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+
\chapter{Introduzione alla programmazione di rete}
\label{cha:network}
-In questo capitolo sarà fatta un'introduzione ai concetti generali che servono
-come prerequisiti per capire la programmazione di rete, per evitare un
-capitolo puramente teorico partiremo con due semplici esempi per poi passare
-ad un esame a grandi linee dei protocolli di rete e di come questi sono
-organizzati e interagiscono.
+In questo capitolo sarà fatta un'introduzione ai concetti generali che servono
+come prerequisiti per capire la programmazione di rete, non tratteremo quindi
+aspetti specifici ma faremo una breve introduzione al modello più comune usato
+nella programmazione di rete, per poi passare ad un esame a grandi linee dei
+protocolli di rete e di come questi sono organizzati e interagiscono.
In particolare, avendo assunto l'ottica di un'introduzione mirata alla
-programmazione, ci concentreremo sul protocollo più diffuso, il TCP/IP, che è
-quello che sta alla base di internet, con un'ottica improntata a sottolineare
-i concetti più importanti da conoscere ai fini della programmazione.
+programmazione, ci concentreremo sul gruppo di protocolli più diffuso, il
+TCP/IP, che è quello che sta alla base di Internet, avendo cura di
+sottolineare i concetti più importanti da conoscere per la scrittura dei
+programmi.
-\section{Il modello client-server}
-\label{sec:net_cliserv}
-La differenza principale fra un'applicazione di rete e un programma normale è
-che quest'ultima per definizione concerne la comunicazione fra ``processi''
-diversi (che in generale non girano neanche sulla stessa macchina). Questo già
-prefigura un cambiamento completo rispetto all'ottica del ``programma''
-monolitico all'interno del quale vengono eseguite tutte le istruzioni, e
-presuppone un sistema operativo ``multitasking'' in grado di eseguire processi
-diversi.
-
-Il concetto fondamentale si basa la programmazione di rete sotto Linux (e
-sotto Unix in generale) è il modello \textit{client-server} in cui un
-programma di servizio, il \textit{server} riceve un connessione e risponde a
-un programma di utilizzo, il \textit{client}, provvedendo a quest'ultimo un
-definito insieme di servizi.
-
-Esempi di questo modello sono il WEB, ftp, telnet, ssh e praticamente ogni
-servizio che viene fornito tramite la rete, ma il modello è utilizzato in
-generale anche per programmi che non fanno necessariamente uso della rete,
-come il sistema a finestre.
-Normalmente si dividono i server in due categorie principali, e vengono detti
-\textsl{concorrenti} o \textsl{iterativi}, sulla base del loro comportamento.
+\section{Modelli di programmazione}
+\label{sec:net_prog_model}
-Un \textsl{server iterativo} risponde alla richiesta inviando i dati e resta
-occupato (non rispondendo ad ulteriori richieste) fintanto che non ha concluso
-la richiesta. Una volta completata la richiesta il server diventa di nuovo
-disponibile.
-Un \textsl{server concorrente} al momento di trattare la richiesta crea un
-processo figlio incaricato di fornire i servizi richiesti, per poi porsi in
-attesa di ulteriori richieste. In questo modo più richieste possono essere
-soddisfatte contemporaneamente; una volta che il processo figlio ha concluso
-il suo lavoro viene terminato, mentre il server originale resta sempre attivo.
+La differenza principale fra un'applicazione di rete e un programma normale è
+che quest'ultima per definizione concerne la comunicazione fra processi
+diversi, che in generale non girano neanche sulla stessa macchina. Questo già
+prefigura un cambiamento completo rispetto all'ottica del programma monolitico
+all'interno del quale vengono eseguite tutte le istruzioni, e chiaramente
+presuppone un sistema operativo multitasking in grado di eseguire più processi
+contemporaneamente.
+In questa prima sezione esamineremo brevemente i principali modelli di
+programmazione in uso. Ne daremo una descrizione assolutamente generica e
+superficiale, che ne illustri le caratteristiche principali, non essendo fra
+gli scopi del testo approfondire questi argomenti.
-\subsection{Un primo esempio di client}
-\label{sec:net_cli_sample}
-
-Per evitare di rendere l'esposizione dei concetti generali sulla rete
-puramente teorica iniziamo con il mostrare un esempio di un client TCP
-elementare. Scopo di questo esempio è fornire un primo approccio alla
-programmazione di rete, tutto questo sarà esaminato in dettaglio nei capitoli
-successivo; qui ci limiteremo a introdurre la nomenclatura senza fornire
-definizioni precise e dettagli di funzionamento che saranno trattati
-estensivamente più avanti.
-
-In \nfig\ è riportata la sezione principale del codice del nostro client
-elementare per il servizio \textit{daytime}, un servizio standard che
-restituisce l'ora locale della macchina a cui si effettua la richiesta.
+\subsection{Il modello \textit{client-server}}
+\label{sec:net_cliserv}
+L'architettura fondamentale su cui si basa gran parte della programmazione di
+rete sotto Linux (e sotto Unix in generale) è il modello
+\textit{client-server} caratterizzato dalla presenza di due categorie di
+soggetti, i programmi di servizio, chiamati \textit{server}, che ricevono le
+richieste e forniscono le risposte, ed i programmi di utilizzo, detti
+\textit{client}.
+
+In generale un server può (di norma deve) essere in grado di rispondere a più
+di un client, per cui è possibile che molti programmi possano interagire
+contemporaneamente, quello che contraddistingue il modello però è che
+l'architettura dell'interazione è sempre nei termini di molti verso uno, il
+server, che viene ad assumere un ruolo privilegiato.
+
+Seguono questo modello tutti i servizi fondamentali di Internet, come le
+pagine web, la posta elettronica, ftp, telnet, ssh e praticamente ogni
+servizio che viene fornito tramite la rete, anche se, come abbiamo visto, il
+modello è utilizzato in generale anche per programmi che non fanno
+necessariamente uso della rete, come gli esempi che abbiamo usato in
+cap.~\ref{cha:IPC} a proposito della comunicazione fra processi nello stesso
+sistema.
-\begin{figure}[!htb]
- \footnotesize
- \begin{lstlisting}{}
-#include <sys/types.h> /* predefined types */
-#include <unistd.h> /* include unix standard library */
-#include <arpa/inet.h> /* IP addresses conversion utiliites */
-#include <sys/socket.h> /* socket library */
-#include <stdio.h> /* include standard I/O library */
-
-int main(int argc, char *argv[])
-{
- int sock_fd;
- int i, nread;
- struct sockaddr_in serv_add;
- char buffer[MAXLINE];
- ...
