocità o da ritardi
-elevati. In ogni caso linux supporta pienamente entrambe le opzioni.
+elevati. In ogni caso Linux supporta pienamente entrambe le opzioni.
\subsection{La terminazione della connessione}
-\label{sec:TCPel_conn_term}
+\label{sec:TCP_conn_term}
Mentre per creare una connessione occorre un interscambio di tre segmenti, la
-procedura di chiusura ne richede quattro; ancora una volta si può fare
-riferimento al codice degli esempi \figref{fig:net_cli_code} e
-\figref{fig:net_serv_code}, in questo caso la successione degli eventi è la
-seguente:
+procedura di chiusura ne richiede quattro; ancora una volta si può fare
+riferimento al codice degli esempi \figref{fig:TCP_daytime_client_code} e
+\figref{fig:TCP_daytime_iter_server_code}, in questo caso la successione degli
+eventi è la seguente:
\begin{enumerate}
-\item Un processo ad uno dei due capi chiama la funzione \texttt{close}, dando
- l'avvio a quella che viene chiamata \textsl{chiusura attiva} (da
+\item Un processo ad uno dei due capi chiama la funzione \func{close}, dando
+ l'avvio a quella che viene chiamata \textsl{chiusura attiva} (o
\textit{active close}). Questo comporta l'emissione di un segmento FIN, che
significa che si è finito con l'invio dei dati sulla connessione.
\item L'altro capo della connessione riceve il FIN ed esegue la
- \textit{chiusura passiva} (da \textit{passive close}); al FIN, come per
- tutti i pacchetti, viene risposto con un ACK. Inoltre il ricevimento del FIN
- viene passato al processo che ha aperto il socket come un end of file sulla
- lettura (dopo che ogni altro eventuale dato rimasto in coda è stato
- ricevuto), dato che il ricevimento di un FIN significa che non si
+ \textsl{chiusura passiva} (o \textit{passive close}); al FIN, come ad ogni
+ altro pacchetto, viene risposto con un ACK. Inoltre il ricevimento del FIN
+ viene segnalato al processo che ha aperto il socket (dopo che ogni altro
+ eventuale dato rimasto in coda è stato ricevuto) come un end-of-file sulla
+ lettura, questo perché il ricevimento di un FIN significa che non si
riceveranno altri dati sulla connessione.
\item Dopo un certo tempo anche il secondo processo chiamerà la funzione
- \texttt{close} sul proprio socket, causando l'emissione di un altro segmento
+ \func{close} sul proprio socket, causando l'emissione di un altro segmento
FIN.
\item L'altro capo della connessione riceverà il FIN conclusivo e risponderà
con un ACK.
\end{enumerate}
-
Dato che in questo caso sono richiesti un FIN ed un ACK per ciascuna direzione
-normalmente i segmenti scambiati sono quattro; normalmente giacché in alcune
-sitazioni il FIN del passo 1) è inviato insieme a dei dati. Comunque non è
-detto, anche se è possibile, che i segmenti inviati nei passi 2 e 3, siano
-accorpati in un singolo segmento. In \nfig\ si è rappresentato graficamente lo
-sequenza di scambio dei segmenti che stabilisce la connessione.
+normalmente i segmenti scambiati sono quattro. Questo non è vero sempre
+giacché in alcune situazioni il FIN del passo 1) è inviato insieme a dei dati.
+Inoltre è possibile che i segmenti inviati nei passi 2 e 3 dal capo che
+effettua la chiusura passiva, siano accorpati in un singolo segmento. In
+\figref{fig:TCP_close} si è rappresentato graficamente lo sequenza di
+scambio dei segmenti che conclude la connessione.
\begin{figure}[htb]
- \centering
-
- \caption{Il \textit{three way handshake} del TCP}
- \label{fig:TCPel_TWH}
+ \centering
+ \includegraphics[width=10cm]{img/tcp_close}
+ \caption{La chiusura di una connessione TCP.}
+ \label{fig:TCP_close}
\end{figure}
Come per il SYN anche il FIN occupa un byte nel numero di sequenza, per cui
l'ACK riporterà un \textit{acknowledge number} incrementato di uno.
-Si noti che nella sequenza di chiusura fra i passi 2 e 3 è in teoria possibile
-che si mantenga un flusso di dati dal capo della connessione che sta eseguendo
-la chiusura passiva a quello che sta eseguendo la chiusura attiva. Nella
-sequenza indicata i dati verrebbero persi, dato che si è chiuso il socket, ma
-esistono situazione in cui si vuole che avvenga proprio questo, che è chiamato
-\textit{half-close}, per cui torneremo su questo aspetto e su come utilizzarlo
-più avanti, quando parleremo della funzione \texttt{shutdown}.
+Si noti che, nella sequenza di chiusura, fra i passi 2 e 3, è in teoria
+possibile che si mantenga un flusso di dati dal capo della connessione che
+deve ancora eseguire la chiusura passiva a quello che sta eseguendo la
+chiusura attiva. Nella sequenza indicata i dati verrebbero persi, dato che si
+è chiuso il socket dal lato che esegue la chiusura attiva; esistono tuttavia
+situazioni in cui si vuole poter sfruttare questa possibilità, usando una
+procedura che è chiamata \textit{half-close}; torneremo su questo aspetto e su
+come utilizzarlo in \secref{xxx_shutdown}, quando parleremo della funzione
+\func{shutdown}.
La emissione del FIN avviene quando il socket viene chiuso, questo però non
-avviene solo per la chiamata della funzione \texttt{close} (come in
-\figref{fig:net_serv_code}), ma anche alla terminazione di un processo (come
-in \figref{fig:net_cli_code}). Questo vuol dire ad esempio che se un processo
-viene terminato da un segnale tutte le connessioni aperte verranno chiuse.
-
-Infine è da sottolineare che, benché nella figura (e nell'esempio che vedremo
-in \secref{sec:TCPel_echo_example}) sia il client ad eseguire la chiusura
-attiva, nella realtà questa può essere eseguita da uno qualunque dei due capi
-della comunicazione (come in fatto in precedenza da
-\figref{fig:net_serv_code}), e benché quello del client sia il caso più comune
-ci sono alcuni servizi, il principale dei quali è l'HTTP, per i quali è il
-server ad effettuare la chiusura attiva.
+avviene solo per la chiamata esplicita della funzione \func{close}, ma anche
+alla terminazione di un processo, quando tutti i file vengono chiusi. Questo
+comporta ad esempio che se un processo viene terminato da un segnale tutte le
+connessioni aperte verranno chiuse.
+
+Infine occorre sottolineare che, benché nella figura (e nell'esempio che
+vedremo più avanti in \secref{sec:TCPsimp_echo}) sia stato il client ad
+eseguire la chiusura attiva, nella realtà questa può essere eseguita da uno
+qualunque dei due capi della comunicazione (come nell'esempio di
+\figref{fig:TCP_daytime_iter_server_code}), e anche se il caso più comune
+resta quello del client, ci sono alcuni servizi, il principale dei quali è
+l'HTTP, per i quali è il server ad effettuare la chiusura attiva.
+
\subsection{Un esempio di connessione}
-\label{sec:TCPel_conn_dia}
-
-Le operazioni del TCP nella creazione e conclusione di una connessione sono
-specificate attraverso il diagramma di transizione degli stati riportato in
-\nfig. TCP prevede l'esistenza di 11 diversi stati per un socket ed un insieme
-di regole per le transizioni da uno stato all'altro basate sullo stato
-corrente e sul tipo di segmento ricevuto; i nomi degli stati sono gli stessi
-che vengono riportati del comando \texttt{netstat} nel campo \textit{State}.
-
-Una descrizione completa del funzionamento del protocollo va al di là degli
-obiettivi di questo libro; un approfondimento sugli aspetti principali si
-trova in \capref{cha:tcp_protocol}, ma per una trattazione esauriente il miglior
-riferimento resta (FIXME citare lo Stevens); qui ci limiteremo a descrivere
-brevemente un semplice esempio di connessione e le transizioni che avvengono
-nei due casi appena citati (creazione e terminazione della connessione).
+\label{sec:TCP_conn_dia}
+
+Come abbiamo visto le operazioni del TCP nella creazione e conclusione di una
+connessione sono piuttosto complesse, ed abbiamo esaminato soltanto quelle
+relative ad un andamento normale. In \secref{sec:TCP_states} vedremo con
+maggiori dettagli che una connessione può assumere vari stati, che ne
+caratterizzano il funzionamento, e che sono quelli che vengono riportati dal
+comando \cmd{netstat}, per ciascun socket TCP aperto, nel campo
+\textit{State}.
+
+Non possiamo affrontare qui una descrizione completa del funzionamento del
+protocollo; un approfondimento sugli aspetti principali si trova in
+\secref{sec:tcp_protocol}, ma per una trattazione completa il miglior
+riferimento resta \cite{TCPIll1}. Qui ci limiteremo a descrivere brevemente un
+semplice esempio di connessione e le transizioni che avvengono nei due casi
+appena citati (creazione e terminazione della connessione).
In assenza di connessione lo stato del TCP è \texttt{CLOSED}; quando una
applicazione esegue una apertura attiva il TCP emette un SYN e lo stato
stato \texttt{LISTEN} in cui vengono accettate le connessioni.
Dallo stato \texttt{ESTABLISHED} si può uscire in due modi; se un'applicazione
-chiama la \texttt{close} prima di aver ricevuto un end of file (chiusura
-attiva) la transizione è verso lo stato \texttt{FIN\_WAIT\_1}; se invece
-l'applicazione riceve un FIN nello stato \texttt{ESTABLISHED} (chiusura
-passiva) la transizione è verso lo stato \texttt{CLOSE\_WAIT}.
+chiama la funzione \texttt{close} prima di aver ricevuto un
+\textit{end-of-file} (chiusura attiva) la transizione è verso lo stato
+\texttt{FIN\_WAIT\_1}; se invece l'applicazione riceve un FIN nello stato
+\texttt{ESTABLISHED} (chiusura passiva) la transizione è verso lo stato
+\texttt{CLOSE\_WAIT}.
-In \nfig\ è riportato lo schema dello scambio dei pacchetti che avviene per
-una un esempio di connessione, insieme ai vari stati che il protocollo viene
-ad assumere per i due lati, server e client.
+In \figref{fig:TCP_conn_example} è riportato lo schema dello scambio dei
+pacchetti che avviene per una un esempio di connessione, insieme ai vari stati
+che il protocollo viene ad assumere per i due lati, server e client.
\begin{figure}[htb]
\centering
-
- \caption{Schema dello scambio di pacchetti per un esempio di connessione}
- \label{fig:TPCel_conn_example}
+ \includegraphics[width=9cm]{img/tcp_connection}
+ \caption{Schema dello scambio di pacchetti per un esempio di connessione.}
+ \label{fig:TCP_conn_example}
\end{figure}
-La connessione viene iniziata dal client che annuncia un MSS di 1460 (un
-valore tipico per IPv4 su ethernet) con linux, il server risponde con lo
-stesso valore (ma potrebbe essere anche un valore diverso).
+La connessione viene iniziata dal client che annuncia un MSS di 1460, un
+valore tipico con Linux per IPv4 su Ethernet, il server risponde con lo stesso
+valore (ma potrebbe essere anche un valore diverso).
Una volta che la connessione è stabilita il client scrive al server una
richiesta (che assumiamo stare in un singolo segmento, cioè essere minore dei
-1460 bytes annunciati dal server), quest'ultimo riceve la richiesta e
+1460 byte annunciati dal server), quest'ultimo riceve la richiesta e
restituisce una risposta (che di nuovo supponiamo stare in un singolo
segmento). Si noti che l'acknowledge della richiesta è mandato insieme alla
-risposta, questo viene chiamato \textit{piggybacking} ed avviene tutte le
-volte che che il server è sufficientemente veloce a costruire la risposta, in
+risposta: questo viene chiamato \textit{piggybacking} ed avviene tutte le
+volte che che il server è sufficientemente veloce a costruire la risposta; in
caso contrario si avrebbe prima l'emissione di un ACK e poi l'invio della
risposta.
Infine si ha lo scambio dei quattro segmenti che terminano la connessione
-secondo quanto visto in \secref{sec:TCPel_conn_term}; si noti che il capo della
+secondo quanto visto in \secref{sec:TCP_conn_term}; si noti che il capo della
connessione che esegue la chiusura attiva entra nello stato
-\texttt{TIME\_WAIT} su cui torneremo fra poco.
+\texttt{TIME\_WAIT}, sul cui significato torneremo fra poco.
È da notare come per effettuare uno scambio di due pacchetti (uno di richiesta
e uno di risposta) il TCP necessiti di ulteriori otto segmenti, se invece si
dati rispondono meglio alle esigenze che devono essere affrontate.
\subsection{Lo stato \texttt{TIME\_WAIT}}
-\label{sec:TCPel_time_wait}
+\label{sec:TCP_time_wait}
-Come riportato da Stevens (FIXME citare) lo stato \texttt{TIME\_WAIT} è
+Come riportato da Stevens in \cite{UNP1} lo stato \texttt{TIME\_WAIT} è
probabilmente uno degli aspetti meno compresi del protocollo TCP, è infatti
-comune trovare nei newsgroup domande su come sia possibile evitare che
-un'applicazione resti in questo stato lasciando attiva una connessione ormai
-conclusa; la risposta è che non deve essere fatto, ed il motivo cercheremo di
-spiegarlo adesso.
+comune trovare domande su come sia possibile evitare che un'applicazione resti
+in questo stato lasciando attiva una connessione ormai conclusa; la risposta è
+che non deve essere fatto, ed il motivo cercheremo di spiegarlo adesso.
-Come si è visto nell'esempio precedente (vedi \curfig) \texttt{TIME\_WAIT} è
-lo stato finale in cui il capo di una connessione che esegue la chiusura
-attiva resta prima di passare alla chiusura definitiva della connessione. Il
-tempo in cui l'applicazione resta in questo stato deve essere due volte la MSL
-(\textit{Maximum Segment Lifetime}).
+Come si è visto nell'esempio precedente (vedi \figref{fig:TCP_conn_example})
+\texttt{TIME\_WAIT} è lo stato finale in cui il capo di una connessione che
+esegue la chiusura attiva resta prima di passare alla chiusura definitiva
+della connessione. Il tempo in cui l'applicazione resta in questo stato deve
+essere due volte la MSL (\textit{Maximum Segment Lifetime}).
La MSL è la stima del massimo periodo di tempo che un pacchetto IP può vivere
sulla rete; questo tempo è limitato perché ogni pacchetto IP può essere
ritrasmesso dai router un numero massimo di volte (detto \textit{hop limit}).
Il numero di ritrasmissioni consentito è indicato dal campo TTL dell'header di
-IP (per maggiori dettagli vedi \secref{sec:appA_xxx}), e viene decrementato ad
+IP (per maggiori dettagli vedi \secref{sec:IP_xxx}), e viene decrementato ad
ogni passaggio da un router; quando si annulla il pacchetto viene scartato.
