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 \ref{sec:net_cli_sample}
-e \ref{sec:net_serv_sample}), previa una descrizione delle principali
-caratteristiche del funzionamento di una connessione TCP.
+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
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
-\ref{fig:net_cli_code} e \ref{fig:net_serv_code}) che porta alla creazione di
-una connessione è la seguente:
+\figref{fig:net_cli_code} e \figref{fig:net_serv_code}) che porta alla
+creazione di una connessione è la seguente:
\begin{itemize}
\item Il server deve essere preparato per accettare le connessioni in arrivo;
\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 \ref{cha:tcp_protocol})}, in sostanza viene
+ 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.
connesione corrente. È possibile leggere e scrivere questo valore attraverso
l'opzione del socket \texttt{TCP\_MAXSEG}.
-\item \textit{window scale option} come spiegato in \ref{cha:tcp_protocol} il
+\item \textit{window scale option} come spiegato in \capref{cha: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
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 \ref{fig:net_cli_code} e
-\ref{fig:net_serv_code}, in questo caso la successione degli eventi è la
+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:
\begin{enumerate}
La emissione del FIN avviene quando il socket viene chiuso, questo però non
avviene solo per la chiamata della funzione \texttt{close} (come in
-\ref{fig:net_serv_code}), ma anche alla terminazione di un processo (come in
-\ref{fig:net_cli_code}). Questo vuol dire ad esempio che se un processo viene
-terminato da un segnale tutte le connessioni aperte verranno chiuse.
+\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 \ref{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 \ref{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.
-
+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.
\subsection{Un esempio di connessione}
\label{sec:TCPel_conn_dia}
Una descrizione completa del funzionamento del protocollo va al di là degli
obiettivi di questo libro; un approfondimento sugli aspetti principali si
-trova in \ref{cha:tcp_protocol}, ma per una trattazione esauriente il miglior
+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).
risposta.
Infine si ha lo scambio dei quattro segmenti che terminano la connessione
-secondo quanto visto in \ref{sec:TCPel_conn_term}; si noti che il capo della
+secondo quanto visto in \secref{sec:TCPel_conn_term}; si noti che il capo della
connessione che esegue la chiusura attiva entra nello stato
\textsl{TIME\_WAIT} su cui torneremo fra poco.
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 \ref{sec:appA_xxx}), e viene decrementato ad
+IP (per maggiori dettagli vedi \secref{sec:appA_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
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 \ref{sec:sock_sa_ipv4} e \ref{sec:sock_sa_ipv6} pure delle strutture
+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
\subsection{Le porte ed il modello client/server}
\label{sec:TCPel_port_cliserv}
-Per capire meglio l'uso delle porte e come vengono utilizzate nella
-programmazione di rete consideriamo cosa accade con una serie di esempi, se
-esguiamo un \texttt{netstat} su una macchina di prova (che supponiamo avere
+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.
+
+Se esguiamo un \texttt{netstat} su una macchina di prova (che supponiamo avere
indirizzo 195.110.112.152) potremo avere un risultato del tipo:
\begin{verbatim}
Active Internet connections (servers and established)
tcp 0 0 0.0.0.0:25 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 127.0.0.1:53 0.0.0.0:* LISTEN
\end{verbatim}
-essendo presenti un server ssh, un server di posta e un DNS per il caching
-locale.
+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
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
-la porta 22, ma ha specificato l'indirizzo locale, e che corrisponde al socket
-con cui il processo figlio gestisce la connessione mentre il padre resta in
-ascolto.
+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 lanciamo una seconda volta il client ssh per una seconda
-conessione quello che otterremo sarà qualcosa del genere:
+Se a questo punto lanciamo un'altra volta il client ssh per una seconda
+conessione quello che otterremo usando 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 al client sarà stata assegnata un'altra porta effimera e con questa sarà
-aperta la connessione, ed un nuovo processo figlio sarà creato per gestirla.
-
+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.
-Tutto ciò mostra come TCP, per poter gestire le due connessioni, 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.
+Tutto ciò mostra come 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.