- /* create socket */
- if ( (sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
- perror("Socket creation error");
- return -1;
- }
- /* initialize address */
- memset((void *) &serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
- serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */
- serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime post is 13 */
- /* build address using inet_pton */
- if ( (inet_pton(AF_INET, argv[optind], &serv_add.sin_addr)) <= 0) {
- perror("Address creation error");
- return -1;
- }
- /* extablish connection */
- if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
- perror("Connection error");
- return -1;
- }
- /* read daytime from server */
- while ( (nread = read(sock_fd, buffer, MAXLINE)) > 0) {
- buffer[nread]=0;
- if (fputs(buffer, stdout) == EOF) { /* write daytime */
- perror("fputs error");
- return -1;
- }
- }
- /* error on read */
- if (nread < 0) {
- perror("Read error");
- return -1;
- }
- /* normal exit */
- return 0;
-}
- \end{lstlisting}
- \caption{Esempio di codice di un client elementare per il servizio daytime.}
- \label{fig:net_cli_code}
-\end{figure}
+Normalmente si dividono i server in due categorie principali, e vengono detti
+\textsl{concorrenti} o \textsl{iterativi}, sulla base del loro comportamento.
+Un \textsl{server iterativo} risponde alla richiesta inviando i dati e resta
+occupato e non rispondendo ad ulteriori richieste fintanto che non ha fornito
+una risposta alla richiesta. Una volta completata la risposta il server
+diventa di nuovo disponibile.
-Il sorgente completo del programma (\texttt{ElemDaytimeTCPClient.c}, che
-comprende il trattamento delle opzioni e una funzione per stampare un
-messaggio di aiuto) è allegato alla guida nella sezione dei codici sorgente e
-può essere compilato su una qualunque macchina Linux.
-
-Il programma anzitutto include gli header necessari (\texttt{\small 1--5});
-dopo la dichiarazione delle variabili (\texttt{\small 9--12}) si è omessa
-tutta la parte relativa al trattamento degli argomenti passati dalla linea di
-comando (effettuata con le apposite routines illustrate in
-\capref{sec:proc_opt_handling}).
-
-Il primo passo (\texttt{\small 14--18}) è creare un \textit{socket} IPv4
-(\texttt{AF\_INET}), di tipo TCP \texttt{SOCK\_STREAM} (in sostanza un canale
-di comunicazione attraverso internet, questi termini verranno spiegati con
-precisione più avanti). La funzione \texttt{socket} ritorna un descrittore,
-analogo a quello dei file, che viene usato per identificare il socket in tutte
-le chiamate successive. Nel caso la chiamata fallisca si stampa un errore con
-la relativa routine e si esce.
-
-Il passo seguente (\texttt{\small 19--27}) è quello di costruire una apposita
-struttura \texttt{sockaddr\_in} in cui sarà inserito l'indirizzo del server ed
-il numero della porta del servizio. Il primo passo è inizializzare tutto a
-zero, per poi inserire il tipo di protocollo e la porta (usando per
-quest'ultima la funzione \texttt{htons} per convertire il formato dell'intero
-usato dal computer a quello usato nella rete), infine si utilizza la funzione
-\texttt{inet\_pton} per convertire l'indirizzo numerico passato dalla linea di
-comando.
-
-Usando la funzione \texttt{connect} sul socket creato in precedenza
-(\texttt{\small 28--32}) si provvede poi a stabilire la connessione con il
-server specificato dall'indirizzo immesso nella struttura passata come secondo
-argomento, il terzo argomento è la dimensione di detta struttura. Dato che
-esistono diversi tipi di socket, si è dovuto effettuare un cast della
-struttura inizializzata in precedenza, che è specifica per i socket IPv4. Un
-valore di ritorno negativo implica il fallimento della connessione.
-
-Completata con successo la connessione il passo successivo (\texttt{\small
- 34--40}) è leggere la data dal socket; il server invierà sempre una stringa
-di 26 caratteri della forma \verb|Wed Apr 4 00:53:00 2001\r\n|, che viene
-letta dalla funzione \texttt{read} e scritta su \texttt{stdout}.
-
-Dato il funzionamento di TCP la risposta potrà tornare 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 loop in cui si continui a leggere
-fintanto che la funzione \texttt{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; 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.
-
-\subsection{Un primo esempio di server}
-\label{sec:net_serv_sample}
-
-Dopo aver illustrato il client daremo anche un esempio di un server
-elementare, in grado di rispondere al precedente client. Il listato è
-nuovamente mostrato in \nfig, il sorgente completo
-(\texttt{ElemDaytimeTCPServer.c}) è allegato insieme agli altri file nella
-directory \texttt{sources}.
-
-\begin{figure}[!htbp]
- \footnotesize
- \begin{lstlisting}{}
-#include <sys/types.h> /* predefined types */
-#include <unistd.h> /* include unix standard library */
-#include <arpa/inet.h> /* IP addresses conversion utiliites */
-#include <sys/socket.h> /* socket library */
-#include <stdio.h> /* include standard I/O library */
-#include <time.h>
-#define MAXLINE 80
-#define BACKLOG 10
-int main(int argc, char *argv[])
-{
-/*
- * Variables definition
- */
- int list_fd, conn_fd;
- int i;
- struct sockaddr_in serv_add;
- char buffer[MAXLINE];
- time_t timeval;
- ...
- /* create socket */
- if ( (list_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
- perror("Socket creation error");
- exit(-1);
- }
- /* initialize address */
- memset((void *)&serv_add, 0, sizeof(serv_add)); /* clear server address */
- serv_add.sin_family = AF_INET; /* address type is INET */
- serv_add.sin_port = htons(13); /* daytime port is 13 */
- serv_add.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* connect from anywhere */
- /* bind socket */
- if (bind(list_fd, (struct sockaddr *)&serv_add, sizeof(serv_add)) < 0) {
- perror("bind error");
- exit(-1);
- }
- /* listen on socket */
- if (listen(list_fd, BACKLOG) < 0 ) {
- perror("listen error");
- exit(-1);
- }
- /* write daytime to client */
- while (1) {
- if ( (conn_fd = accept(list_fd, (struct sockaddr *) NULL, NULL)) <0 ) {
- perror("accept error");
- exit(-1);
- }
- timeval = time(NULL);
- snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.24s\r\n", ctime(&timeval));
- if ( (write(conn_fd, buffer, strlen(buffer))) < 0 ) {
- perror("write error");
- exit(-1);
- }
- close(conn_fd);
- }
- /* normal exit */
- exit(0);
-}
- \end{lstlisting}
- \caption{Esempio di codice di un semplice server per il servizio daytime.}
- \label{fig:net_serv_code}
-\end{figure}
+Un \textsl{server concorrente} al momento di trattare la richiesta crea un
+processo figlio (o un \textit{thread}) incaricato di fornire i servizi
+richiesti, per porsi immediatamente in attesa di ulteriori richieste. In
+questo modo, con sistemi multitasking, più richieste possono essere
+soddisfatte contemporaneamente. Una volta che il processo figlio ha concluso
+il suo lavoro esso di norma viene terminato, mentre il server originale resta
+sempre attivo.