-Siccome il numero è ad 8 bit il numero massimo di ``salti'' è di 255, pertanto
-anche se il TTL (da \textit{time to live}) non è propriamente un limite sul
-tempo di vita, si stima che un pacchetto IP non possa restare nella rete per
-più di MSL secondi.
+Siccome il numero è ad 8 bit il numero massimo di ``\textsl{salti}'' è di 255,
+pertanto anche se il TTL (da \textit{time to live}) non è propriamente un
+limite sul tempo di vita, si stima che un pacchetto IP non possa restare nella
+rete per più di MSL secondi.
-Ogni implementazione del TCP deve scegliere un valore per la MSL (l'RFC1122
-raccomanda 2 minuti, linux usa 30 secondi), questo comporta una durata dello
-stato \texttt{TIME\_WAIT} che a seconda delle implementazioni può variare fra
-1 a 4 minuti.
+Ogni implementazione del TCP deve scegliere un valore per la MSL
+(l'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1122.txt}{RFC~1122} raccomanda 2 minuti,
+Linux usa 30 secondi), questo comporta una durata dello stato
+\texttt{TIME\_WAIT} che a seconda delle implementazioni può variare fra 1 a 4
+minuti.
Lo stato \texttt{TIME\_WAIT} viene utilizzato dal protocollo per due motivi
principali:
capisce il perché della scelta di un tempo pari al doppio della MSL come
durata di questo stato.
-Il primo dei due motivi precedenti si può capire tornando a \curfig: assumendo
-che l'ultimo ACK della sequenza (quello del capo che ha eseguito la chiusura
-attiva) vanga perso, chi esegue la chiusura passiva non ricevndo risposta
-rimanderà un ulteriore FIN, per questo motivo chi esegue la chiusura attiva
-deve mantenere lo stato della connessione per essere in grado di reinviare
-l'ACK e chiuderla correttamente. Se non fosse così la risposta sarebbe un RST
-(un altro tipo si segmento) che verrebbe interpretato come un errore.
+Il primo dei due motivi precedenti si può capire tornando a
+\figref{fig:TCP_conn_example}: assumendo che l'ultimo ACK della sequenza
+(quello del capo che ha eseguito la chiusura attiva) vanga perso, chi esegue
+la chiusura passiva non ricevendo risposta rimanderà un ulteriore FIN, per
+questo motivo chi esegue la chiusura attiva deve mantenere lo stato della
+connessione per essere in grado di reinviare l'ACK e chiuderla correttamente.
+Se non fosse così la risposta sarebbe un RST (un altro tipo si segmento) che
+verrebbe interpretato come un errore.
Se il TCP deve poter chiudere in maniera pulita entrambe le direzioni della
connessione allora deve essere in grado di affrontare la perdita di uno
dell'ultimo ACK per poter essere in grado di poterne gestire l'eventuale
ritrasmissione in caso di perdita.
-
-Il secondo motivo è più complesso da capire, e necessita di spiegare meglio
-gli scenari in cui accade che i pacchetti si possono perdere nella rete o
-restare intrappolati, per poi riemergere.
+Il secondo motivo è più complesso da capire, e necessita di una spiegazione
+degli scenari in cui accade che i pacchetti si possano perdere nella rete o
+restare intrappolati, per poi riemergere in un secondo tempo.
Il caso più comune in cui questo avviene è quello di anomalie
nell'instradamento; può accadere cioè che un router smetta di funzionare o che
una connessione fra due router si interrompa. In questo caso i protocolli di
-instradamento dei pacchetti possono impiegare diverso temo (anche dell'ordine
+instradamento dei pacchetti possono impiegare diverso tempo (anche dell'ordine
dei minuti) prima di trovare e stabilire un percorso alternativo per i
pacchetti. Nel frattempo possono accadere casi in cui un router manda i
pacchetti verso un'altro e quest'ultimo li rispedisce indietro, o li manda ad
un terzo router che li rispedisce al primo, si creano cioè dei circoli (i
cosiddetti \textit{routing loop}) in cui restano intrappolati i pacchetti.
-Se uno di questi pacchetti intrappolati è un segmento di TCP chi l'ha inviato,
-non ricevendo risposta, provvederà alla ritrasmissione e se nel frattempo sarà
-stata stabilita una strada alternativa il pacchetto ritrasmesso giungerà a
-destinazione. Ma se dopo un po' di tempo (che non supera il limite dell'MSL)
-l'anomalia viene a cessare il circolo di instadamento viene spezzato i
-pacchetti intrappolati potranno essere inviati alla destinazione finale, con
-la conseguenza di avere dei pacchetti duplicati; questo è un caso che il TCP
-deve essere in grado di gestire.
+Se uno di questi pacchetti intrappolati è un segmento TCP chi l'ha inviato,
+non ricevendo un ACK in risposta, provvederà alla ritrasmissione e se nel
+frattempo sarà stata stabilita una strada alternativa il pacchetto ritrasmesso
+giungerà a destinazione.
+
+Ma se dopo un po' di tempo (che non supera il limite dell'MSL, dato che
+altrimenti verrebbe ecceduto il TTL) l'anomalia viene a cessare il circolo di
+instradamento viene spezzato i pacchetti intrappolati potranno essere inviati
+alla destinazione finale, con la conseguenza di avere dei pacchetti duplicati;
+questo è un caso che il TCP deve essere in grado di gestire.
Allora per capire la seconda ragione per l'esistenza dello stato
\texttt{TIME\_WAIT} si consideri il caso seguente: si supponga di avere una
-connessione fra l'IP 195.110.112.236 porta 1550 e l'IP 192.84.145.100 porta
-22, che questa venga chiusa e che poco dopo si ristabilisca la stessa
-connessione fra gli stessi IP sulle stesse porte (quella che viene detta,
-essendo gli stessi porte e numeri IP, una nuova \textsl{incarnazione} della
-connessione precedente); in questo caso ci si potrebbe trovare con dei
-pacchetti duplicati relativi alla precedente connessione che riappaiono nella
-nuova.
+connessione fra l'IP \texttt{195.110.112.236} porta 1550 e l'IP
+\texttt{192.84.145.100} porta 22, che questa venga chiusa e che poco dopo si
+ristabilisca la stessa connessione fra gli stessi IP sulle stesse porte
+(quella che viene detta, essendo gli stessi porte e numeri IP, una nuova
+\textsl{incarnazione} della connessione precedente); in questo caso ci si
+potrebbe trovare con dei pacchetti duplicati relativi alla precedente
+connessione che riappaiono nella nuova.
Ma fintanto che il socket non è chiuso una nuova incarnazione non può essere
-creata, per questo un socket TCP resta sempre nello stato \texttt{TIME\_WAIT}
+creata: per questo un socket TCP resta sempre nello stato \texttt{TIME\_WAIT}
per un periodo di 2MSL, in modo da attendere MSL secondi per essere sicuri che
tutti i pacchetti duplicati in arrivo siano stati ricevuti (e scartati) o che
nel frattempo siano stati eliminati dalla rete, e altri MSL secondi per essere
-sicuri che lo stesso avvenga le risposte nella direzione opposta.
+sicuri che lo stesso avvenga per le risposte nella direzione opposta.
-In questo modo il TCP si assicura che quando una viene creata una nuova
-connessione tutti gli eventuali segmenti residui di una precedente connessione
-che possono causare disturbi sono stati eliminati dalla rete.
+In questo modo, prima che venga creata una nuova connessione, il protocollo
+TCP si assicura che tutti gli eventuali segmenti residui di una precedente
+connessione, che potrebbero causare disturbi, siano stati eliminati dalla
+rete.
\subsection{I numeri di porta}
-\label{sec:TCPel_port_num}
+\label{sec:TCP_port_num}
-In un ambiente multitasking in un dato momento più processi possono dover
-usare sia UDP che TCP, e ci devono poter essere più connessioni in
-contemporanea. Per poter tenere distinte le diverse connessioni entrambi i
-protocolli usano i \textsl{numeri di porta}, che fanno parte, come si può
-vedere in \secref{sec:sock_sa_ipv4} e \secref{sec:sock_sa_ipv6} pure delle strutture
+In un ambiente multitasking in un dato momento più processi devono poter usare
+sia UDP che TCP, e ci devono poter essere più connessioni in contemporanea.
+Per poter tenere distinte le diverse connessioni entrambi i protocolli usano i
+\textsl{numeri di porta}, che fanno parte, come si può vedere in
+\secref{sec:sock_sa_ipv4} e \secref{sec:sock_sa_ipv6} pure delle strutture
degli indirizzi del socket.
Quando un client contatta un server deve poter identificare con quale dei vari
usate solo per la durata della connessione, e l'unico requisito che deve
essere soddisfatto è che ognuna di esse sia assegnata in maniera univoca.
-La lista delle porte conosciute è definita dall'RFC1700 che contiene l'elenco
-delle porte assegnate dalla IANA (\textit{Internet Assigned Number Authority})
-ma l'elenco viene costantemente aggiornato e pubblicato all'indirizzo
-\texttt{ftp://ftp.isi.edu/in-notes/iana/assignements/port-numbers}, inoltre il
-file \texttt{/etc/services} contiene un analogo elenco, con la corrispondenza
-fra i numeri di porta ed il nome simbolico del servizio. I numeri sono divisi
-in tre intervalli:
+La lista delle porte conosciute è definita
+dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1700.txt}{RFC~1700} che contiene
+l'elenco delle porte assegnate dalla IANA (la \textit{Internet Assigned Number
+ Authority}) ma l'elenco viene costantemente aggiornato e pubblicato su
+internet (una versione corrente si può trovare all'indirizzo
+\texttt{ftp://ftp.isi.edu/in-notes/iana/assignements/port-numbers}); inoltre
+in un sistema unix-like un analogo elenco viene mantenuto nel file
+\file{/etc/services}, con la corrispondenza fra i vari numeri di porta ed il
+nome simbolico del servizio. I numeri sono divisi in tre intervalli:
\begin{enumerate}
\item \textsl{le porte conosciute}. I numeri da 0 a 1023. Queste sono
sono i candidati naturali ad essere usate come porte effimere.
\end{enumerate}
-In realtà rispetto a quanto indicato nell'RFC1700 i vari sistemi hanno fatto
-scelte diverse per le porte effimere, in particolare in \nfig\ sono riportate
-quelle di BSD, Solaris e linux. Nel caso di linux poi la scelta fra i due
-intervali possibili viene fatta dinamicamente a seconda della memoria a
-disposizione del kernel per gestire le rative tabelle.
+In realtà rispetto a quanto indicato
+nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1700.txt}{RFC~1700} i vari sistemi hanno
+fatto scelte diverse per le porte effimere, in particolare in
+\figref{fig:TCP_port_alloc} sono riportate quelle di BSD e Linux. Nel caso di
+Linux poi la scelta fra i due intervalli possibili viene fatta dinamicamente a
+seconda della memoria a disposizione del kernel per gestire le relative
+tabelle.
\begin{figure}[!htb]
\centering
-
- \caption{Allocazione dei numeri di porta}
- \label{fig:TCPel_port_alloc}
+ \includegraphics[width=15cm]{img/port_alloc}
+ \caption{Allocazione dei numeri di porta.}
+ \label{fig:TCP_port_alloc}
\end{figure}
-I sistemi unix hanno inoltre il concetto di \textsl{porte riservate} (che
+I sistemi Unix hanno inoltre il concetto di \textsl{porte riservate} (che
corrispondono alle porte con numero minore di 1024 e coincidono quindi con le
porte conosciute). La loro caratteristica è che possono essere assegnate a un
socket solo da un processo con i privilegi di root, per far si che solo
-l'amministratore possa allocare queste porte per far partire relativi servizi.
+l'amministratore possa allocare queste porte per far partire i relativi
+servizi.
-Si tenga conto poi che ci sono alcuni client (in particolare \texttt{rsh} e
-\texttt{rlogin}) che richiedono una connessione su una porta riservata anche
+Si tenga conto poi che ci sono alcuni client (in particolare \cmd{rsh} e
+\cmd{rlogin}) che richiedono una connessione su una porta riservata anche
dal lato client come parte dell'autenticazione. Questo viene fatto tramite la
-funzione \texttt{rresvport} assegnando al socket una porta libera
+funzione \func{rresvport} assegnando al socket una porta libera
nell'intervallo fra 512 e 1023.
-Data una connessione TCP si suole chiamare \textit{socket pair} la
-combinazione dei quattro numeri che definiscono i due capi della connessione e
-cioè l'indirizzo IP locale e la porta TCP locale, e l'indirizzo IP remoto e la
-porta TCP remota; questa combinazione, che scriveremo usando una notazione del
-tipo $(195.110.112.152:22, 192.84.146.100:20100)$, identifica univocamente una
-connessione su internet. Questo concetto viene di solito esteso anche a UDP,
-benché in questo caso non abbia senso parlare di connessione. L'utilizzo del
-programma \texttt{netstat} permette di visualizzare queste informazioni nei
-campi \textit{Local Address} e \textit{Foreing Address}.
+Data una connessione TCP si suole chiamare \textit{socket pair}\footnote{da
+ non confondere con la coppia di socket della omonima funzione
+ \func{socketpair} che fanno riferimento ad una coppia di socket sulla stessa
+ macchina, non ai capi di una connessione TCP.} la combinazione dei quattro
+numeri che definiscono i due capi della connessione e cioè l'indirizzo IP
+locale e la porta TCP locale, e l'indirizzo IP remoto e la porta TCP remota.
+Questa combinazione, che scriveremo usando una notazione del tipo
+(\texttt{195.110.112.152:22}, \texttt{192.84.146.100:20100}), identifica
+univocamente una connessione su internet. Questo concetto viene di solito
+esteso anche a UDP, benché in questo caso non abbia senso parlare di
+connessione. L'utilizzo del programma \cmd{netstat} permette di visualizzare
+queste informazioni nei campi \textit{Local Address} e \textit{Foreing
+ Address}.
\subsection{Le porte ed il modello client/server}
-\label{sec:TCPel_port_cliserv}
+\label{sec:TCP_port_cliserv}
Per capire meglio l'uso delle porte e come vengono utilizzate quando si ha a
-che fare con un'applicazione client/server (come quella che scriveremo in
-\secref{sec:TCPel_echo_example}) esaminaremo cosa accade con le connessioni nel
-caso di un server TCP che deve gestire connessioni multiple.
+che fare con un'applicazione client/server (come quelle che scriveremo in
+\secref{sec:TCP_daytime_application} e \secref{sec:TCP_echo_application})
+esamineremo cosa accade con le connessioni nel caso di un server TCP che deve
+gestire connessioni multiple.
-Se esguiamo un \texttt{netstat} su una macchina di prova (che supponiamo avere
-indirizzo 195.110.112.152) potremo avere un risultato del tipo:
+Se eseguiamo un \cmd{netstat} su una macchina di prova (il cui indirizzo sia
+\texttt{195.110.112.152}) potremo avere un risultato del tipo:
\begin{verbatim}
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
essendo presenti e attivi un server ssh, un server di posta e un DNS per il
caching locale.