\section{Le funzioni dei socket TCP}
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
-\ref{sec:net_cli_sample} e \ref{sec:net_serv_sample}) con l'eccezione della
-funzione \texttt{socket} che è già stata esaminata in dettaglio in
-\ref{sec:sock_socket}.
+\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.~\ref{cha:network} si assume che sia il
+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.
\end{figure}
Useremo questo schema per l'esempio di implementazione del servizio
-\texttt{echo} che illustreremo in \ref{sec:TCPel_echo_example}.
+\texttt{echo} che illustreremo in \secref{sec:TCPel_echo_example}.
+
+
+\subsection{La funzione \texttt{bind}}
+\label{sec:TCPel_func_bind}
+
+
+La funzione \texttt{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, definito in \texttt{sys/socket.h}, è il seguente:
+
+\begin{itemize}
+\item \texttt{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:
+ \begin{itemize}
+ \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.
+ \end{itemize}
+
+\end{itemize}
+
+Con il TCP la chiamata \texttt{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.
+ 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.
+
+Con \texttt{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}
\texttt{sys/socket.h}, è il seguente:
\begin{itemize}
-\item \texttt{int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr,
- socklen_t addrlen) }
+\item \texttt{int connect(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 e la dimensione della struttura che contiene l'indirizzo del
- socket, già descritta in \ref{sec:sock_sockaddr}.
+ 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
-
+ codici di errore:
\begin{itemize}
\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{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
connessione.
- \item \texttt{ENETUNREACH} La rete non è rggiungibile/
+ \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{EAGAIN} Non ci sono più porte locali libere.
\item \texttt{EAFNOSUPPORT} L'indirizzo non ha una famiglia di indirizzi
corretta nel relativo campo.
- \item \texttt{EACCESS, EPERM}
+ \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.
\end{itemize}
\end{itemize}
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 \ref{sec:net_cli_sample} usando le funzioni illustrate in
-\ref{sec:sock_addr_func}.
+nell'esempio \secref{sec:net_cli_sample} 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 (e brevemente
-riassunte sopra), in particolare le principali sono:
+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 Se il client non riceve risposta al SYN l'errore restituito è
+\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
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
+ 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.
%
% Le informazioni su tutte le opzioni settabili via /proc stanno in
% linux/Documentation/networking/ip-sysctl.txt
%
-\item Se il client riceve come risposta al SYN un RST significa che non c'è
+\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
non è stato avviato il server), questo è un errore fatale e la funzione
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
segmento per una connessione che non esiste.
-
-\item Il SYN del client provoca l'emissione di un messaggio ICMP di
- destinazione non raggiungibile.
+\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
+ 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}.
+
\end{enumerate}
-\subsection{La funzione \texttt{bind}}
-\label{sec:TCPel_func_bind}
+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
+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
+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
+locale viene lasciata all'assegnazione automatica del kernel, e non è
+necessario effettuare una \texttt{bind}.
\subsection{La funzione \texttt{listen}}
\label{sec:TCPel_func_listen}
-\subsection{La funzione \texttt{accept}}
-\label{sec:TCPel_func_accept}
+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
+sostanza l'effetto della funzione è di portare il socket dallo stato
+\texttt{CLOSED} a quello \texttt{LISTEN}.
+\begin{prototype}{int listen(int sockfd, int backlog)}
+ \begin{errlist}
+ \item \texttt{EBADF} L'argomento \texttt{sockfd} non è un file descriptor
+ valido.
+ \item \texttt{ENOTSOCK} L'argomento \texttt{sockfd} non è un socket.
+ \item \texttt{EOPNOTSUPP} The socket is not of a type that supports the lis
+ ten operation.
+ \end{errlist}
+\end{prototype}
-\section{Una semplice implementazione del servizio \textt{echo} su TCP}
-\label{sec:TCPel_echo_example}
+\subsection{La funzione \texttt{accept}}
+\label{sec:TCPel_func_accept}
-
+\section{Una semplice implementazione del servizio \texttt{echo} su TCP}
+\label{sec:TCPel_echo_example}
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