+
+
+\subsection{Il modello \textit{peer-to-peer}}
+\label{sec:net_peertopeer}
+
+Come abbiamo visto il tratto saliente dell'architettura \textit{client-server}
+è quello della preminenza del server rispetto ai client, le architetture
+\textit{peer-to-peer} si basano su un approccio completamente opposto che è
+quello di non avere nessun programma che svolga un ruolo preminente.
+
+Questo vuol dire che in generale ciascun programma viene ad agire come un nodo
+in una rete potenzialmente paritetica; ciascun programma si trova pertanto a
+ricevere ed inviare richieste ed a ricevere ed inviare risposte, e non c'è più
+la separazione netta dei compiti che si ritrova nelle architetture
+\textit{client-server}.
+
+Le architetture \textit{peer-to-peer} sono salite alla ribalta con
+l'esplosione del fenomeno Napster, ma gli stessi protocolli di routing sono un
+buon esempio di architetture \textit{peer-to-peer}, in cui ciascun nodo,
+tramite il demone che gestisce il routing, richiede ed invia informazioni ad
+altri nodi.
+
+In realtà in molti casi di architetture classificate come
+\textit{peer-to-peer} non è detto che la struttura sia totalmente paritetica e
+ci sono parecchi esempi in cui alcuni servizi vengono centralizzati o
+distribuiti gerarchicamente, come avveniva per lo stesso Napster, in cui le
+ricerche erano effettuate su un server centrale.
+
+
+
+\subsection{Il modello \textit{three-tier}}
+\label{sec:net_three_tier}
+
+Benché qui sia trattato a parte, il modello \textit{three-tier} in realtà è
+una estensione del modello \textit{client-server}. Con il crescere della
+quantità dei servizi forniti in rete (in particolare su Internet) ed al numero
+di accessi richiesto. Si è così assistito anche ad una notevole crescita di
+complessità, in cui diversi servizi venivano ad essere integrati fra di loro.
+
+In particolare sempre più spesso si assiste ad una integrazione di servizi di
+database con servizi di web, in cui le pagine vengono costruite dinamicamente
+sulla base dei dati contenuti nel database. In tutti questi casi il problema
+fondamentale di una architettura \textit{client-server} è che la richiesta di
+un servizio da parte di un gran numero di client si scontra con il collo di
+bottiglia dell'accesso diretto ad un unico server, con gravi problemi di
+scalabilità.
+
+Rispondere a queste esigenze di scalabilità il modello più semplice (chiamato
+talvolta \textit{two-tier}) da adottare è stata quello di distribuire il
+carico delle richieste su più server identici, mantenendo quindi
+sostanzialmente inalterata l'architettura \textit{client-server} originale.
+
+Nel far questo ci si scontra però con gravi problemi di manutenibilità dei
+servizi, in particolare per quanto riguarda la sincronizzazione dei dati, e di
+inefficienza dell'uso delle risorse. Il problema è particolarmente grave ad
+esempio per i database che non possono essere replicati e sincronizzati
+facilmente, e che sono molto onerosi, la loro replicazione è costosa e
+complessa.
+
+È a partire da queste problematiche che nasce il modello \textit{three-tier},
+che si struttura, come dice il nome, su tre livelli. Il primo livello, quello
+dei client che eseguono le richieste e gestiscono l'interfaccia con l'utente,
+resta sostanzialmente lo stesso del modello \textit{client-server}, ma la
+parte server viene suddivisa in due livelli, introducendo un
+\textit{middle-tier}, su cui deve appoggiarsi tutta la logica di analisi delle
+richieste dei client per ottimizzare l'accesso al terzo livello, che è quello
+che si limita a fornire i dati dinamici che verranno usati dalla logica
+implementata nel \textit{middle-tier} per eseguire le operazioni richieste dai
+client.
+
+In questo modo si può disaccoppiare la logica dai dati, replicando la prima,
+che è molto meno soggetta a cambiamenti ed evoluzione, e non soffre di
+problemi di sincronizzazione, e centralizzando opportunamente i secondi. In
+questo modo si può distribuire il carico ed accedere in maniera efficiente i
+dati.
+
+
+\subsection{Il modello \textit{broadcast}}
+\label{sec:net_broadcast}
+
+Uno specifico modello relativo alla programmazione di rete è poi quello in cui
+è possibile, invece della classica comunicazione uno ad uno comunque usata in
+tutti i modelli precedenti (anche nel \texttt{peer to peer} la comunicazione è
+comunque fra singoli ``\textit{peer}''), una comunicazione da uno a molti.
+
+\itindbeg{broadcast}
+
+Questo modello nasce dal fatto che molte tecnologie di rete (ed in particolare
+la Ethernet, che è probabilmente la più diffusa) hanno il supporto per
+effettuare una comunicazione in cui un nodo qualunque della rete più inviare
+informazioni in contemporanea a tutti gli altri. In questo caso si parla di
+\textit{broadcast}, utilizzando la nomenclatura usata per le trasmissioni
+radio, anche se in realtà questo tipo di comunicazione è eseguibile da un nodo
+qualunque per cui tutti quanti possono ricoprire sia il ruolo di trasmettitore
+che quello di ricevitore.
+
+\itindbeg{multicast}
+
+In genere si parla di \textit{broadcast} quando la trasmissione uno a molti è
+possibile fra qualunque nodo di una rete e gli altri, ed è supportata
+direttamente dalla tecnologia di collegamento utilizzata. L'utilizzo di questa
+forma di comunicazione da uno a molti però può risultare molto utile anche
+quando questo tipo di supporto non è disponibile (come ad esempio su Internet,
+dove non si possono contattare tutti i nodi presenti).
+
+\itindend{broadcast}
+
+In tal caso alcuni protocolli di rete (e quelli usati per Internet sono fra
+questi) supportano una variante del\textit{broadcast}, detta
+\textit{multicast}, in cui resta possibile fare una comunicazione uno a molti,
+in cui una applicazione invia i pacchetti a molte altre, in genere passando
+attraverso un opportuno supporto degli apparati ed una qualche forma di
+registrazione che consente la distribuzione della cominicazione ai nodi
+interessati.
+
+\itindend{multicast}
+
+Ovviamente i programmi che devono realizzare un tipo di comunicazione di
+questo tipo (come ad esempio potrebbero essere quelli che effettuano uno
+\textit{streaming} di informazioni) devono rispondere a delle problematiche
+del tutto diverse da quelle classiche illustrate nei modelli precedenti, e
+costituiscono pertanto un'altra classe completamente a parte.