-Questo ci mostra ad esempio che il server ssh ha compiuto un'apertura passiva
-mettendosi in ascolto sulla porta 22 riservata a questo servizio e che si è
+Questo ci mostra ad esempio che il server ssh ha compiuto un'apertura passiva,
+mettendosi in ascolto sulla porta 22 riservata a questo servizio, e che si è
posto in ascolto per connessioni provenienti da uno qualunque degli indirizzi
-associati alle interfaccie locali; la notazione 0.0.0.0 usata da netstat è
-equivalente all'asterisco utilizzato per il numero di porta ed indica il
-valore generico, e corrisponde al valore \texttt{INADDR\_ANY} definito in
-\texttt{arpa/inet.h}.
-
-Inoltre la porta e l'indirizzo di ogni eventuale connessione esterna non sono
-specificati; in questo caso la \textit{socket pair} associata al socket può
-essere indicata come $(*:22, *.*)$, usando l'asterisco anche per gli indirizzi
-come carattere di \textit{wildchard}.
-
-In genere avendo le macchine associato un solo IP ci si può chiedere che senso
-abbia l'utilizzo dell'indirizzo generico per l'indirizzo locale, ma esistono
-anche macchine che hanno più di un indirizzo IP (il cosiddetto
-\textit{miltihoming}) in questo modo si possono accettare connessioni
-indirizzate verso uno qualunque di essi. Ma come si può vedere nell'esempio
-con il DNS in ascolto sulla porta 53 è anche possibile restringere l'accesso
-solo alle connessioni che provengono da uno specifico indirizzo, cosa che nel
-caso è fatta accettando solo connessioni che arrivino sull'interfaccia di
-loopback.
-
-Una volta che ci si vorrà collegare a questa macchina da un'altra posta
-all'indirizzo 192.84.146.100 si potrà lanciare un client \texttt{ssh} per
-creare una connessione verso la precedente, e il kernel associerà al suddetto
-una porta effimera che per esempio potrà essere la 21100, la connessione
-allora sarà espressa dalla socket pair $(192.84.146.100:21100,
-195.110.112.152.22)$.
+associati alle interfacce locali. La notazione \texttt{0.0.0.0} usata da
+\cmd{netstat} è equivalente all'asterisco utilizzato per il numero di porta,
+indica il valore generico, e corrisponde al valore \const{INADDR\_ANY}
+definito in \file{arpa/inet.h} (vedi \ref{tab:TCP_ipv4_addr}).
+
+Inoltre si noti come la porta e l'indirizzo di ogni eventuale connessione
+esterna non sono specificati; in questo caso la \textit{socket pair} associata
+al socket potrebbe essere indicata come (\texttt{*:22}, \texttt{*:*}), usando
+anche per gli indirizzi l'asterisco come carattere che indica il valore
+generico.
+
+Dato che in genere una macchina è associata ad un solo indirizzo IP, ci si può
+chiedere che senso abbia l'utilizzo dell'indirizzo generico per specificare
+l'indirizzo locale; ma a parte il caso di macchine che hanno più di un
+indirizzo IP (il cosiddetto \textit{multihoming}) esiste sempre anche
+l'indirizzo di loopback, per cui con l'uso dell'indirizzo generico si possono
+accettare connessioni indirizzate verso uno qualunque degli indirizzi IP
+presenti. Ma, come si può vedere nell'esempio con il DNS che è in ascolto
+sulla porta 53, è possibile anche restringere l'accesso ad uno specifico
+indirizzo, cosa che nel caso è fatta accettando solo connessioni che arrivino
+sull'interfaccia di loopback.
+
+Una volta che ci si vorrà collegare a questa macchina da un'altra, per esempio
+quella con l'indirizzo \texttt{192.84.146.100}, si dovrà lanciare su
+quest'ultima un client \cmd{ssh} per creare una connessione, e il kernel gli
+assocerà una porta effimera (ad esempio la 21100), per cui la connessione sarà
+espressa dalla socket pair (\texttt{192.84.146.100:21100},
+\texttt{195.110.112.152:22}).
Alla ricezione della richiesta dal client il server creerà un processo figlio
per gestire la connessione, se a questo punto eseguiamo nuovamente il
-programma netstat otterremo come risultato:
+programma \cmd{netstat} otteniamo come risultato:
\begin{verbatim}
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
\end{verbatim}
Come si può notare il server è ancora in ascolto sulla porta 22, però adesso
-c'è un nuovo socket (con lo stato \texttt{ESTABLISHED}) che anch'esso utilizza
+c'è un nuovo socket (con lo stato \texttt{ESTABLISHED}) che utilizza anch'esso
la porta 22, ed ha specificato l'indirizzo locale, questo è il socket con cui
il processo figlio gestisce la connessione mentre il padre resta in ascolto
sul socket originale.
-Se a questo punto lanciamo un'altra volta il client ssh per una seconda
-conessione quello che otterremo usando netstat sarà qualcosa del genere:
+Se a questo punto lanciamo un'altra volta il client \cmd{ssh} per una seconda
+connessione quello che otterremo usando \cmd{netstat} sarà qualcosa del
+genere:
\begin{verbatim}
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 195.110.112.152:22 192.84.146.100:21100 ESTABLISHED
tcp 0 0 195.110.112.152:22 192.84.146.100:21101 ESTABLISHED
\end{verbatim}
-cioè il client effettuerà la connessione usando un'altra porta effimera, con
+cioè il client effettuerà la connessione usando un'altra porta effimera: con
questa sarà aperta la connessione, ed il server creerà un'altro processo
-figlio sarà creato per gestirla.
+figlio per gestirla.
-Tutto ciò mostra come TCP, per poter gestire le connessioni con un server
+Tutto ciò mostra come il TCP, per poter gestire le connessioni con un server
concorrente, non può suddividere i pacchetti solo sulla base della porta di
destinazione, ma deve usare tutta l'informazione contenuta nella socket pair,
compresa la porta dell'indirizzo remoto. E se andassimo a vedere quali sono i
-processi a cui fanno riferimento i vari socket vedremmo che i pacchetti che
-arrivano dalla porta remota 21100 vanno al primo figlio e quelli che arrivano
-alla porta 21101 al secondo.
+processi\footnote{ad esempio con il comando \cmd{fuser}, o con \cmd{lsof}.} a
+cui fanno riferimento i vari socket vedremmo che i pacchetti che arrivano
+dalla porta remota 21100 vanno al primo figlio e quelli che arrivano alla
+porta 21101 al secondo.
\section{Le funzioni dei socket TCP}
-\label{sec:TCPel_functions}
+\label{sec:TCP_functions}
In questa sezione descriveremo in dettaglio le varie funzioni necessarie per
-l'uso dei socket TCP già citate in precedenza (e utilizzate nei due esempi
-\secref{sec:net_cli_sample} e \secref{sec:net_serv_sample}) con l'eccezione
-della funzione \texttt{socket} che è già stata esaminata in dettaglio in
-\secref{sec:sock_socket}.
-
-In \nfig\ abbiamo un tipico schema di funzionamento di un'applicazione
-client-server che usa i socket TCP: prima il server viene avviato ed in
-seguito il client si connette, in questo caso, a differenza di quanto accadeva
-con gli esempi elementari del Cap.~\capref{cha:network} si assume che sia il
-client ad effettuare delle richieste a cui il server risponde, il client
-notifica poi di avere concluso inviando un end-of-file a cui il server
-risponderà anche lui chiudendo la connessione per aspettarne una nuova.
-
-\begin{figure}[!htb]
- \centering
-
- \caption{Struttura delle funzioni dei socket per una semplice applicazione
- client/server su TCP.}
- \label{fig:TCPel_cliserv_func}
-\end{figure}
-
-Useremo questo schema per l'esempio di implementazione del servizio
-\texttt{echo} che illustreremo in \secref{sec:TCPel_echo_example}.
+l'uso dei socket TCP, con l'eccezione della funzione \func{socket} che è già
+stata esaminata in dettaglio nel capitolo precedente in
+\secref{sec:sock_socket}.
-\subsection{La funzione \texttt{bind}}
-\label{sec:TCPel_func_bind}
+\subsection{La funzione \func{bind}}
+\label{sec:TCP_func_bind}
-
-La funzione \texttt{bind} assegna un indirizzo locale ad un socket, è usata
+La funzione \funcd{bind} assegna un indirizzo locale ad un socket. È usata
cioè per specificare la prima parte dalla socket pair. Viene usata sul lato
server per specificare la porta (e gli eventuali indirizzi locali) su cui poi
-ci si porrà in ascolto.
-
-Il prototipo della funzione è il seguente:
-
+ci si porrà in ascolto. Il prototipo della funzione è il seguente:
\begin{prototype}{sys/socket.h}
{int bind(int sockfd, const struct sockaddr *serv\_addr, socklen\_t addrlen)}
- Il primo argomento è un file descriptor ottenuto da una precedente chiamata
- a \texttt{socket}, mentre il secondo e terzo argomento sono rispettivamente
- l'indirizzo (locale) del socket e la dimensione della struttura che lo
- contiene, secondo quanto già trattato in \secref{sec:sock_sockaddr}.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
- di errore. La variabile \texttt{errno} viene settata secondo i seguenti
- codici di errore:
+ Assegna un indirizzo ad un socket.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 per un errore;
+ in caso di errore la variabile \var{errno} viene impostata secondo i
+ seguenti codici di errore:
\begin{errlist}
- \item \texttt{EBADF} Il file descriptor non è valido.
- \item \texttt{EINVAL} Il socket ha già un indirizzo assegnato.
- \item \texttt{ENOTSOCK} Il file descriptor non è associato ad un socket.
- \item \texttt{EACCESS} Si è cercato di usare un indirizzo riservato senza
- essere root.
+ \item[\errcode{EBADF}] il file descriptor non è valido.
+ \item[\errcode{EINVAL}] il socket ha già un indirizzo assegnato.
+ \item[\errcode{ENOTSOCK}] il file descriptor non è associato ad un socket.
+ \item[\errcode{EACCES}] si è cercato di usare una porta riservata senza
+ sufficienti privilegi.
+ \item[\errcode{EADDRNOTAVAIL}] Il tipo di indirizzo specificato non è
+ disponibile.
+ \item[\errcode{EADDRINUSE}] qualche altro socket sta già usando l'indirizzo.
\end{errlist}
+ ed anche \errval{EFAULT} e per i socket di tipo \const{AF\_UNIX},
+ \errval{ENOTDIR}, \errval{ENOENT}, \errval{ENOMEM}, \errval{ELOOP},
+ \errval{ENOSR} e \errval{EROFS}.}
\end{prototype}
-Con il TCP la chiamata \texttt{bind} permette di specificare l'indirizzo, la
+Il primo argomento è un file descriptor ottenuto da una precedente chiamata a
+\func{socket}, mentre il secondo e terzo argomento sono rispettivamente
+l'indirizzo (locale) del socket e la dimensione della struttura che lo
+contiene, secondo quanto già trattato in \secref{sec:sock_sockaddr}.
+
+Con il TCP la chiamata \func{bind} permette di specificare l'indirizzo, la
porta, entrambi o nessuno dei due. In genere i server utilizzano una porta
nota che assegnano all'avvio, se questo non viene fatto è il kernel a
scegliere una porta effimera quando vengono eseguite la funzioni
-\texttt{connect} o \texttt{listen}, ma se questo è normale per il client non
-lo è per il server\footnote{un'eccezione a tutto ciò i server che usano RPC.
+\func{connect} o \func{listen}, ma se questo è normale per il client non lo è
+per il server\footnote{un'eccezione a tutto ciò sono i server che usano RPC.
In questo caso viene fatta assegnare dal kernel una porta effimera che poi
viene registrata presso il \textit{portmapper}; quest'ultimo è un altro
demone che deve essere contattato dai client per ottenere la porta effimera
- su cui si trova il server} che in genere viene identificato dalla porta su
-cui risponde.
+ su cui si trova il server.} che in genere viene identificato dalla porta su
+cui risponde (l'elenco di queste porte, e dei relativi servizi, è in
+\file{/etc/services}).
-Con \texttt{bind} si può assegnare un IP specifico ad un socket, purché questo
+Con \func{bind} si può assegnare un IP specifico ad un socket, purché questo
appartenga ad una interfaccia della macchina. Per un client TCP questo
diventerà l'indirizzo sorgente usato per i tutti i pacchetti inviati sul
socket, mentre per un server TCP questo restringerà l'accesso al socket solo
alle connessioni che arrivano verso tale indirizzo.
-Normalmente un client non specifica mai un indirizzo ad un suo socket, ed il
-kernel sceglie l'indirizzo di orgine quando viene effettuata la connessione
-sulla base dell'interfaccia usata per trasmettere i pacchetti, (che dipende
-dalle regole di instradamento usate per raggiungere il server).
-Se un server non specifica il suo indirizzo locale il kernel userà come
-indirizzo di origine l'indirizzo di destinazione specificato dal SYN del
-client.
-
-Per specificare un indirizzo generico con IPv4 si usa il valore
-\texttt{INADDR\_ANY}, il cui valore, come visto anche negli esempi precedenti
-è pari a zero, nell'esempio \figref{fig:net_serv_sample} si è usata
-un'assegnazione immediata del tipo:
-\begin{verbatim}
- serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* connect from anywhere */
-\end{verbatim}
-
-Si noti che si è usato \texttt{htonl} per assegnare il valore
-\texttt{INADDR\_ANY}; benché essendo questo pari a zero il riordinamento sia
-inutile; ma dato che tutte le constanti \texttt{INADDR\_} sono definite
-secondo l'ordinamento della macchina è buona norma usare sempre la funzione
-\texttt{htonl}.
-
-L'esempio precedete funziona con IPv4 dato che l'indirizzo è rappresentabile
-anche con un intero a 32 bit; non si può usare lo stesso metodo con IPv6,
-in cui l'indirizzo è specificato come struttura, perché il linguaggio C non
-consente l'uso di una struttura costante come operando a destra in una
-assegnazione. Per questo nell'header \texttt{netinet/in.h} è definita una
-variabile \texttt{in6addr\_any} (dichiarata come \texttt{extern}, ed
-inizializzata dal sistema al valore \texttt{IN6ADRR\_ANY\_INIT}) che permette
-di effettuare una assegnazione del tipo:
-\begin{verbatim}
- serv_add.sin6_addr = in6addr_any; /* connect from anywhere */
-\end{verbatim}
-
-
-\subsection{La funzione \texttt{connect}}
-\label{sec:TCPel_func_connect}
-
-La funzione \texttt{connect} è usata da un client TCP per stabilire la
+Normalmente un client non specifica mai l'indirizzo di un socket, ed il kernel
+sceglie l'indirizzo di origine quando viene effettuata la connessione, sulla
+base dell'interfaccia usata per trasmettere i pacchetti, (che dipende dalle
+regole di instradamento usate per raggiungere il server). Se un server non
+specifica il suo indirizzo locale il kernel userà come indirizzo di origine
+l'indirizzo di destinazione specificato dal SYN del client.