-Come per il client si includono gli header necessari a cui è aggiunto quello
-per trattare i tempi, e si definiscono alcune costanti e le variabili
-necessarie in seguito (\texttt{\small 1--18}), come nel caso precedente si
-sono omesse le parti relative al trattamento delle opzioni da riga di comando.
-
-La creazione del socket (\texttt{\small 22--26}) è analoga al caso precedente,
-come pure l'inizializzazione della struttura \texttt{sockaddr\_in}, anche in
-questo caso si usa la porta standard del servizio daytime, ma come indirizzo
-IP si il valore predefinito \texttt{INET\_ANY} che corrisponde ad un indirizzo
-generico (\texttt{\small 27--31}).
-
-Si effettua poi (\texttt{\small 32--36}) la chiamata alla funzione
-\texttt{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.
-
-Il passo successivo (\texttt{\small 37--41}) è mettere ``in ascolto'' il
-socket, questo viene effettuato con la funzione \texttt{listen} che dice al
-kernel di accettare connessioni per il socket specificato, 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.
-
-Questa ultima chiamata completa la preparazione del socket per l'ascolto (che
-viene chiamato anche \textit{listening descriptor}) a questo punto il processo
-è mandato in sleep (\texttt{\small 44--47}) con la successiva chiamata alla
-funzione \texttt{accept}, fin quando non arriva e viene accettata una
-connessione da un client.
-
-Quando questo avviene \texttt{accept} ritorna un secondo descrittore di
-socket, che viene chiamato \textit{connected descriptor} che è quello che
-viene usato dalla successiva chiamata alla \texttt{write} per scrivere la
-risposta al client, una volta che si è opportunamente (\texttt{\small 48--49})
-costruita la stringa con la data da trasmettere. Completata la trasmissione il
-nuovo socket viene chiuso (\texttt{\small 54}).
-Il tutto è inserito in un loop infinito (\texttt{\small 42--55}) in modo da
-poter ripetere l'invio della data ad una successiva connessione.
-
-È importante notare che questo server è estremamente elementare, infatti a
-parte il fatto di essere dipendente da IPv4, esso è in grado di servire solo
-un client alla volta, è cioè un \textsl{server iterativo}, inoltre esso è
-scritto per essere lanciato da linea di comando, se lo si volesse utilizzare
-come demone di sistema (che è in esecuzione anche quando non c'è nessuna shell
-attiva e il terminale da cui lo si è lanciato è stato sconnesso),
-occorrerebbero delle opportune modifiche.
\section{I protocolli di rete}
\label{sec:net_protocols}
-Visto un primo esempio di programmazione, passiamo ora ad una introduzione più
-dettagliata del funzionamento delle reti e dei relativi protocolli.
-
Parlando di reti di computer si parla in genere di un insieme molto vasto ed
eterogeneo di mezzi di comunicazione che vanno dal cavo telefonico, alla fibra
-ottica, alle comunicazioni via satellite; per rendere possibile la
-comunicazione attraverso un così variegato insieme di mezzi sono stati
-adottati una serie di protocolli, il più famoso dei quali, quello alla base
-del funzionamento di internet, è il protocollo TCP/IP.
+ottica, alle comunicazioni via satellite o via radio; per rendere possibile la
+comunicazione attraverso un così variegato insieme di mezzi sono stati
+adottati molti protocolli, il più famoso dei quali, quello alla base del
+funzionamento di Internet, è il gruppo di protocolli comunemente chiamato
+TCP/IP.
\subsection{Il modello ISO/OSI}
\label{sec:net_iso_osi}
-Una caratteristica comune dei protocolli di rete è il loro essere strutturati
-in livelli sovrapposti; in questo modo un livello superiore esegue richieste
-al livello sottostante e da questo riceve responsi, mentre livelli uguali su
-macchine diverse conversano tramite lo stesso protocollo. Questo modello di
-funzionamento è stato stato standardizzato dalla \textit{International
- Standards Organization} (ISO) che ha preparato fin dal 1984 il Modello di
-Riferimento \textit{Open Systems Interconnection} (OSI), strutturato in sette
-livelli, secondo quanto riportato in \ntab.
+Una caratteristica comune dei protocolli di rete è il loro essere strutturati
+in livelli sovrapposti; in questo modo ogni protocollo di un certo livello
+realizza le sue funzionalità basandosi su un protocollo del livello
+sottostante. Questo modello di funzionamento è stato standardizzato dalla
+\textit{International Standards Organization} (ISO) che ha preparato fin dal
+1984 il Modello di Riferimento \textit{Open Systems Interconnection} (OSI),
+strutturato in sette livelli, secondo quanto riportato in
+tab.~\ref{tab:net_osilayers}.
\begin{table}[htb]
\centering
- \begin{tabular}{l c c l}
- \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \\
+ \begin{tabular}{|l|c|c|}
+ \hline
+ \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Nome}} \\
+ \hline
\hline
- Livello 7&\textit{Application} &\textsl{Applicazione}& \\
- Livello 6&\textit{Presentation} &\textsl{Presentazione}& \\
- Livello 5&\textit{Session} &\textsl{Sessione}& \\
- Livello 4&\textit{Transport} &\textsl{Trasporto}& \\
- Livello 3&\textit{Network} &\textsl{Rete}& \\
- Livello 2&\textit{DataLink} &\textsl{Collegamento Dati}& \\
- Livello 1&\textit{Connection} &\textsl{Connessione Fisica}& \\
+ Livello 7&\textit{Application} &\textsl{Applicazione}\\
+ Livello 6&\textit{Presentation} &\textsl{Presentazione} \\
+ Livello 5&\textit{Session} &\textsl{Sessione} \\
+ Livello 4&\textit{Transport} &\textsl{Trasporto} \\
+ Livello 3&\textit{Network} &\textsl{Rete}\\
+ Livello 2&\textit{DataLink} &\textsl{Collegamento Dati} \\
+ Livello 1&\textit{Physical} &\textsl{Connessione Fisica} \\
\hline
\end{tabular}
\caption{I sette livelli del protocollo ISO/OSI.}
\label{tab:net_osilayers}
\end{table}
-Il modello ISO/OSI è stato sviluppato corrispondentemente alla definizione
-della serie di protocolli X.25 per la commutazione di pacchetto. Ma nonostante
-il lavoro dettagliato di standardizzazione il modello si è rivelato
-sostanzialmente troppo complesso e poco flessibile rispetto a quello,
-precedente, su cui si basa TCP/IP che è diventato uno standard de facto;
-quest'ultimo viene comunemente chiamato modello DoD (\textit{Department of
- Defense}), dato che fu sviluppato dall'agenzia ARPA per il Dipartimento
-della Difesa Americano.