+
+Per specificare un indirizzo generico, con IPv4 si usa il valore
+\const{INADDR\_ANY}, il cui valore, come accennato in
+\secref{sec:sock_sa_ipv4}, è pari a zero; nell'esempio
+\figref{fig:TCP_daytime_iter_server_code} si è usata un'assegnazione immediata
+del tipo: \includecodesnip{listati/serv_addr_sin_addr.c}
+
+Si noti che si è usato \func{htonl} per assegnare il valore
+\const{INADDR\_ANY}, anche se, essendo questo nullo, il riordinamento è
+inutile. Si tenga presente comunque che tutte le costanti \val{INADDR\_}
+(riportate in \tabref{tab:TCP_ipv4_addr}) sono definite secondo
+l'\textit{endianess} della macchina, ed anche se esse possono essere
+invarianti rispetto all'ordinamento dei bit, è comunque buona norma usare
+sempre la funzione \func{htonl}.
+
+\begin{table}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize
+ \begin{tabular}[c]{|l|l|}
+ \hline
+ \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
+ \hline
+ \hline
+ \const{INADDR\_ANY} & Indirizzo generico (\texttt{0.0.0.0})\\
+ \const{INADDR\_BROADCAST}& Indirizzo di \textit{broadcast}.\\
+ \const{INADDR\_LOOPBACK} & Indirizzo di \textit{loopback}
+ (\texttt{127.0.0.1}).\\
+ \const{INADDR\_NONE} & Indirizzo errato.\\
+ \hline
+ \end{tabular}
+ \caption{Costanti di definizione di alcuni indirizzi generici per IPv4.}
+ \label{tab:TCP_ipv4_addr}
+\end{table}
+
+L'esempio precedente funziona correttamente con IPv4 poiché che l'indirizzo è
+rappresentabile anche con un intero a 32 bit; non si può usare lo stesso
+metodo con IPv6, in cui l'indirizzo deve necessariamente essere specificato
+con una struttura, perché il linguaggio C non consente l'uso di una struttura
+costante come operando a destra in una assegnazione.
+
+Per questo motivo nell'header \file{netinet/in.h} è definita una variabile
+\const{in6addr\_any} (dichiarata come \direct{extern}, ed inizializzata dal
+sistema al valore \const{IN6ADRR\_ANY\_INIT}) che permette di effettuare una
+assegnazione del tipo: \includecodesnip{listati/serv_addr_sin6_addr.c} in
+maniera analoga si può utilizzare la variabile \const{in6addr\_loopback} per
+indicare l'indirizzo di \textit{loopback}, che a sua volta viene inizializzata
+staticamente a \const{IN6ADRR\_LOOPBACK\_INIT}.
+
+
+
+\subsection{La funzione \func{connect}}
+\label{sec:TCP_func_connect}
+
+La funzione \funcd{connect} è usata da un client TCP per stabilire la
connessione con un server TCP, il prototipo della funzione è il seguente:
-
\begin{prototype}{sys/socket.h}
-{int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv\_addr, socklen\_t addrlen)}
+{int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen\_t addrlen)}
+
+ Stabilisce una connessione fra due socket.
- Il primo argomento è un file descriptor ottenuto da una precedente chiamata
- a \texttt{socket}, mentre il secondo e terzo argomento sono rispettivamente
- l'indirizzo e la dimensione della struttura che contiene l'indirizzo del
- socket, già descritta in \secref{sec:sock_sockaddr}.
-
- La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un errore, in caso
- di errore. La variabile \texttt{errno} viene settata secondo i seguenti
- codici di errore:
+ \bodydesc{La funzione restituisce zero in caso di successo e -1 per un
+ errore, in caso di errore \var{errno} assumerà i valori:
\begin{errlist}
- \item \texttt{EBADF} Il file descriptor non è valido.
- \item \texttt{EFAULT} L'indirizzo della struttura di indirizzi è al di fuori
- dello spazio di indirizzi dell'utente.
- \item \texttt{ENOTSOCK} Il file descriptor non è associato ad un socket.
- \item \texttt{EISCONN} Il socket è già connesso.
- \item \texttt{ECONNREFUSED} Non c'è nessuno in ascolto sull'indirizzo remoto.
- \item \texttt{ETIMEDOUT} Si è avuto timeout durante il tentativo di
+ \item[\errcode{ECONNREFUSED}] non c'è nessuno in ascolto sull'indirizzo
+ remoto.
+ \item[\errcode{ETIMEDOUT}] si è avuto timeout durante il tentativo di
connessione.
- \item \texttt{ENETUNREACH} La rete non è raggiungibile.
- \item \texttt{EADDRINUSE} L'indirizzo locale è in uso.
- \item \texttt{EINPROGRESS} Il socket è non bloccante e la connessione non
- può essere conclusa immediatamente.
- \item \texttt{EALREADY} Il socket è non bloccante e un tentativo precedente
- di connessione non si è ancora concluso.
- \item \texttt{EAGAIN} Non ci sono più porte locali libere.
- \item \texttt{EAFNOSUPPORT} L'indirizzo non ha una famiglia di indirizzi
+ \item[\errcode{ENETUNREACH}] la rete non è raggiungibile.
+ \item[\errcode{EINPROGRESS}] il socket è non bloccante (vedi
+ \secref{sec:file_noblocking}) e la connessione non può essere conclusa
+ immediatamente.
+ \item[\errcode{EALREADY}] il socket è non bloccante (vedi
+ \secref{sec:file_noblocking}) e un tentativo precedente di connessione non
+ si è ancora concluso.
+ \item[\errcode{EAGAIN}] non ci sono più porte locali libere.
+ \item[\errcode{EAFNOSUPPORT}] l'indirizzo non ha una famiglia di indirizzi
corretta nel relativo campo.
- \item \texttt{EACCESS, EPERM} Si è tentato di eseguire una connessione ad un
- indirizzo broacast senza che il socket fosse stato abilitato per il
- broadcast.
+ \item[\errcode{EACCES}, \errcode{EPERM}] si è tentato di eseguire una
+ connessione ad un indirizzo broadcast senza che il socket fosse stato
+ abilitato per il broadcast.
\end{errlist}
+ altri errori possibili sono: \errval{EFAULT}, \errval{EBADF},
+ \errval{ENOTSOCK}, \errval{EISCONN} e \errval{EADDRINUSE}.}
\end{prototype}
+Il primo argomento è un file descriptor ottenuto da una precedente chiamata a
+\func{socket}, mentre il secondo e terzo argomento sono rispettivamente
+l'indirizzo e la dimensione della struttura che contiene l'indirizzo del
+socket, già descritta in \secref{sec:sock_sockaddr}.
+
La struttura dell'indirizzo deve essere inizializzata con l'indirizzo IP e il
numero di porta del server a cui ci si vuole connettere, come mostrato
-nell'esempio \secref{sec:net_cli_sample} usando le funzioni illustrate in
+nell'esempio \secref{sec:TCP_daytime_client}, usando le funzioni illustrate in
\secref{sec:sock_addr_func}.
-Nel caso di socket TCP la funzione \texttt{connect} avvia il three way
-handshake, e ritorna solo quando la connessione è stabilita o si è verificato
-un errore. Le possibili cause di errore sono molteplici (ed i relativi codici
-riportati sopra), quelle che però dipendono dalla situazione della rete e non
-da errori o problemi nella chiamata della funzione sono le seguenti:
-
+Nel caso di socket TCP la funzione \func{connect} avvia il \textit{three way
+ handshake}, e ritorna solo quando la connessione è stabilita o si è
+verificato un errore. Le possibili cause di errore sono molteplici (ed i
+relativi codici riportati sopra), quelle che però dipendono dalla situazione
+della rete e non da errori o problemi nella chiamata della funzione sono le
+seguenti:
\begin{enumerate}
\item Il client non riceve risposta al SYN: l'errore restituito è
- \texttt{ETIMEDOUT}. Stevens riporta che BSD invia un primo SYN alla chiamata
- di \texttt{connect}, un'altro dopo 6 secondi, un terzo dopo 24 secondi, se
+ \errcode{ETIMEDOUT}. Stevens riporta che BSD invia un primo SYN alla chiamata
+ di \func{connect}, un'altro dopo 6 secondi, un terzo dopo 24 secondi, se
dopo 75 secondi non ha ricevuto risposta viene ritornato l'errore. Linux
invece ripete l'emissione del SYN ad intervalli di 30 secondi per un numero
di volte che può essere stabilito dall'utente sia con una opportuna
- \texttt{sysctl} che attraverso il filesystem \texttt{/proc} scrivendo il
- valore voluto in \texttt{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syn\_retries}. Il valore di
- default per la ripetizione dell'invio è di 5 volte, che comporta un timeout
- dopo circa 180 secondi.
+ \func{sysctl} che attraverso il filesystem \file{/proc} scrivendo il valore
+ voluto in \file{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syn\_retries}. Il valore predefinito
+ per la ripetizione dell'invio è di 5 volte, che comporta un timeout dopo
+ circa 180 secondi.
%
-% Le informazioni su tutte le opzioni settabili via /proc stanno in
-% linux/Documentation/networking/ip-sysctl.txt
+% Le informazioni su tutte le opzioni impostabili via /proc stanno in
+% Linux/Documentation/networking/ip-sysctl.txt
%
\item Il client riceve come risposta al SYN un RST significa che non c'è
nessun programma in ascolto per la connessione sulla porta specificata (il
- che vuol dire probablmente che o si è sbagliato il numero della porta o che
+ che vuol dire probabilmente che o si è sbagliato il numero della porta o che
non è stato avviato il server), questo è un errore fatale e la funzione
ritorna non appena il RST viene ricevuto riportando un errore
- \texttt{ECONNREFUSED}.
+ \errcode{ECONNREFUSED}.
Il flag RST sta per \textit{reset} ed è un segmento inviato direttamente
dal TCP quando qualcosa non va. Tre condizioni che generano un RST sono:
quando arriva un SYN per una porta che non ha nessun server in ascolto,
- quando il TCP abortisce una connessione in corso, quandi TCP riceve un
+ quando il TCP abortisce una connessione in corso, quando TCP riceve un
segmento per una connessione che non esiste.
\item Il SYN del client provoca l'emissione di un messaggio ICMP di
destinazione non raggiungibile. In questo caso dato che il messaggio può
- essere dovuto ad una condizione transitoria si ripete l'emmissione dei SYN
+ essere dovuto ad una condizione transitoria si ripete l'emissione dei SYN
come nel caso precedente, fino al timeout, e solo allora si restituisce il
codice di errore dovuto al messaggio ICMP, che da luogo ad un
- \texttt{ENETUNREACH}.
+ \errcode{ENETUNREACH}.
\end{enumerate}
Se si fa riferimento al diagramma degli stati del TCP riportato in
-\figref{fig:appB:tcp_state_diag} la funzione \texttt{connect} porta un socket
+\figref{fig:TCP_state_diag} la funzione \func{connect} porta un socket
dallo stato \texttt{CLOSED} (lo stato iniziale in cui si trova un socket
appena creato) prima allo stato \texttt{SYN\_SENT} e poi, al ricevimento del
ACK, nello stato \texttt{ESTABLISHED}. Se invece la connessione fallisce il
socket non è più utilizzabile e deve essere chiuso.
-Si noti infine che con la funzione \texttt{connect} si è specificato solo
+Si noti infine che con la funzione \func{connect} si è specificato solo
indirizzo e porta del server, quindi solo una metà della socket pair; essendo
-questa funzione usata nei client l'altra metà contentente indirizzo e porta
+questa funzione usata nei client l'altra metà contenente indirizzo e porta
locale viene lasciata all'assegnazione automatica del kernel, e non è
-necessario effettuare una \texttt{bind}.
+necessario effettuare una \func{bind}.
-\subsection{La funzione \texttt{listen}}
-\label{sec:TCPel_func_listen}
+\subsection{La funzione \func{listen}}
+\label{sec:TCP_func_listen}
-La funzione \texttt{listen} è usata per usare un socket in modalità passiva,
-cioè, come dice il nome, per metterlo in ascolto di eventuali connessioni; in
+La funzione \funcd{listen} serve ad usare un socket in modalità passiva, cioè,
+come dice il nome, per metterlo in ascolto di eventuali connessioni; in
sostanza l'effetto della funzione è di portare il socket dallo stato
\texttt{CLOSED} a quello \texttt{LISTEN}. In genere si chiama la funzione in
-un server dopo le chiamate a \texttt{socket} e \texttt{bind} e prima della
-chiamata ad \texttt{accept}. Il prototipo della funzione come definito dalla
-man page è:
-
+un server dopo le chiamate a \func{socket} e \func{bind} e prima della
+chiamata ad \func{accept}. Il prototipo della funzione, come definito dalla
+pagina di manuale, è:
\begin{prototype}{sys/socket.h}{int listen(int sockfd, int backlog)}
+ Pone un socket in attesa di una connessione.
- La funzione pone il socket specificato da \texttt{sockfd} in modalità
- passiva e predispone una coda per le connessioni in arrivo di lunghezza pari
- a \texttt{backlog}. La funzione si può applicare solo a socket di tipo
- \texttt{SOCK\_STREAM} o \texttt{SOCK\_SEQPACKET}.
-
- La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di errore. I
- codici di errore restituiti in \texttt{errno} sono i seguenti:
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore. I codici di errore restituiti in \var{errno} sono i seguenti:
\begin{errlist}
- \item \texttt{EBADF} L'argomento \texttt{sockfd} non è un file descriptor
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{sockfd} non è un file descriptor
valido.
- \item \texttt{ENOTSOCK} L'argomento \texttt{sockfd} non è un socket.
- \item \texttt{EOPNOTSUPP} Il socket è di un tipo che non supporta questa
+ \item[\errcode{ENOTSOCK}] l'argomento \param{sockfd} non è un socket.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] il socket è di un tipo che non supporta questa
operazione.
- \end{errlist}
+ \end{errlist}}
\end{prototype}
+La funzione pone il socket specificato da \param{sockfd} in modalità passiva e
+predispone una coda per le connessioni in arrivo di lunghezza pari a
+\param{backlog}. La funzione si può applicare solo a socket di tipo
+\const{SOCK\_STREAM} o \const{SOCK\_SEQPACKET}.
-Il parametro \texttt{backlog} indica il numero massimo di connessioni pendenti
-accettate; se esso viene ecceduto il client riceverà una errore di tipo
-\texttt{ECONNREFUSED}, o se il protocollo, come nel caso del TCP, supporta la
-ritrasmissione, la richiesta sarà ignorata in modo che la connessione possa
-essere ritentata.
+L'argomento \param{backlog} indica il numero massimo di connessioni pendenti
+accettate; se esso viene ecceduto il client al momento della richiesta della
+connessione riceverà un errore di tipo \errcode{ECONNREFUSED}, o se il
+protocollo, come accade nel caso del TCP, supporta la ritrasmissione, la
+richiesta sarà ignorata in modo che la connessione possa venire ritentata.
Per capire meglio il significato di tutto ciò occorre approfondire la modalità
con cui il kernel tratta le connessioni in arrivo. Per ogni socket in ascolto
infatti vengono mantenute due code:
\begin{enumerate}
-\item Una coda delle connessioni incomplete (\textit{incomplete connection
- queue} che contiene una entrata per ciascun SYN arrivato per il quale si
- sta attendendo la conclusione del three-way handshake. Questi socket sono
- tutti nello stato \texttt{SYN\_RECV}.