+Il modello ISO/OSI è stato sviluppato in corrispondenza alla definizione della
+serie di protocolli X.25 per la commutazione di pacchetto; come si vede è un
+modello abbastanza complesso\footnote{infatti per memorizzarne i vari livelli
+ è stata creata la frase \textit{All people seem to need data processing}, in
+ cui ciascuna parola corrisponde all'iniziale di uno dei livelli.}, tanto che
+usualmente si tende a suddividerlo in due parti, secondo lo schema mostrato in
+fig.~\ref{fig:net_osi_tcpip_comp}, con un \textit{upper layer} che riguarda
+solo le applicazioni, che viene realizzato in \textit{user space}, ed un
+\textit{lower layer} in cui si mescolano la gestione fatta dal kernel e le
+funzionalità fornite dall'hardware.
+
+Il modello ISO/OSI mira ad effettuare una classificazione completamente
+generale di ogni tipo di protocollo di rete; nel frattempo però era stato
+sviluppato anche un altro modello, relativo al protocollo TCP/IP, che è quello
+su cui è basata Internet, che è diventato uno standard de facto. Questo
+modello viene talvolta chiamato anche modello \textit{DoD} (sigla che sta per
+\textit{Department of Defense}), dato che fu sviluppato dall'agenzia ARPA per
+il Dipartimento della Difesa Americano.
-\begin{figure}[!htbp]
+\begin{figure}[!htb]
\centering
- \includegraphics[width=8cm]{img/iso_tcp_comp.eps}
- \caption{Struttura a livelli dei protocolli OSI e TCP/IP, con la
- relative corrispondenze e la divisione fra kernel e user space.}
+ \includegraphics[width=12cm]{img/iso_tcp_comp}
+ \caption{Struttura a livelli dei protocolli OSI e TCP/IP, con la relative
+ corrispondenze e la divisione fra \textit{kernel space} e \textit{user
+ space}.}
\label{fig:net_osi_tcpip_comp}
\end{figure}
+La scelta fra quale dei due modelli utilizzare dipende per lo più dai gusti
+personali. Come caratteristiche generali il modello ISO/OSI è più teorico e
+generico, basato separazioni funzionali, mentre il modello TCP/IP è più vicino
+alla separazione concreta dei vari strati del sistema operativo; useremo
+pertanto quest'ultimo, anche per la sua maggiore semplicità. Questa semplicità
+ha un costo quando si fa riferimento agli strati più bassi, che sono in
+effetti descritti meglio dal modello ISO/OSI, in quanto gran parte dei
+protocolli di trasmissione hardware sono appunto strutturati sui due livelli
+di \textit{Data Link} e \textit{Connection}.
+
-\subsection{Il modello DoD (TCP/IP)}
+\subsection{Il modello TCP/IP (o DoD)}
\label{sec:net_tcpip_overview}
-Così come ISO/OSI anche TCP/IP è stato strutturato in livelli (riassunti in
-\ntab); un confronto fra i due è riportato in \curfig\ dove viene evidenziata
-anche la corrispondenza fra i rispettivi livelli (che comunque è
-approssimativa) e su come essi vanno ad inserirsi all'interno del sistema
-operativo rispetto alla divisione fra user space e kernel space spiegata in
-\secref{sec:intro_unix_struct}.
+Così come ISO/OSI anche il modello del TCP/IP è stato strutturato in livelli
+(riassunti in tab.~\ref{tab:net_layers}); un confronto fra i due è riportato
+in fig.~\ref{fig:net_osi_tcpip_comp} dove viene evidenziata anche la
+corrispondenza fra i rispettivi livelli (che comunque è approssimativa) e su
+come essi vanno ad inserirsi all'interno del sistema rispetto alla divisione
+fra \textit{user space} e \textit{kernel space} spiegata in
+sez.~\ref{sec:intro_unix_struct}.\footnote{in realtà è sempre possibile
+ accedere dallo \textit{user space}, attraverso una opportuna interfaccia
+ (come vedremo in sez.~\ref{sec:sock_sa_packet}), ai livelli inferiori del
+ protocollo.}
\begin{table}[htb]
\centering
- \begin{tabular}{l c c l}
- \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{c}{\textbf{Nome}} & \textbf{Esempi} \\
+ \begin{tabular}{|l|c|c|l|}
\hline
- Livello 1&\textit{Application} &\textsl{Applicazione}&
- Telnet, FTP, etc. \\
- Livello 2&\textit{Transport} &\textsl{Trasporto}& TCP, UDP \\
- Livello 3&\textit{Network} &\textsl{Rete}& IP, (ICMP, IGMP) \\
- Livello 4&\textit{Link} &\textsl{Connessione}&
- device driver \& scheda di interfaccia \\
+ \textbf{Livello} & \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Nome}} & \textbf{Esempi} \\
+ \hline
+ \hline
+ Livello 4 & \textit{Application} & \textsl{Applicazione}&
+ Telnet, FTP, ecc. \\
+ Livello 3 & \textit{Transport} & \textsl{Trasporto} & TCP, UDP\\
+ Livello 2 & \textit{Network} & \textsl{Rete} & IP, (ICMP, IGMP)\\
+ Livello 1 & \textit{Link} & \textsl{Collegamento}&
+ Device driver \& scheda di interfaccia\\
\hline
\end{tabular}
\caption{I quattro livelli del protocollo TCP/IP.}
\label{tab:net_layers}
\end{table}
-Come si può notare TCP/IP è più semplice del modello ISO/OSI e strutturato in
-soli quattro livelli. Il suo nome deriva dai due principali protocolli che lo
-compongono, il TCP \textit{Trasmission Control Protocol} e l'IP
-\textit{Internet Protocol}. Le funzioni dei vari livelli sono le seguenti:
-
-\begin{description}
-\item \textbf{Applicazione} É relativo ai programmi di interfaccia utente, in
- genere questi vengono realizzati secondo il modello client-server (vedi
- \secref{sec:net_cliserv}.
-\item \textbf{Trasporto} Fornisce la comunicazione tra le due stazioni
+Come si può notare come il modello TCP/IP è più semplice del modello ISO/OSI
+ed è strutturato in soli quattro livelli. Il suo nome deriva dai due
+principali protocolli che lo compongono, il TCP (\textit{Trasmission Control
+ Protocol}) che copre il livello 3 e l'IP (\textit{Internet Protocol}) che
+copre il livello 2. Le funzioni dei vari livelli sono le seguenti:
+
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{2.5cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\textbf{Applicazione}] É relativo ai programmi di interfaccia con la
+ rete, in genere questi vengono realizzati secondo il modello client-server
+ (vedi sez.~\ref{sec:net_cliserv}), realizzando una comunicazione secondo un
+ protocollo che è specifico di ciascuna applicazione.