-\item Una coda delle connessioni complete (\textit{complete connection queue}
- che contiene una entrata per ciascuna connessione per le quali il three-way
- handshake è stato completato ma ancora \texttt{accept} non è ritornata.
+\item La coda delle connessioni incomplete (\textit{incomplete connection
+ queue} che contiene un riferimento per ciascun socket per il quale è
+ arrivato un SYN ma il \textit{three way handshake} non si è ancora concluso.
+ Questi socket sono tutti nello stato \texttt{SYN\_RECV}.
+\item La coda delle connessioni complete (\textit{complete connection queue}
+ che contiene un ingresso per ciascun socket per il quale il three way
+ handshake è stato completato ma ancora \func{accept} non è ritornata.
+ Questi socket sono tutti nello stato \texttt{ESTABLISHED}.
\end{enumerate}
-Lo schema di funzionamento è descritto in \nfig, quando arriva un SYN da un
-client il server crea una nuova entrata nella coda delle connessioni
-incomplete, e poi risponde con il SYN$+$ACK. La entrata resterà nella coda
-delle connessioni incomplete fino al ricevimento dell'ACK dal client o fino ad
-un timeout. Nel caso di completamento del three-way handshake l'entrata viene
-sostata nella coda delle connessioni complete. Quando il processo chiama la
-funzione \texttt{accept} (vedi \secref{sec:TCPel_func_accept}) la prima
-entrata nella coda delle connessioni complete è passata al programma, o, se la
-coda è vuota, il processo viene posto in attesa e risvegliato all'arrivo della
-prima connessione completa.
-
-Storicamente il valore del parametro \texttt{backlog} era corrispondente al
-massimo valore della somma del numero di entrate possibili per ciascuna di
-dette code. Stevens riporta che BSD ha sempre applicato un fattore di 1.5 al
-valore, e provvede una tabella con i risultati ottenuti con vari kernel,
-compreso linux 2.0, che mostrano le differenze fra diverse implementazioni.
-
-Ma in linux il significato di questo valore è cambiato a partire dal kernel
-2.2 per prevenire l'attacco chiamato \texttt{syn flood}. Questo si basa
+Lo schema di funzionamento è descritto in \figref{fig:TCP_listen_backlog}:
+quando arriva un SYN da un client il server crea una nuova voce nella coda
+delle connessioni incomplete, e poi risponde con il SYN$+$ACK. La voce resterà
+nella coda delle connessioni incomplete fino al ricevimento dell'ACK dal
+client o fino ad un timeout. Nel caso di completamento del three way handshake
+la voce viene spostata nella coda delle connessioni complete. Quando il
+processo chiama la funzione \func{accept} (vedi \secref{sec:TCP_func_accept})
+la prima voce nella coda delle connessioni complete è passata al programma, o,
+se la coda è vuota, il processo viene posto in attesa e risvegliato all'arrivo
+della prima connessione completa.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \includegraphics[width=11cm]{img/tcp_listen_backlog}
+ \caption{Schema di funzionamento delle code delle connessioni complete ed
+ incomplete.}
+ \label{fig:TCP_listen_backlog}
+\end{figure}
+
+Storicamente il valore del parametro \param{backlog} era corrispondente al
+massimo valore della somma del numero di voci possibili per ciascuna delle due
+code. Stevens in \cite{UNP1} riporta che BSD ha sempre applicato un fattore di
+1.5 a detto valore, e fornisce una tabella con i risultati ottenuti con vari
+kernel, compreso Linux 2.0, che mostrano le differenze fra diverse
+implementazioni.
+
+In Linux il significato di questo valore è cambiato a partire dal kernel 2.2
+per prevenire l'attacco chiamato \textit{syn flood}. Questo si basa
sull'emissione da parte dell'attaccante di un grande numero di pacchetti SYN
-indirizzati verso una porta forgiati con indirizzo IP fasullo \footnote{con la
- tecnica che viene detta \textit{ip spoofing}} così che i SYN$+$ACK vanno
-perduti la coda delle connessioni incomplete viene saturata, impedendo di
-fatto le connessioni.
+indirizzati verso una porta, forgiati con indirizzo IP fasullo\footnote{con la
+ tecnica che viene detta \textit{ip spoofing}.} così che i SYN$+$ACK vanno
+perduti e la coda delle connessioni incomplete viene saturata, impedendo di
+fatto ulteriori connessioni.
-Per ovviare a questo il significato del \texttt{backlog} è stato cambiato a
-significare la lunghezza della coda delle connessioni complete. La lunghezza
+Per ovviare a questo il significato del \param{backlog} è stato cambiato a
+indicare la lunghezza della coda delle connessioni complete. La lunghezza
della coda delle connessioni incomplete può essere ancora controllata usando
-la \texttt{sysctl} o scrivendola direttamente in
-\texttt{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_max\_syn\_backlog}. Quando si attiva la
+la funzione \func{sysctl} con il parametro \const{NET\_TCP\_MAX\_SYN\_BACKLOG}
+o scrivendola direttamente in
+\file{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_max\_syn\_backlog}. Quando si attiva la
protezione dei syncookies però (con l'opzione da compilare nel kernel e da
-attivare usando \texttt{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syncookies}) questo valore
-viene ignorato e non esiste più un valore massimo.
+attivare usando \file{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syncookies}) questo valore viene
+ignorato e non esiste più un valore massimo. In ogni caso in Linux il valore
+di \param{backlog} viene troncato ad un massimo di \const{SOMAXCONN} se è
+superiore a detta costante (che di default vale 128).
-La scelta storica per il valore di questo parametro è di 5, e alcuni vecchi
+La scelta storica per il valore di questo parametro era di 5, e alcuni vecchi
kernel non supportavano neanche valori superiori, ma la situazione corrente è
-molto cambiata dagli anni '80 e con server web che possono sopportare diversi
-milioni di connessioni al giorno un tale valore non è più adeguato. Non esiste
+molto cambiata per via della presenza di server web che devono gestire un gran
+numero di connessioni per cui un tale valore non è più adeguato. Non esiste
comunque una risposta univoca per la scelta del valore, per questo non
-conviene specificare questo valore con una costante (il cui cambiamento
-richiederebbe la ricompilazione del server) ma usare piuttosto una variabile
-di ambiente (vedi \secref{sec:xxx_env_var}). Lo Stevens tratta accuratamente
-questo argomento, con esempi presi da casi reali su web server, ed in
-particolare evidenzia come non sia più vero che la ragione della coda è quella
-di gestire il caso in cui il server è occupato fra chiamate successive alla
-\texttt{accept} (per cui la coda più occupata sarebbe quella delle connessioni
-compeltate), ma è invece necessaria a gestire la presenza di un gran numero di
-SYN in attesa di completare il three-way handshake.
-
-Come accennato nel caso del TCP se un SYN arriva con tutte le code piene, il
-pacchetto sarà ignorato. Questo viene fatto perché la condizione delle code
-piene è transitoria, e se il client ristrasmette il SYN è probabile che
-passato un po' di tempo possa trovare lo spazio per una nuova connessione. Se
-invece si rispondesse con un RST la \texttt{connect} del client ritornerebbe
-con una condizione di errore, mentre questo è il tipico caso in cui è si può
-lasciare la gestione della connessione alla ritrasmissione prevista dal
-protocollo TCP.
-
-
+conviene specificarlo con una costante (il cui cambiamento richiederebbe la
+ricompilazione del server) ma usare piuttosto una variabile di ambiente (vedi
+\secref{sec:proc_environ}).
+
+Stevens tratta accuratamente questo argomento in \cite{UNP1}, con esempi presi
+da casi reali su web server, ed in particolare evidenzia come non sia più vero
+che il compito principale della coda sia quello di gestire il caso in cui il
+server è occupato fra chiamate successive alla \func{accept} (per cui la coda
+più occupata sarebbe quella delle connessioni completate), ma piuttosto quello
+di gestire la presenza di un gran numero di SYN in attesa di concludere il
+three way handshake.
+
+Infine va messo in evidenza che, nel caso di socket TCP, quando un SYN arriva
+con tutte le code piene, il pacchetto deve essere ignorato. Questo perché la
+condizione in cui le code sono piene è ovviamente transitoria, per cui se il
+client ritrasmette il SYN è probabile che passato un po' di tempo possa
+trovare nella coda lo spazio per una nuova connessione. Se invece si
+rispondesse con un RST, per indicare l'impossibilità di effettuare la
+connessione, la chiamata a \func{connect} nel client ritornerebbe con una
+condizione di errore, costringendo a inserire nell'applicazione la gestione
+dei tentativi di riconnessione, che invece può essere effettuata in maniera
+trasparente dal protocollo TCP.
+
+
+\subsection{La funzione \func{accept}}
+\label{sec:TCP_func_accept}
+
+La funzione \funcd{accept} è chiamata da un server per gestire la connessione
+una volta che sia stato completato il \textit{three way handshake}, la
+funzione restituisce un nuovo socket descriptor su cui si potrà operare per
+effettuare la comunicazione. Se non ci sono connessioni completate il processo
+viene messo in attesa. Il prototipo della funzione è il seguente:
+\begin{prototype}{sys/socket.h}
+{int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen\_t *addrlen)}
+
+ Accetta una connessione sul socket specificato.
+
+ \bodydesc{La funzione restituisce un numero di socket descriptor positivo in
+ caso di successo e -1 in caso di errore, nel qual caso \var{errno} viene
+ impostata ai seguenti valori:
-\subsection{La funzione \texttt{accept}}
-\label{sec:TCPel_func_accept}
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{sockfd} non è un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{ENOTSOCK}] l'argomento \param{sockfd} non è un socket.
+ \item[\errcode{EOPNOTSUPP}] il socket è di un tipo che non supporta questa
+ operazione.
+ \item[\errcode{EAGAIN} o \errcode{EWOULDBLOCK}] il socket è stato impostato
+ come non bloccante (vedi \secref{sec:file_noblocking}), e non ci sono
+ connessioni in attesa di essere accettate.
+ \item[\errcode{EPERM}] Le regole del firewall non consentono la connessione.
+ \item[\errcode{ENOBUFS}, \errcode{ENOMEM}] questo spesso significa che
+ l'allocazione della memoria è limitata dai limiti sui buffer dei socket,
+ non dalla memoria di sistema.
+ \item[\errcode{EINTR}] La funzione è stata interrotta da un segnale.
+ \end{errlist}
+ Inoltre possono essere restituiti gli errori di rete relativi al nuovo
+ socket, diversi a secondo del protocollo, come: \errval{EMFILE},
+ \errval{EINVAL}, \errval{ENOSR}, \errval{ENOBUFS}, \errval{EFAULT},
+ \errval{EPERM}, \errval{ECONNABORTED}, \errval{ESOCKTNOSUPPORT},
+ \errval{EPROTONOSUPPORT}, \errval{ETIMEDOUT}, \errval{ERESTARTSYS}.}
+\end{prototype}
+La funzione estrae la prima connessione relativa al socket \param{sockfd} in
+attesa sulla coda delle connessioni complete, che associa ad nuovo socket con
+le stesse caratteristiche di \param{sockfd}. Il socket originale non viene
+toccato e resta nello stato di \texttt{LISTEN}, mentre il nuovo socket viene
+posto nello stato \texttt{ESTABLISHED}. Nella struttura \param{addr} e nella
+variabile \param{addrlen} vengono restituiti indirizzo e relativa lunghezza
+del client che si è connesso.
+
+I due argomenti \param{addr} e \param{addrlen} (si noti che quest'ultimo è
+passato per indirizzo per avere indietro il valore) sono usati per ottenere
+l'indirizzo del client da cui proviene la connessione. Prima della chiamata
+\param{addrlen} deve essere inizializzato alle dimensioni della struttura il
+cui indirizzo è passato come argomento in \param{addr}; al ritorno della
+funzione \param{addrlen} conterrà il numero di byte scritti dentro
+\param{addr}. Se questa informazione non interessa basterà inizializzare a
+\val{NULL} detti puntatori.
+
+Se la funzione ha successo restituisce il descrittore di un nuovo socket
+creato dal kernel (detto \textit{connected socket}) a cui viene associata la
+prima connessione completa (estratta dalla relativa coda, vedi
+\secref{sec:TCP_func_listen}) che il client ha effettuato verso il socket
+\param{sockfd}. Quest'ultimo (detto \textit{listening socket}) è quello creato
+all'inizio e messo in ascolto con \func{listen}, e non viene toccato dalla
+funzione. Se non ci sono connessioni pendenti da accettare la funzione mette
+in attesa il processo\footnote{a meno che non si sia impostato il socket per
+ essere non bloccante (vedi \secref{sec:file_noblocking}), nel qual caso
+ ritorna con l'errore \errcode{EAGAIN}. Torneremo su questa modalità di
+ operazione in \secref{sec:xxx_sock_noblock}.} fintanto che non ne arriva
+una.
+
+La funzione può essere usata solo con socket che supportino la connessione
+(cioè di tipo \const{SOCK\_STREAM}, \const{SOCK\_SEQPACKET} o
+\const{SOCK\_RDM}). Per alcuni protocolli che richiedono una conferma
+esplicita della connessione,\footnote{attualmente in Linux solo DECnet ha
+ questo comportamento.} la funzione opera solo l'estrazione dalla coda delle
+connessioni, la conferma della connessione viene eseguita implicitamente dalla
+prima chiamata ad una \func{read} o una \func{write}, mentre il rifiuto della
+connessione viene eseguito con la funzione \func{close}.
+
+È da chiarire che Linux presenta un comportamento diverso nella gestione degli
+errori rispetto ad altre implementazioni dei socket BSD, infatti la funzione
+\func{accept} passa gli errori di rete pendenti sul nuovo socket come codici
+di errore per \func{accept}, per cui l'applicazione deve tenerne conto ed
+eventualmente ripetere la chiamata alla funzione come per l'errore di
+\errcode{EAGAIN}. Un'altra differenza con BSD è che la funzione non fa
+ereditare al nuovo socket i flag del socket originale, come
+\const{O\_NONBLOCK},\footnote{ed in generale tutti quelli che si possono
+ impostare con \func{fcntl}, vedi \secref{sec:file_fcntl}.} che devono essere
+rispecificati ogni volta. Tutto questo deve essere tenuto in conto se si
+devono scrivere programmi portabili.
+
+Il meccanismo di funzionamento di \func{accept} è essenziale per capire il
+funzionamento di un server: in generale infatti c'è sempre un solo socket in
+ascolto, detto per questo \textit{listening socket}, che resta per tutto il
+tempo nello stato \texttt{LISTEN}, mentre le connessioni vengono gestite dai
+nuovi socket, detti \textit{connected socket}, ritornati da \func{accept}, che
+si trovano automaticamente nello stato \texttt{ESTABLISHED}, e vengono
+utilizzati per lo scambio dei dati, che avviene su di essi, fino alla chiusura
+della connessione. Si può riconoscere questo schema anche nell'esempio
+elementare di \figref{fig:TCP_daytime_iter_server_code}, dove per ogni
+connessione il socket creato da \func{accept} viene chiuso dopo l'invio dei
+dati.