+\item[\textbf{Trasporto}] Fornisce la comunicazione tra le due stazioni
terminali su cui girano gli applicativi, regola il flusso delle
- informazioni, e può fornire un trasporto affidabile, cioè con recupero
- errori. Il protocollo principale di questo livello è il TCP.
-\item \textbf{Rete} Si occupa dello smistamento dei singoli pacchetti su una
+ informazioni, può fornire un trasporto affidabile, cioè con recupero degli
+ errori o inaffidabile. I protocolli principali di questo livello sono il TCP
+ e l'UDP.
+\item[\textbf{Rete}] Si occupa dello smistamento dei singoli pacchetti su una
rete complessa e interconnessa, a questo stesso livello operano i protocolli
per il reperimento delle informazioni necessarie allo smistamento, per lo
scambio di messaggi di controllo e per il monitoraggio della rete. Il
- protocollo su cui si basa questo livello è IP (sia nella attuale versione,
- IPv4 che nella nuova IPv6).
-\item \textbf{Connessione} È responsabile per l'interfacciamento al
+ protocollo su cui si basa questo livello è IP (sia nella attuale versione,
+ IPv4, che nella nuova versione, IPv6).
+\item[\textbf{Collegamento}] È responsabile per l'interfacciamento al
dispositivo elettronico che effettua la comunicazione fisica, gestendo
- l'invio e la ricezione dall'hardware dei pacchetti.
-\end{description}
+ l'invio e la ricezione dei pacchetti da e verso l'hardware.
+\end{basedescript}
+La comunicazione fra due stazioni remote avviene secondo le modalità
+illustrate in fig.~\ref{fig:net_tcpip_data_flux}, dove si è riportato il flusso
+dei dati reali e i protocolli usati per lo scambio di informazione su ciascun
+livello. Si è genericamente indicato \textit{ethernet} per il livello 1, anche
+se in realtà i protocolli di trasmissione usati possono essere molti altri.
-La comunicazione fra due stazioni avviene secondo le modalità illustrate in
-\nfig, dove si è riportato il flusso dei dati reali e i protocolli usati per
-lo scambio di informazione su ciascuno livello.
-\begin{figure}[!htbp]
- \centering
- \includegraphics[width=6cm]{img/tcp_data_flux.eps}
+\begin{figure}[!htb]
+ \centering \includegraphics[width=13cm]{img/tcp_data_flux}
\caption{Strutturazione del flusso dei dati nella comunicazione fra due
applicazioni attraverso i protocolli della suite TCP/IP.}
\label{fig:net_tcpip_data_flux}
\end{figure}
-La struttura della comuniczione pertanto si può riassumere nei seguenti passi:
+Per chiarire meglio la struttura della comunicazione attraverso i vari
+protocolli mostrata in fig.~\ref{fig:net_tcpip_data_flux}, conviene prendere in
+esame i singoli passaggi fatti per passare da un livello al sottostante,
+la procedura si può riassumere nei seguenti passi:
\begin{itemize}
-\item Le singole applicazioni si scambieranno i dati secondo un loro formato
- specifico, implementando un protocollo di applicazione (esempi possono
- essere HTTP, POP, telnet, SMTP, etc).
-\item Questi dati vengono inviati al livello di trasporto usando
+\item Le singole applicazioni comunicano scambiandosi i dati ciascuna secondo
+ un suo specifico formato. Per applicazioni generiche, come la posta o le
+ pagine web, viene di solito definito ed implementato quello che viene
+ chiamato un protocollo di applicazione (esempi possono essere HTTP, POP,
+ SMTP, ecc.), ciascuno dei quali è descritto in un opportuno standard, di
+ solito attraverso un RFC (l'acronimo RFC sta per
+ \itindex{Request~For~Comment~(RFC)} \textit{Request For Comment} ed è la
+ procedura attraverso la quale vengono proposti gli standard per Internet).
+\item I dati delle applicazioni vengono inviati al livello di trasporto usando
un'interfaccia opportuna (i \textit{socket}, che esamineremo in dettaglio in
- seguito). Qui verranno spezzati in pacchetti di dimensione opportuna e
- incapsulati nel protocollo di trasporto, aggiungendo ad ogni pacchetto le
- informazioni necessarie per la sua gestione. Questo processo viene
- svolto direttamente nel kernel ad esempio dallo stack TCP nel caso il
- protocollo di trasporto sia questo.
+ cap.~\ref{cha:socket_intro}). Qui verranno spezzati in pacchetti di
+ dimensione opportuna e inseriti nel protocollo di trasporto, aggiungendo ad
+ ogni pacchetto le informazioni necessarie per la sua gestione. Questo
+ processo viene svolto direttamente nel kernel, ad esempio dallo stack TCP,
+ nel caso il protocollo di trasporto usato sia questo.
\item Una volta composto il pacchetto nel formato adatto al protocollo di
- trasporto usato questo sarà passato al successivo livello, quello del
- collegamento che si occupa di inserire le opportune informazioni per poter
- effettuare l'instradamento nella rete ed il recapito alla destinazione
- finale. In genere questo è il livello di IP (Internet Protocol), a cui
- vengono inseriti i numeri IP che identificano i computer su internet.
-\item L'ultimo passo è il trasferimento del pacchetto al driver della
- interfaccia di trasmissione che si incarica di incapsularlo nel relativo
- protocollo di trasmissione fisica usato dall'hardware usato per la
- comunicazione (ad esempio ethernet per una scheda di rete).
+ trasporto usato questo sarà passato al successivo livello, quello di rete,
+ che si occupa di inserire le opportune informazioni per poter effettuare
+ l'instradamento nella rete ed il recapito alla destinazione finale. In
+ genere questo è il livello di IP (Internet Protocol), a cui vengono inseriti
+ i numeri IP che identificano i computer su Internet.
+\item L'ultimo passo è il trasferimento del pacchetto al driver della
+ interfaccia di trasmissione, che si incarica di incapsularlo nel relativo
+ protocollo di trasmissione. Questo può avvenire sia in maniera diretta, come
+ nel caso di ethernet, in cui i pacchetti vengono inviati sulla linea
+ attraverso le schede di rete, che in maniera indiretta con protocolli come
+ PPP o SLIP, che vengono usati come interfaccia per far passare i dati su
+ altri dispositivi di comunicazione (come la seriale o la parallela).
\end{itemize}
-\subsection{Criteri generali del design di TCP/IP}
+\subsection{Criteri generali dell'architettura del TCP/IP}
\label{sec:net_tcpip_design}
-La filosofia architetturale di TCP/IP è semplice: costruire una rete che
+La filosofia architetturale del TCP/IP è semplice: costruire una rete che
possa sopportare il carico in transito, ma permettere ai singoli nodi di
-scartare pacchetti se il carico è temporaneamente eccessivo, o se risultano
+scartare pacchetti se il carico è temporaneamente eccessivo, o se risultano
errati o non recapitabili.
-L'incarico di rendere il recapito pacchetti affidabile non spetta allo livello
-di collegamento, ma ai livelli superiori. Pertanto il protocollo IP è per sua
-natura inaffidabile, in quanto non è assicurata né una percentuale di
-successo né un limite sui tempi di consegna dei pacchetti.
+L'incarico di rendere il recapito pacchetti affidabile non spetta al livello
+di rete, ma ai livelli superiori. Pertanto il protocollo IP è per sua natura
+inaffidabile, in quanto non è assicurata né una percentuale di successo né un
+limite sui tempi di consegna dei pacchetti.
-È il livello di trasporto che si deve occupare (qualora necessiti) del
-controllo del flusso dei dati e del recupero degli errori; questo è realizzato
-dal protocollo TCP. La sede principale di "intelligenza" della rete è pertanto
-al livello di trasporto o superiore.
+È il livello di trasporto che si deve occupare (qualora necessiti) del
+controllo del flusso dei dati e del recupero degli errori; questo è realizzato
+dal protocollo TCP. La sede principale di "\textit{intelligenza}" della rete è
+pertanto al livello di trasporto o ai livelli superiori.
Infine le singole stazioni collegate alla rete non fungono soltanto da punti
-terminali di comunicazione, ma possono anche assumere il ruolo di router, per
-l'interscambio di pacchetti da una rete ad un'altra. Questo rende possibile la
-flessibilità della rete che è in grado di adattarsi ai mutamenti delle
-interconnessioni.
+terminali di comunicazione, ma possono anche assumere il ruolo di
+\textit{router} (\textsl{instradatori}), per l'interscambio di pacchetti da
+una rete ad un'altra. Questo rende possibile la flessibilità della rete che è
+in grado di adattarsi ai mutamenti delle interconnessioni.
-La caratteristica essenziale che rende tutto ciò possibile è la strutturazione
+La caratteristica essenziale che rende tutto ciò possibile è la strutturazione
a livelli tramite l'incapsulamento. Ogni pacchetto di dati viene incapsulato
-nel formato del livello successivo, fino al livello della connessione fisica.
-In questo modo il pacchetto ricevuto ad un livello $n$ dalla stazione di
-destinazione è esattamente lo stesso spedito dal livello $n$ dalla sorgente.
-Questo rende facile il progettare il software facendo riferimento unicamente a
-quanto necessario ad un singolo livello, con la confidenza che questo poi sarà
-trattato uniformemente da tutti i nodi della rete.
+nel formato del livello successivo, fino al livello del collegamento fisico.
+In questo modo il pacchetto ricevuto ad un livello \textit{n} dalla stazione
+di destinazione è esattamente lo stesso spedito dal livello \textit{n} dalla
+sorgente. Questo rende facile il progettare il software facendo riferimento
+unicamente a quanto necessario ad un singolo livello, con la confidenza che
+questo poi sarà trattato uniformemente da tutti i nodi della rete.
-\section{Il protocollo TCP/IP}
+\section{La struttura del TCP/IP}
\label{sec:net_tpcip}
-Come appena mostrato il protocollo TCP/IP è un insieme di protocolli diversi,
-che operano su 4 livelli diversi. Per gli interessi della programmazione di
-rete però sono importanti principalmente i due livelli centrali, e soprattutto
-quello di trasporto.
-
-La principale interfaccia di programmazione di rete, quella dei socket, è
-infatti un'interfaccia nei confronti di quest'ultimo. Questo avviene perché al
-di sopra del livello di trasporto i programmi hanno a che fare solo con
-dettagli specifici delle applicazioni, mentre al di sotto vengono curati tutti
-i dettagli relativi alla comunicazione. È pertanto naturale definire una API
-su questo confine tanto più che è proprio li (come evidenziato in \pfig) che
-nei sistemi unix (e non solo) viene inserita la divisione fra kernel space e
-user space.
-
-In realtà in un sistema unix è possibile accedere anche agli altri livelli
-inferiori (e non solo a quello di trasporto) con opportune interfacce (la cosa
-è indicata in \pfig\ lasciando uno spazio fra UDP e TCP), ma queste vengono
-usate solo quando si vogliono fare applicazioni di sistema per il controllo
-della rete a basso livello, un uso quindi molto specialistico, e che non
-rientra in quanto trattato qui.
-
-In questa sezione daremo una breve descrizione dei vari protocolli di TCP/IP,
-concentrandoci per le ragioni esposte sul livello di trasporto. All'interno di
-questo privilegeremo poi il protocollo TCP, per il ruolo centrale che svolge
-nella maggior parte delle applicazioni.
+Come accennato in sez.~\ref{sec:net_protocols} il TCP/IP è un insieme di
+protocolli diversi, che operano su 4 livelli diversi. Per gli interessi della
+programmazione di rete però sono importanti principalmente i due livelli
+centrali, e soprattutto quello di trasporto.
+
+La principale interfaccia usata nella programmazione di rete, quella dei
+socket (vedi sez.~\ref{cha:socket_intro}), è infatti un'interfaccia nei
+confronti di quest'ultimo. Questo avviene perché al di sopra del livello di
+trasporto i programmi hanno a che fare solo con dettagli specifici delle
+applicazioni, mentre al di sotto vengono curati tutti i dettagli relativi alla
+comunicazione. È pertanto naturale definire una interfaccia di programmazione
+su questo confine, tanto più che è proprio lì (come evidenziato in
+fig.~\ref{fig:net_osi_tcpip_comp}) che nei sistemi Unix (e non solo) viene
+inserita la divisione fra \textit{kernel space} e \textit{user space}.
+
+In realtà in un sistema Unix è possibile accedere anche agli altri livelli (e
+non solo a quello di trasporto) con opportune interfacce di programmazione
+(vedi sez.~\ref{sec:sock_sa_packet}), ma queste vengono usate solo quando si
+debbano fare applicazioni di sistema per il controllo della rete a basso
+livello, di uso quindi molto specialistico.
+
+In questa sezione daremo una descrizione sommaria dei vari protocolli del
+TCP/IP, concentrandoci, per le ragioni appena esposte, sul livello di
+trasporto. All'interno di quest'ultimo privilegeremo poi il protocollo TCP,
+per il ruolo centrale che svolge nella maggior parte delle applicazioni.