+
+
+\subsection{Le funzioni \func{getsockname} e \func{getpeername}}
+\label{sec:TCP_get_names}
+
+Oltre a tutte quelle viste finora, dedicate all'utilizzo dei socket, esistono
+alcune funzioni ausiliarie che possono essere usate per recuperare alcune
+informazioni relative ai socket ed alle connessioni ad essi associate. Le due
+funzioni più elementari sono queste, che vengono usate per ottenere i dati
+relativi alla socket pair associata ad un certo socket.
+
+La prima funzione è \funcd{getsockname} e serve ad ottenere l'indirizzo locale
+associato ad un socket; il suo prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/socket.h}
+ {int getsockname(int sockfd, struct sockaddr * name, socklen\_t * namelen)}
+ Legge l'indirizzo locale di un socket.
+\bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore. I codici di errore restituiti in \var{errno} sono i seguenti:
+ \begin{errlist}
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{sockfd} non è un file descriptor
+ valido.
+ \item[\errcode{ENOTSOCK}] l'argomento \param{sockfd} non è un socket.
+ \item[\errcode{ENOBUFS}] non ci sono risorse sufficienti nel sistema per
+ eseguire l'operazione.
+ \item[\errcode{EFAULT}] l'indirizzo \param{name} non è valido.
+ \end{errlist}}
+\end{prototype}
-\begin{prototype}{sys/socket.h}{int listen(int sockfd, struct sockaddr *addr,
- socklen_t *addrlen); }
+La funzione restituisce la struttura degli indirizzi del socket \param{sockfd}
+nella struttura indicata dal puntatore \param{name} la cui lunghezza è
+specificata tramite l'argomento \param{namlen}. Quest'ultimo viene passato
+come indirizzo per avere indietro anche il numero di byte effettivamente
+scritti nella struttura puntata da \param{name}. Si tenga presente che se si è
+utilizzato un buffer troppo piccolo per \param{name} l'indirizzo risulterà
+troncato.
+
+La funzione si usa tutte le volte che si vuole avere l'indirizzo locale di un
+socket; ad esempio può essere usata da un client (che usualmente non chiama
+\func{bind}) per ottenere numero IP e porta locale associati al socket
+restituito da una \func{connect}, o da un server che ha chiamato \func{bind}
+su un socket usando 0 come porta locale per ottenere il numero di porta
+effimera assegnato dal kernel.
+
+Inoltre quando un server esegue una \func{bind} su un indirizzo generico, se
+chiamata dopo il completamento di una connessione sul socket restituito da
+\func{accept}, restituisce l'indirizzo locale che il kernel ha assegnato a
+quella connessione.
+
+Tutte le volte che si vuole avere l'indirizzo remoto di un socket si usa la
+funzione \funcd{getpeername}, il cui prototipo è:
+\begin{prototype}{sys/socket.h}
+ {int getpeername(int sockfd, struct sockaddr * name, socklen\_t * namelen)}
+ Legge l'indirizzo remoto di un socket.
- La funzione restituisce 0 in caso di successo e ... . I
- codici di errore restituiti in \texttt{errno} sono i seguenti:
+ \bodydesc{La funzione restituisce 0 in caso di successo e -1 in caso di
+ errore. I codici di errore restituiti in \var{errno} sono i seguenti:
\begin{errlist}
- \item \texttt{EBADF} L'argomento \texttt{sockfd} non è un file descriptor
+ \item[\errcode{EBADF}] l'argomento \param{sockfd} non è un file descriptor
valido.
- \item \texttt{ENOTSOCK} L'argomento \texttt{sockfd} non è un socket.
- \item \texttt{EOPNOTSUPP} Il socket è di un tipo che non supporta questa
- operazione.
-
- \item \texttt{EAGAIN} or \item \texttt{EWOULDBLOCK} Il socket è stato
- settato come non bloccante, e non ci sono connessioni in attesa di essere
- accettate.
-
- \item \texttt{EFAULT} The addr parameter is not in a writable part of the
- user address space.
-
- \item \texttt{EPERM} Firewall rules forbid connection.
-
- \item \texttt{ENOBUFS, ENOMEM} Not enough free memory. This often means
- that the memory allocation is limited by the socket buffer limits, not by
- the system memory.
- \end{errlist}
+ \item[\errcode{ENOTSOCK}] l'argomento \param{sockfd} non è un socket.
+ \item[\errcode{ENOTCONN}] il socket non è connesso.
+ \item[\errcode{ENOBUFS}] non ci sono risorse sufficienti nel sistema per
+ eseguire l'operazione.
+ \item[\errcode{EFAULT}] l'argomento \param{name} punta al di fuori dello
+ spazio di indirizzi del processo.
+ \end{errlist}}
\end{prototype}
-\section{Una semplice implementazione del servizio \texttt{echo} su TCP}
-\label{sec:TCPel_echo_example}
+La funzione è identica a \func{getsockname}, ed usa la stessa sintassi, ma
+restituisce l'indirizzo remoto del socket, cioè quello associato all'altro
+capo della connessione. Ci si può chiedere a cosa serva questa funzione dato
+che dal lato client l'indirizzo remoto è sempre noto quando si esegue la
+\func{connect} mentre dal lato server si possono usare, come vedremo in
+\figref{fig:TCP_daytime_cunc_server_code}, i valori di ritorno di
+\func{accept}.
+
+Il fatto è che in generale quest'ultimo caso non è sempre possibile. In
+particolare questo avviene quando il server, invece di gestire la connessione
+direttamente in un processo figlio, come vedremo nell'esempio di server
+concorrente di \secref{sec:TCP_daytime_cunc_server}, lancia per ciascuna
+connessione un altro programma, usando \func{exec}.\footnote{questa ad esempio
+ è la modalità con cui opera il \textsl{super-server} \cmd{inetd}, che può
+ gestire tutta una serie di servizi diversi, eseguendo su ogni connessione
+ ricevuta sulle porte tenute sotto controllo, il relativo server.}
+
+In questo caso benché il processo figlio abbia una immagine della memoria che
+è copia di quella del processo padre (e contiene quindi anche la struttura
+ritornata da \func{accept}), all'esecuzione di \func{exec} verrà caricata in
+memoria l'immagine del programma eseguito, che a questo punto perde ogni
+riferimento ai valori tornati da \func{accept}. Il socket descriptor però
+resta aperto, e se si è seguita una opportuna convenzione per rendere noto al
+programma eseguito qual'è il socket connesso, \footnote{ad esempio il solito
+ \cmd{inetd} fa sempre in modo che i file descriptor 0, 1 e 2 corrispondano
+ al socket connesso.} quest'ultimo potrà usare la funzione \func{getpeername}
+per determinare l'indirizzo remoto del client.
+
+Infine è da chiarire (si legga la pagina di manuale) che, come per
+\func{accept}, il terzo parametro, che è specificato dallo standard POSIX.1g
+come di tipo \code{socklen\_t *} in realtà deve sempre corrispondere ad un
+\ctyp{int *} come prima dello standard perché tutte le implementazioni dei
+socket BSD fanno questa assunzione.
+
+
+\subsection{La funzione \func{close}}
+\label{sec:TCP_func_close}
+
+La funzione standard Unix \func{close} (vedi \secref{sec:file_close}) che si
+usa sui file può essere usata con lo stesso effetto anche sui file descriptor
+associati ad un socket.
+
+L'azione di questa funzione quando applicata a socket è di marcarlo come
+chiuso e ritornare immediatamente al processo. Una volta chiamata il socket
+descriptor non è più utilizzabile dal processo e non può essere usato come
+argomento per una \func{write} o una \func{read} (anche se l'altro capo della
+connessione non avesse chiuso la sua parte). Il kernel invierà comunque tutti
+i dati che ha in coda prima di iniziare la sequenza di chiusura.
+
+Vedremo più avanti in \secref{sec:TCP_so_linger} come è possibile cambiare
+questo comportamento, e cosa deve essere fatto perché il processo possa
+assicurarsi che l'altro capo abbia ricevuto tutti i dati.
+
+Come per tutti i file descriptor anche per i socket viene mantenuto un numero
+di riferimenti, per cui se più di un processo ha lo stesso socket aperto
+l'emissione del FIN e la sequenza di chiusura di TCP non viene innescata
+fintanto che il numero di riferimenti non si annulla, questo si applica, come
+visto in \secref{sec:file_sharing}, sia ai file descriptor duplicati che a
+quelli ereditati dagli eventuali processi figli, ed è il comportamento che ci
+si aspetta in una qualunque applicazione client/server.
+
+Per attivare immediatamente l'emissione del FIN e la sequenza di chiusura
+descritta in \secref{sec:TCP_conn_term}, si può invece usare la funzione
+\func{shutdown} su cui torneremo in seguito (vedi \secref{sec:xxx_shutdown}).
+
+
+
+\section{Un esempio elementare: il servizio \textit{daytime}}
+\label{sec:TCP_daytime_application}
+
+Avendo introdotto le funzioni di base per la gestione dei socket, potremo
+vedere in questa sezione un primo esempio di applicazione elementare che
+implementa il servizio \textit{daytime} su TCP, secondo quanto specificato
+dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0867.txt}{RFC~867}. Prima di passare
+agli esempi del client e del server, inizieremo riesaminando con maggiori
+dettagli una peculiarità delle funzioni di I/O, già accennata in
+\secref{sec:file_read} e \secref{sec:file_write}, che nel caso dei socket è
+particolarmente rilevante. Passeremo poi ad illustrare gli esempi
+dell'implementazione, sia dal lato client, che dal lato server, che si è
+realizzato sia in forma iterativa che concorrente.
+
+
+\subsection{Il comportamento delle funzioni di I/O}
+\label{sec:sock_io_behav}
+
+Una cosa che si tende a dimenticare quando si ha a che fare con i socket è che
+le funzioni di input/output non sempre hanno lo stesso comportamento che
+avrebbero con i normali file di dati (in particolare questo accade per i
+socket di tipo stream).
+
+Infatti con i socket è comune che funzioni come \func{read} o \func{write}
+possano restituire in input o scrivere in output un numero di byte minore di
+quello richiesto. Come già accennato in \secref{sec:file_read} questo è un
+comportamento normale per l'I/O su file, ma con i normali file di dati il
+problema si avverte solo quando si incontra la fine del file. In generale non
+è così, e con i socket questo è particolarmente evidente.
+
+
+\begin{figure}[htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/FullRead.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La funzione \func{FullRead}, che legge esattamente \var{count} byte
+ da un file descriptor, iterando opportunamente le letture.}
+ \label{fig:sock_FullRead_code}
+\end{figure}
+
+Quando ci si trova ad affrontare questo comportamento tutto quello che si deve
+fare è semplicemente ripetere la lettura (o la scrittura) per la quantità di
+byte restanti, tenendo conto che le funzioni si possono bloccare se i dati non
+sono disponibili: è lo stesso comportamento che si può avere scrivendo più di
+\const{PIPE\_BUF} byte in una pipe (si riveda quanto detto in
+\secref{sec:ipc_pipes}).
+
+Per questo motivo, seguendo l'esempio di R. W. Stevens in \cite{UNP1}, si sono
+definite due funzioni, \func{FullRead} e \func{FullWrite}, che eseguono
+lettura e scrittura tenendo conto di questa caratteristica, ed in grado di
+ritornare solo dopo avere letto o scritto esattamente il numero di byte
+specificato; il sorgente è riportato rispettivamente in
+\figref{fig:sock_FullRead_code} e \figref{fig:sock_FullWrite_code} ed è
+disponibile fra i sorgenti allegati alla guida nei file \file{FullRead.c} e
+\file{FullWrite.c}.
+
+\begin{figure}[htb]
+ \centering
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/FullWrite.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{La funzione \func{FullWrite}, che scrive esattamente \var{count}
+ byte su un file descriptor, iterando opportunamente le scritture.}
+ \label{fig:sock_FullWrite_code}
+\end{figure}
+
+Come si può notare le due funzioni ripetono la lettura/scrittura in un ciclo
+fino all'esaurimento del numero di byte richiesti, in caso di errore viene
+controllato se questo è \errcode{EINTR} (cioè un'interruzione della system
+call dovuta ad un segnale), nel qual caso l'accesso viene ripetuto, altrimenti
+l'errore viene ritornato al programma chiamante, interrompendo il ciclo.
+
+Nel caso della lettura, se il numero di byte letti è zero, significa che si è
+arrivati alla fine del file (per i socket questo significa in genere che
+l'altro capo è stato chiuso, e quindi non sarà più possibile leggere niente) e
+pertanto si ritorna senza aver concluso la lettura di tutti i byte richiesti.
+
+
+\subsection{Il client \textit{daytime}}
+\label{sec:TCP_daytime_client}
+
+Il primo esempio di applicazione delle funzioni di base illustrate in
+precedenza è relativo alla creazione di un client elementare per il servizio
+\textit{daytime}, un servizio elementare, definito
+nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0867.txt}{RFC~867}, che restituisce
+l'ora locale della macchina a cui si effettua la richiesta, e che è assegnato
+alla porta 13.
+
+In \figref{fig:TCP_daytime_client_code} è riportata la sezione principale del
+codice del nostro client. Il sorgente completo del programma
+(\file{TCP\_daytime.c}, che comprende il trattamento delle opzioni ed 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
+GNU/Linux.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/TCP_daytime.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio
+ \textit{daytime}.}
+ \label{fig:TCP_daytime_client_code}
+\end{figure}
+Il programma anzitutto (\texttt{\small 1--5}) include gli header necessari;
+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 funzioni illustrate in
+\secref{sec:proc_opt_handling}).
+
+Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un socket TCP (quindi di tipo
+\const{SOCK\_STREAM} e di famiglia \const{AF\_INET}). La funzione
+\func{socket} ritorna il descrittore che viene usato per identificare il
+socket in tutte le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si
+stampa un errore (\texttt{\small 16}) con la funzione \func{perror} e si esce
+(\texttt{\small 16}) con un codice di errore.
+
+Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire un'apposita
+struttura \struct{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
+il numero della porta del servizio. Il primo passo (\texttt{\small 20}) è
+inizializzare tutto a zero, per poi inserire il tipo di indirizzo
+(\texttt{\small 21}) e la porta (\texttt{\small 22}), usando per quest'ultima
+la funzione \func{htons} per convertire il formato dell'intero usato dal
+computer a quello usato nella rete, infine \texttt{\small 23--27} si può
+utilizzare la funzione \func{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico
+passato dalla linea di comando.
+
+A questo punto (\texttt{\small 28--32}) usando la funzione \func{connect} sul
+socket creato in precedenza (\texttt{\small 29}) si può stabilire la
+connessione con il server. Per questo si deve utilizzare come secondo
+argomento la struttura preparata in precedenza con il relativo indirizzo; si
+noti come, esistendo diversi tipi di socket, si sia dovuto effettuare un cast.
+Un valore di ritorno della funzione negativo implica il fallimento della
+connessione, nel qual caso si stampa un errore (\texttt{\small 30}) e si
+ritorna (\texttt{\small 31}).
+
+Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
+ 34--40}) è leggere la data dal socket; il protocollo prevede che il server
+invii sempre una stringa alfanumerica, il formato della stringa non è
+specificato dallo standard, per cui noi useremo il formato usato dalla
+funzione \func{ctime}, seguito dai caratteri di terminazione \verb|\r\n|, cioè
+qualcosa del tipo:
+\begin{verbatim}
+Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n
+\end{verbatim}
+questa viene letta dal socket (\texttt{\small 34}) con la funzione \func{read}
+in un buffer temporaneo; la stringa poi deve essere terminata (\texttt{\small
+ 35}) con il solito carattere nullo per poter essere stampata (\texttt{\small
+ 36}) sullo standard output con l'uso di \func{fputs}.
+
+Come si è già spiegato in \secref{sec:sock_io_behav} la risposta dal socket
+potrà arrivare in un unico pacchetto di 26 byte (come avverrà senz'altro nel
+caso in questione) ma potrebbe anche arrivare in 26 pacchetti di un byte. Per
+questo nel caso generale non si può mai assumere che tutti i dati arrivino con
+una singola lettura, pertanto quest'ultima deve essere effettuata in un ciclo
+in cui si continui a leggere fintanto che la funzione \func{read} non ritorni
+uno zero (che significa che l'altro capo ha chiuso la connessione) o un numero
+minore di zero (che significa un errore nella connessione).
+
+Si noti come in questo caso la fine dei dati sia specificata dal server che
+chiude la connessione (anche questo è quanto richiesto dal protocollo); questa
+è una delle tecniche possibili (è quella usata pure dal protocollo HTTP), ma
+ce ne possono essere altre, ad esempio FTP marca la conclusione di un blocco
+di dati con la sequenza ASCII \verb|\r\n| (carriage return e line feed),
+mentre il DNS mette la lunghezza in testa ad ogni blocco che trasmette. Il
+punto essenziale è che TCP non provvede nessuna indicazione che permetta di
+marcare dei blocchi di dati, per cui se questo è necessario deve provvedere il
+programma stesso.
+
+Se abilitiamo il servizio \textit{daytime}\footnote{in genere questo viene
+ fornito direttamente dal \textsl{superdemone} \texttt{inetd}, pertanto basta
+ assicurarsi che esso sia abilitato nel relativo file di configurazione.}
+possiamo verificare il funzionamento del nostro client, avremo allora:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@gont sources]$ ./daytime 127.0.0.1
+Mon Apr 21 20:46:11 2003
+\end{verbatim}%$
+e come si vede tutto funziona regolarmente.
+
+
+\subsection{Un server \textit{daytime} iterativo}
+\label{sec:TCP_daytime_iter_server}
+
+Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
+elementare, che sia anche in grado di rispondere al precedente client. Come
+primo esempio realizzeremo un server iterativo, in grado di fornire una sola
+risposta alla volta. Il codice del programma è nuovamente mostrato in
+\figref{fig:TCP_daytime_iter_server_code}, il sorgente completo
+(\file{TCP\_iter\_daytimed.c}) è allegato insieme agli altri file degli esempi.
+
+\begin{figure}[!htbp]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/TCP_iter_daytimed.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
+ \label{fig:TCP_daytime_iter_server_code}
+\end{figure}
+
+Come per il client si includono (\texttt{\small 1--9}) gli header necessari a
+cui è aggiunto quello per trattare i tempi, e si definiscono (\texttt{\small
+ 14--18}) alcune costanti e le variabili necessarie in seguito. Come nel caso
+precedente si sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da
+riga di comando.
+
+La creazione del socket (\texttt{\small 20--24}) è analoga al caso precedente,
+come pure l'inizializzazione (\texttt{\small 25--29}) della struttura
+\struct{sockaddr\_in}. Anche in questo caso (\texttt{\small 28}) si usa la
+porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo IP si usa
+(\texttt{\small 27}) il valore predefinito \const{INET\_ANY}, che corrisponde
+all'indirizzo generico.
+
+Si effettua poi (\texttt{\small 30--34}) la chiamata alla funzione \func{bind}
+che permette di associare la precedente struttura al socket, in modo che
+quest'ultimo possa essere usato per accettare connessioni su una qualunque
+delle interfacce di rete locali. In caso di errore si stampa (\texttt{\small
+ 31}) un messaggio, e si termina (\texttt{\small 32}) immediatamente il
+programma.
+
+Il passo successivo (\texttt{\small 35--39}) è quello di mettere ``in
+ascolto'' il socket; questo viene fatto (\texttt{\small 36}) con la funzione
+\func{listen} che dice al kernel di accettare connessioni per il socket che
+abbiamo creato; la funzione indica inoltre, con il secondo parametro, il
+numero massimo di connessioni che il kernel accetterà di mettere in coda per
+il suddetto socket. Di nuovo in caso di errore si stampa (\texttt{\small 37})
+un messaggio, e si esce (\texttt{\small 38}) immediatamente.
+
+La chiamata a \func{listen} completa la preparazione del socket per l'ascolto
+(che viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto si può
+procedere con il ciclo principale (\texttt{\small 40--53}) che viene eseguito
+indefinitamente. Il primo passo (\texttt{\small 42}) è porsi in attesa di
+connessioni con la chiamata alla funzione \func{accept}, come in precedenza in
+caso di errore si stampa (\texttt{\small 43}) un messaggio, e si esce
+(\texttt{\small 44}).
+
+Il processo resterà in stato di \textit{sleep} fin quando non arriva e viene
+accettata una connessione da un client; quando questo avviene \func{accept}
+ritorna, restituendo un secondo descrittore, che viene chiamato
+\textit{connected descriptor}, e che è quello che verrà usato dalla successiva
+chiamata alla \func{write} per scrivere la risposta al client.
+
+Il ciclo quindi proseguirà determinando (\texttt{\small 46}) il tempo corrente
+con una chiamata a \texttt{time}, con il quale si potrà opportunamente
+costruire (\texttt{\small 47}) la stringa con la data da trasmettere
+(\texttt{\small 48}) con la chiamata a \func{write}. Completata la
+trasmissione il nuovo socket viene chiuso (\texttt{\small 52}). A questo
+punto il ciclo si chiude ricominciando da capo in modo da poter ripetere
+l'invio della data in risposta ad una successiva connessione.
+
+È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti, a
+parte il fatto di poter essere usato solo con indirizzi IPv4, esso è in grado
+di rispondere ad un solo un client alla volta: è cioè, come dicevamo, un
+\textsl{server iterativo}. Inoltre è scritto per essere lanciato da linea di
+comando, se lo si volesse utilizzare come demone occorrerebbero le opportune
+modifiche\footnote{come una chiamata a \func{daemon} prima dell'inizio del
+ ciclo principale.} per tener conto di quanto illustrato in
+\secref{sec:sess_daemon}. Si noti anche che non si è inserita nessuna forma di
+gestione della terminazione del processo, dato che tutti i file descriptor
+vengono chiusi automaticamente alla sua uscita, e che, non generando figli,
+non è necessario preoccuparsi di gestire la loro terminazione.
+
+
+\subsection{Un server \textit{daytime} concorrente}
+\label{sec:TCP_daytime_cunc_server}
+
+Il server \texttt{daytime} dell'esempio in
+\secref{sec:TCP_daytime_iter_server} è un tipico esempio di server iterativo,
+in cui viene servita una richiesta alla volta; in generale però, specie se il
+servizio è più complesso e comporta uno scambio di dati più sostanzioso di
+quello in questione, non è opportuno bloccare un server nel servizio di un
+client per volta; per questo si ricorre alle capacità di multitasking del
+sistema.
+
+Come accennato anche in \secref{sec:proc_gen} una delle modalità più comuni di
+funzionamento da parte dei server è quella di usare la funzione \func{fork}
+per creare, ad ogni richiesta da parte di un client, un processo figlio che si
+incarichi della gestione della comunicazione. Si è allora riscritto il server
+\textit{daytime} dell'esempio precedente in forma concorrente, inserendo anche
+una opzione per la stampa degli indirizzi delle connessioni ricevute.
+
+In \figref{fig:TCP_daytime_cunc_server_code} è mostrato un estratto del
+codice, in cui si sono tralasciati il trattamento delle opzioni e le parti
+rimaste invariate rispetto al precedente esempio (cioè tutta la parte
+riguardante l'apertura passiva del socket). Al solito il sorgente completo del
+server, nel file \file{TCP\_cunc\_daytimed.c}, è allegato insieme ai sorgenti
+degli altri esempi.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15cm}
+ \includecodesample{listati/TCP_cunc_daytimed.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Esempio di codice di un server concorrente elementare per il
+ servizio daytime.}
+ \label{fig:TCP_daytime_cunc_server_code}
+\end{figure}
+Stavolta (\texttt{\small 21--25}) la funzione \func{accept} è chiamata
+fornendo una struttura di indirizzi in cui saranno ritornati l'indirizzo IP e
+la porta da cui il client effettua la connessione, che in un secondo tempo,
+(\texttt{\small 39--43}), se il logging è abilitato, stamperemo sullo standard
+output.
+
+Quando \func{accept} ritorna il server chiama la funzione \func{fork}
+(\texttt{\small 26--30}) per creare il processo figlio che effettuerà
+(\texttt{\small 31--45}) tutte le operazioni relative a quella connessione,
+mentre il padre proseguirà l'esecuzione del ciclo principale in attesa di
+ulteriori connessioni.
+
+Si noti come il figlio operi solo sul socket connesso, chiudendo
+immediatamente (\texttt{\small 32}) il socket \var{list\_fd}; mentre il padre
+continua ad operare solo sul socket in ascolto chiudendo (\texttt{\small 47})
+\var{sock\_fd} al ritorno dalla \func{fork}. Per quanto abbiamo detto in
+\secref{sec:TCP_func_close} nessuna delle due chiamate a \func{close} causa
+l'innesco della sequenza di chiusura perché il numero di riferimenti al file
+descriptor non si è annullato.
+
+Infatti subito dopo la creazione del socket \var{list\_fd} ha una referenza, e
+lo stesso vale per \var{sock\_fd} dopo il ritorno di \func{accept}, ma dopo la
+\func{fork} i descrittori vengono duplicati nel padre e nel figlio per cui
+entrambi i socket si trovano con due referenze. Questo fa si che quando il
+padre chiude \var{sock\_fd} esso resta con una referenza da parte del figlio,
+e sarà definitivamente chiuso solo quando quest'ultimo, dopo aver completato
+le sue operazioni, chiamerà (\texttt{\small 44}) la funzione \func{close}.
+
+In realtà per il figlio non sarebbe necessaria nessuna chiamata a
+\func{close}, in quanto con la \func{exit} finale (\texttt{\small 45}) tutti i
+file descriptor, quindi anche quelli associati ai socket, vengono
+automaticamente chiusi. Tuttavia si è preferito effettuare esplicitamente le
+chiusure per avere una maggiore chiarezza del codice, e per evitare eventuali
+errori, prevenendo ad esempio un uso involontario del \textit{listening
+ descriptor}.
+
+Si noti invece come sia essenziale che il padre chiuda ogni volta il socket
+connesso dopo la \func{fork}; se così non fosse nessuno di questi socket
+sarebbe effettivamente chiuso dato che alla chiusura da parte del figlio
+resterebbe ancora un riferimento nel padre. Si avrebbero così due effetti: il
+padre potrebbe esaurire i descrittori disponibili (che sono un numero limitato
+per ogni processo) e soprattutto nessuna delle connessioni con i client
+verrebbe chiusa.
+
+Come per ogni server iterativo il lavoro di risposta viene eseguito
+interamente dal processo figlio. Questo si incarica (\texttt{\small 33}) di
+chiamare \func{time} per leggere il tempo corrente, e di stamparlo
+(\texttt{\small 34}) sulla stringa contenuta in \var{buffer} con l'uso di
+\func{snprintf} e \func{ctime}. Poi la stringa viene scritta (\texttt{\small
+ 35--38}) sul socket, controllando che non ci siano errori. Anche in questo
+caso si è evitato il ricorso a \func{FullWrite} in quanto la stringa è
+estremamente breve e verrà senz'altro scritta in un singolo segmento.
+
+Inoltre nel caso sia stato abilitato il \textit{logging} delle connessioni, si
+provvede anche (\texttt{\small 39--42}) a stampare sullo standard output
+l'indirizzo e la porta da cui il client ha effettuato la connessione, usando
+i valori contenuti nelle strutture restituite da \func{accept}, eseguendo le
+opportune conversioni con \func{inet\_ntop} e \func{atohs}.
+
+Ancora una volta l'esempio è estremamente semplificato, si noti come di nuovo
+non si sia gestita né la terminazione del processo né il suo uso come demone,
+che tra l'altro sarebbe stato incompatibile con l'uso della opzione di logging
+che stampa gli indirizzi delle connessioni sullo standard output. Un altro
+aspetto tralasciato è la gestione della terminazione dei processi figli,
+torneremo su questo più avanti quando tratteremo alcuni esempi di server più
+complessi.
+
+
+
+\section{Un esempio più completo: il servizio \textit{echo}}
+\label{sec:TCP_echo_application}
+
+L'esempio precedente, basato sul servizio \textit{daytime}, è un esempio molto
+elementare, in cui il flusso dei dati va solo nella direzione dal server al
+client. In questa sezione esamineremo un esempio di applicazione client/server
+un po' più complessa, che usi i socket TCP per una comunicazione in entrambe
+le direzioni, implementando il servizio standard \textit{echo}, così come
+definito dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0862.txt}{RFC~862}.
+
+Si è scelto, seguendo l'esempio di \cite{UNP1}, di usare questo servizio, che
+si limita a restituire in uscita quanto immesso in ingresso, perché nonostante
+la sua estrema semplicità costituisce il prototipo ideale di una generica
+applicazione di rete in cui un server risponde alle richieste di un client;
+nel caso di una applicazione più complessa si potrà avere in più una
+elaborazione dell'input del client da parte del server nel fornire le risposte
+in uscita.
+
+Ci limiteremo per ora ad una implementazione elementare, che usi solo le
+funzioni di base, ma prenderemo in esame, oltre al comportamento in condizioni
+normali, anche tutti i possibili scenari particolari (errori, sconnessione
+della rete, crash del client o del server durante la connessione) che possono
+avere luogo durante l'impiego di un'applicazione di rete, partendo da una
+versione primitiva che dovrà essere rimaneggiata di volta in volta per poter
+tenere conto di tutte le evenienze che si possono manifestare nella vita reale
+di un'applicazione di rete, fino ad arrivare ad un'implementazione completa.
+
+
+\subsection{Il client: prima versione}
+\label{sec:TCP_echo_client}
+
+Il codice della prima versione client per il servizio \textit{echo} è
+riportato in \figref{fig:TCP_echo_client_1}. Esso ricalca la struttura del
+precedente client per il servizio \textit{daytime} (vedi
+\secref{sec:TCP_daytime_client}), e la prima parte (\texttt{\small 10--27}) è
+sostanzialmente identica, a parte l'uso di una porta diversa.
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15.6 cm}
+ \includecodesample{listati/TCP_echo_client.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Codice della prima versione del client \textit{echo}.}
+ \label{fig:TCP_echo_client_1}
+\end{figure}
+
+Al solito si è tralasciata la sezione relativa alla gestione delle opzioni a
+riga di comando; una volta dichiarate le variabili, si prosegue
+(\texttt{\small 10--13}) con della creazione del socket, la preparazione
+(\texttt{\small 14--17}) la struttura per l'indirizzo, con la relativa
+conversione (\texttt{\small 18--22}) di quanto specificato a riga di comando.
+
+A questo punto (\texttt{\small 23--27}) si può eseguire la connessione al
+server secondo la stessa modalità usata in \secref{sec:TCP_daytime_client}.
+Completata la connessione, al ritorno di \func{connect}, si usa la funzione
+\code{ClientEcho}, il cui codice è riportato in
+\figref{fig:TCPsimpl_client_echo_sub}. Questa si preoccupa di gestire tutta la
+comunicazione, leggendo una riga alla volta dallo standard input \file{stdin},
+scrivendola sul socket e ristampando su \file{stdout} quanto ricevuto in
+risposta dal server. Al ritorno dalla funzione (\texttt{\small 30--31}) anche
+il programma termina.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15.6cm}
+ \includecodesample{listati/ClientEcho.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Codice della prima versione della funzione \texttt{ClientEcho} per
+ la gestione del servizio \textit{echo}.}
+ \label{fig:TCPsimpl_client_echo_sub}
+\end{figure}
+La funzione \code{ClientEcho} utilizza due buffer (\texttt{\small 3}) per
+gestire i dati inviati e letti sul socket. La comunicazione viene gestita
+all'interno di un ciclo (\texttt{\small 5--10}), i dati da inviare sulla
+connessione vengono presi dallo \file{stdin} usando la funzione \func{fgets},
+trattata in \secref{sec:file_line_io}, che legge una linea di testo (terminata
+da un \texttt{CR} e fino al massimo di \const{MAXLINE} caratteri) e la salva
+sul buffer di invio, la funzione \func{FullWrite}, già vista in
+\figref{fig:sock_FullWrite_code}, scrive (\texttt{\small 6}) i dati sul socket
+(gestendo l'invio multiplo qualora una singola \func{write} non basti, come
+spiegato in \secref{sec:sock_io_behav}).
+
+I dati vengono riletti indietro (\texttt{\small 7}) con una \func{FullRead}
+sul buffer di ricezione e viene inserita (\texttt{\small 8}) la terminazione
+della stringa e per poter usare (\texttt{\small 9}) la funzione \func{fputs}
+per scriverli su \file{stdout}.
+
+Un end-of-file inviato su \file{stdin} (ad esempio con la pressione di
+\texttt{C-d}) causa il ritorno di \func{fgets} con un puntatore nullo e la
+conseguente uscita dal ciclo, al che la subroutine ritorna ed il client esce.
+
+
+\subsection{Il server: prima versione}
+\label{sec:TCPsimp_server_main}
+
+Il servizio \textit{echo} è uno dei servizi standard solitamente provvisti
+direttamente dal superserver \cmd{inetd}, ed è definito
+dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0862.txt}{RFC~862}. Come dice il nome il
+servizio deve rimandare indietro sulla connessione i dati che gli vengono
+inviati; l'RFC descrive le specifiche sia per TCP che UDP, e per il primo
+stabilisce che una volta stabilita la connessione ogni dato in ingresso deve
+essere rimandato in uscita, fintanto che il chiamante non ha chiude la
+connessione; il servizio opera sulla porta 7.
+
+Nel nostro caso l'esempio sarà costituito da un client che legge una linea di
+caratteri dallo standard input e la scrive sul server, il server leggerà la
+linea dalla connessione e la riscriverà all'indietro; sarà compito del client
+leggere la risposta del server e stamparla sullo standard output.
+
+La prima versione del server, \file{ElemEchoTCPServer.c}, si compone di un
+corpo principale, costituito dalla funzione \code{main}. Questa si incarica
+di creare il socket, metterlo in ascolto di connessioni in arrivo e creare un
+processo figlio a cui delegare la gestione di ciascuna connessione. Questa
+parte, riportata in \figref{fig:TCPsimpl_serv_code}, è analoga a quella vista
+nel precedente esempio esaminato in \secref{sec:TCP_daytime_cunc_server}.
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15.6cm}
+ \includecodesample{listati/ElemEchoTCPServer.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Codice della funzione \code{main} della prima versione del server
+ per il servizio \textit{echo}.}
+ \label{fig:TCPsimpl_serv_code}
+\end{figure}
+
+La struttura di questa prima versione del server è sostanzialmente identica a
+quella dell'esempio citato, ed ad esso si applicano le considerazioni fatte in
+\secref{sec:TCP_daytime_cunc_server}. Le uniche differenze rispetto
+all'esempio in \figref{fig:TCP_daytime_cunc_server_code} sono che in questo
+caso per il socket in ascolto viene usata la porta 7 e che tutta la gestione
+della comunicazione è delegata alla funzione \code{ServEcho}.
+% Per ogni connessione viene creato un
+% processo figlio, il quale si incarica di lanciare la funzione
+% \texttt{SockEcho}.
+
+Il codice della funzione \code{ServEcho} è invece mostrata in
+\figref{fig:TCPsimpl_server_elem_sub}, la comunicazione viene gestita
+all'interno del ciclo (linee \texttt{\small 6--8}). I dati inviati dal client
+vengono letti dal socket con una semplice \func{read} (che ritorna solo in
+presenza di dati in arrivo), la riscrittura viene invece gestita dalla
+funzione \func{FullWrite} (descritta in \figref{fig:sock_FullWrite_code}) che
+si incarica di tenere conto automaticamente della possibilità che non tutti i
+dati di cui è richiesta la scrittura vengano trasmessi con una singola
+\func{write}.
+
+\begin{figure}[!htb]
+ \footnotesize \centering
+ \begin{minipage}[c]{15.6cm}
+ \includecodesample{listati/ServEcho.c}
+ \end{minipage}
+ \normalsize
+ \caption{Codice della prima versione della funzione \code{ServEcho} per la
+ gestione del servizio \textit{echo}.}
+ \label{fig:TCPsimpl_server_elem_sub}
+\end{figure}
+
+Quando il client chiude la connessione il ricevimento del FIN fa ritornare la
+\func{read} con un numero di byte letti pari a zero, il che causa l'uscita
+dal ciclo e il ritorno della funzione, che a sua volta causa la terminazione
+del processo figlio.
+
+
+
+
+\subsection{L'avvio e il funzionamento normale}
+\label{sec:TCPsimpl_startup}
+
+Benché il codice dell'esempio precedente sia molto ridotto, esso ci permetterà
+di considerare in dettaglio tutte le problematiche che si possono incontrare
+nello scrivere un'applicazione di rete. Infatti attraverso l'esame delle sue
+modalità di funzionamento normali, all'avvio e alla terminazione, e di quello
+che avviene nelle varie situazioni limite, da una parte potremo approfondire
+la comprensione del protocollo TCP/IP e dall'altra ricavare le indicazioni
+necessarie per essere in grado di scrivere applicazioni robuste, in grado di
+gestire anche i casi limite.
+
+Il primo passo è compilare e lanciare il server (da root, per poter usare la
+porta 7 che è riservata), alla partenza esso eseguirà l'apertura passiva con
+la sequenza delle chiamate a \func{socket}, \func{bind}, \func{listen} e poi
+si bloccherà nella \func{accept}. A questo punto si potrà controllarne lo
+stato con \cmd{netstat}:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke piccardi]$ netstat -at
+Active Internet connections (servers and established)
+Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
+...
+tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
+...
+\end{verbatim} %$
+che ci mostra come il socket sia in ascolto sulla porta richiesta, accettando
+connessioni da qualunque indirizzo e da qualunque porta e su qualunque
+interfaccia locale.
+
+A questo punto si può lanciare il client, esso chiamerà \func{socket} e
+\func{connect}; una volta completato il three way handshake la connessione è
+stabilita; la \func{connect} ritornerà nel client\footnote{si noti che è
+ sempre la \func{connect} del client a ritornare per prima, in quanto
+ questo avviene alla ricezione del secondo segmento (l'ACK del server) del
+ three way handshake, la \func{accept} del server ritorna solo dopo
+ un altro mezzo RTT quando il terzo segmento (l'ACK del client) viene
+ ricevuto.} e la \func{accept} nel server, ed usando di nuovo
+\cmd{netstat} otterremmo che:
+\begin{verbatim}
+Active Internet connections (servers and established)
+Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
+tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
+tcp 0 0 roke:echo gont:32981 ESTABLISHED
+\end{verbatim}
+mentre per quanto riguarda l'esecuzione dei programmi avremo che:
+\begin{itemize}
+\item il client chiama la funzione \code{ClientEcho} che si blocca sulla
+ \func{fgets} dato che non si è ancora scritto nulla sul terminale.
+\item il server eseguirà una \func{fork} facendo chiamare al processo figlio
+ la funzione \code{ServEcho}, quest'ultima si bloccherà sulla \func{read}
+ dal socket sul quale ancora non sono presenti dati.
+\item il processo padre del server chiamerà di nuovo \func{accept}
+ bloccandosi fino all'arrivo di un'altra connessione.
+\end{itemize}
+e se usiamo il comando \cmd{ps} per esaminare lo stato dei processi otterremo
+un risultato del tipo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke piccardi]$ ps ax
+ PID TTY STAT TIME COMMAND
+ ... ... ... ... ...
+ 2356 pts/0 S 0:00 ./echod
+ 2358 pts/1 S 0:00 ./echo 127.0.0.1
+ 2359 pts/0 S 0:00 ./echod
+\end{verbatim} %$
+(dove si sono cancellate le righe inutili) da cui si evidenzia la presenza di
+tre processi, tutti in stato di \textit{sleep} (vedi
+\tabref{tab:proc_proc_states}).
+
+Se a questo punto si inizia a scrivere qualcosa sul client non sarà trasmesso
+niente fin tanto che non si prema il tasto di a capo (si ricordi quanto detto
+in \secref{sec:file_line_io} a proposito dell'I/O su terminale), solo allora
+\func{fgets} ritornerà ed il client scriverà quanto immesso sul socket, per
+poi passare a rileggere quanto gli viene inviato all'indietro dal server, che
+a sua volta sarà inviato sullo standard output, che nel caso ne provoca
+l'immediatamente stampa a video.
+
+
+\subsection{La conclusione normale}
+\label{sec:TCPsimpl_conclusion}
+
+Tutto quello che scriveremo sul client sarà rimandato indietro dal server e
+ristampato a video fintanto che non concluderemo l'immissione dei dati; una
+sessione tipica sarà allora del tipo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke sources]$ ./echo 127.0.0.1
+Questa e` una prova
+Questa e` una prova
+Ho finito
+Ho finito
+\end{verbatim} %$
+che termineremo inviando un EOF dal terminale (usando la combinazione di tasti
+ctrl-D, che non compare a schermo); se eseguiamo un \cmd{netstat} a questo
+punto avremo:
+\begin{verbatim}
+[piccardi@roke piccardi]$ netstat -at
+tcp 0 0 *:echo *:* LISTEN
+tcp 0 0 localhost:33032 localhost:echo TIME_WAIT
+\end{verbatim} %$
+con il client che entra in \texttt{TIME\_WAIT}.
+
+Esaminiamo allora in dettaglio la sequenza di eventi che porta alla
+terminazione normale della connessione, che ci servirà poi da riferimento
+quando affronteremo il comportamento in caso di conclusioni anomale:
+
+\begin{enumerate}
+\item inviando un carattere di EOF da terminale la \func{fgets} ritorna
+ restituendo un puntatore nullo che causa l'uscita dal ciclo di
+ \code{while}, così la \code{ClientEcho} ritorna.
+\item al ritorno di \code{ClientEcho} ritorna anche la funzione \code{main}, e
+ come parte del processo terminazione tutti i file descriptor vengono chiusi
+ (si ricordi quanto detto in \secref{sec:proc_term_conclusion}); questo causa
+ la chiusura del socket di comunicazione; il client allora invierà un FIN al
+ server a cui questo risponderà con un ACK. A questo punto il client verrà a
+ trovarsi nello stato \texttt{FIN\_WAIT\_2} ed il server nello stato
+ \texttt{CLOSE\_WAIT} (si riveda quanto spiegato in
+ \secref{sec:TCP_conn_term}).
+\item quando il server riceve il FIN la \func{read} del processo figlio che
+ gestisce la connessione ritorna restituendo 0 causando così l'uscita dal
+ ciclo e il ritorno di \code{ServEcho}, a questo punto il processo figlio
+ termina chiamando \func{exit}.
+\item all'uscita del figlio tutti i file descriptor vengono chiusi, la
+ chiusura del socket connesso fa sì che venga effettuata la sequenza finale
+ di chiusura della connessione, viene emesso un FIN dal server che riceverà
+ un ACK dal client, a questo punto la connessione è conclusa e il client
+ resta nello stato \texttt{TIME\_WAIT}.
+
+\end{enumerate}
+
+
+\subsection{La gestione dei processi figli}
+\label{sec:TCPsimpl_child_hand}
+
+Tutto questo riguarda la connessione, c'è però da tenere conto dell'effetto
+del procedimento di chiusura del processo figlio nel server (si veda quanto
+esaminato in \secref{sec:proc_termination}). In questo caso avremo l'invio del
+segnale \const{SIGCHLD} al padre, ma dato che non si è installato un
+gestore e che l'azione predefinita per questo segnale è quella di essere
+ignorato, non avendo predisposto la ricezione dello stato di terminazione,
+otterremo che il processo figlio entrerà nello stato di zombie\index{zombie}
+(si riveda quanto illustrato in \secref{sec:sig_sigchld}), come risulterà
+ripetendo il comando \cmd{ps}:
+\begin{verbatim}
+ 2356 pts/0 S 0:00 ./echod
+ 2359 pts/0 Z 0:00 [echod <defunct>]
+\end{verbatim}
+Poiché non è possibile lasciare processi zombie\index{zombie} che pur inattivi
+occupano spazio nella tabella dei processi e a lungo andare saturerebbero le
+risorse del kernel, occorrerà ricevere opportunamente lo stato di terminazione
+del processo (si veda \secref{sec:proc_wait}), cosa che faremo utilizzando
+\const{SIGCHLD} secondo quanto illustrato in \secref{sec:sig_sigchld}.
+
+La prima modifica al nostro server è pertanto quella di inserire la gestione
+della terminazione dei processi figli attraverso l'uso di un gestore.
+Per questo useremo la funzione \code{Signal}, illustrata in
+\figref{fig:sig_Signal_code}, per installare il semplice gestore che
+riceve i segnali dei processi figli terminati già visto in
+\figref{fig:sig_sigchld_handl}; aggiungendo il seguente codice:
+\includecodesnip{listati/sigchildhand.c}
+\noindent
+all'esempio illustrato in \figref{fig:TCPsimpl_serv_code}, e linkando il tutto
+alla funzione \code{sigchld\_hand}, si risolverà completamente il problema
+degli zombie\index{zombie}.
+
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
projects / gapil.git / blobdiff