+
\subsection{Il quadro generale}
+\label{sec:net_tcpip_general}
-Benché si parli di TCP/IP questa famiglia di protocolli è composta anche da
-altri membri. In \nfig\ si è riportato uno schema che mostra un panorama sui
-vari protocolli della famiglia, e delle loro relazioni reciproche e con
-alcune dalle principali applicazioni che li usano.
+Benché si parli di TCP/IP questa famiglia di protocolli è composta anche da
+molti membri. In fig.~\ref{fig:net_tcpip_overview} si è riportato uno schema
+che mostra un panorama sui principali protocolli della famiglia, e delle loro
+relazioni reciproche e con alcune dalle principali applicazioni che li usano.
-\begin{figure}[!htbp]
+\begin{figure}[!htb]
\centering
-
+ \includegraphics[width=13cm]{img/tcpip_overview}
\caption{Panoramica sui vari protocolli che compongono la suite TCP/IP.}
\label{fig:net_tcpip_overview}
\end{figure}
-I vari protocolli mostrati in figura sono i seguenti:
-
-\begin{list}{}{}
-\item \textsl{IPv4} \textit{Internet Protocol version 4}. È quello che
- comunemente si chiama IP. Ha origine negli anni '80 e da allora è la base su
- cui è costruita internet. Usa indirizzi a 32 bit e provvede la trasmissione
- dei pacchetti TCP, UDP, ICMP e IGMP.
-\item \textsl{IPv6} \textit{Internet Protocol version 6}. È stato progettato a
- metà degli anni '90 per rimpiazzare IPv4. Ha indirizzi a 128 bit e effettua
- lo stesso servizio di trasporto di IPv4 per i pacchetti TCP, UDP e ICPMv6.
-\item \textsl{TCP} \textit{Trasmission Control Protocol}. È un protocollo
- orientato alla connessione che provvede un trasporto affidabile e
- bidirezionale di un flusso di dati. I socket TCP sono esempi di
- \textit{stream socket}. Il protocollo ha cura di tutti gli aspetti del
- trasporto, come l'acknoweledgment, i timeout, la ritrasmissione, etc. È
- usato dalla maggior parte delle applicazioni. Può essere usato sia con IPv4
- che con IPv6.
-\item \textsl{UDP} \textit{User Datagram Protocol}. È un protocollo senza
- connessione a pacchetti. I socket UDP sono esempi di \textit{datagram
- socket}. Contrariamente al TCP in protocollo non è affidabile e non c'è
- garanzia che i pacchetti raggiungano la loro destinazione, né sull'eventuale
- ordine di arrivo. Può essere usato sia con IPv4 che con IPv6.
-\item \textsl{ICMP} \textit{Internet Control Message Protocol}. Gestisce gli
- errori e trasporta l'informazione di controllo fra stazioni remote e
- instradatori (\textit{host} e \textit{router}). I messaggi sono normalmente
- generati dal software del kernel che gestisce la comunicazione TCP/IP, anche
- se ICMP può venire usato direttamente da alcuni programmi come
- \texttt{ping}. A volte ci si riferisce ad esso come ICPMv4 per distinguerlo
- da ICMPv6.
-\item \textsl{ICMP} \textit{Internet Group Management Protocol}. É un
- protocollo usato per il \textit{multicasting} (vedi
- \secref{sec:xxx_multicast}), che è opzionale in IPv4.
-\item \textsl{ARP} \textit{Address Resolution Protocol}. È il protocollo che
- mappa un indirizzo IP in un indirizzo hardware (come un indirizzo
- internet). È usato in reti di tipo broadcast come ethernet, token ring o
- FDDI ma non serve in connessioni punto-punto.
-\item \textsl{RARP} \textit{Reverse Address Resolution Protocol}. È il
- protocollo che mappa un indirizzo hardware in un indirizzo IP. Viene usato a
- volte per durante il boot per assegnare un indirizzo IP ad una macchina.
-\item \textsl{ICMPv6} \textit{Internet Control Message Protocol, version 6}.
- Combina per IPv6 le funzionalità di ICMPv4, IGMP e ARP.
-\item \textsl{NETLINK} \textit{Netlink}.
- Provvede l'interfaccia di accesso alla comunicazione a basso livello.
-\end{list}
-
-Gran parte delle applicazioni comunicano usando TCP o UDP, ed alcune si
-rifanno ad IP (ed i suoi correlati ICMP e IGMP); benché sia TCP che UDP siano
-basati su IP e sia possibile intervenire a questo livello con i \textit{raw
- socket} questa tecnica è molto meno diffusa e a parte applicazioni
-particolari si preferisce sempre usare i servizi messi a disposizione dai due
-protocolli precedenti. Per questo motivo a parte alcuni brevi accenni su IP
-in questa sezione ci concentreremo sul livello di trasporto.
+I vari protocolli riportati in fig.~\ref{fig:net_tcpip_overview} sono i
+seguenti:
+\begin{basedescript}{\desclabelwidth{1.7cm}\desclabelstyle{\nextlinelabel}}
+\item[\textsl{IPv4}] \textit{Internet Protocol version 4}. È quello che
+ comunemente si chiama IP. Ha origine negli anni '80 e da allora è la base su
+ cui è costruita Internet. Usa indirizzi a 32 bit, e mantiene tutte le
+ informazioni di instradamento e controllo per la trasmissione dei pacchetti
+ sulla rete; tutti gli altri protocolli della suite (eccetto ARP e RARP, e
+ quelli specifici di IPv6) vengono trasmessi attraverso di esso.
+\item[\textsl{IPv6}] \textit{Internet Protocol version 6}. È stato progettato
+ a metà degli anni '90 per rimpiazzare IPv4. Ha uno spazio di indirizzi
+ ampliato 128 bit che consente più gerarchie di indirizzi,
+ l'auto-configurazione, ed un nuovo tipo di indirizzi, gli \textit{anycast},
+ che consentono di inviare un pacchetto ad una stazione su un certo gruppo.
+ Effettua lo stesso servizio di trasmissione dei pacchetti di IPv4 di cui
+ vuole essere un sostituto.
+\item[\textsl{TCP}] \textit{Trasmission Control Protocol}. È un protocollo
+ orientato alla connessione che provvede un trasporto affidabile per un
+ flusso di dati bidirezionale fra due stazioni remote. Il protocollo ha cura
+ di tutti gli aspetti del trasporto, come l'\textit{acknoweledgment} (il
+ ricevuto), i timeout, la ritrasmissione, ecc. È usato dalla maggior parte
+ delle applicazioni.
+\item[\textsl{UDP}] \textit{User Datagram Protocol}. È un protocollo senza
+ connessione, per l'invio di dati a pacchetti. Contrariamente al TCP il
+ protocollo non è affidabile e non c'è garanzia che i pacchetti raggiungano
+ la loro destinazione, si perdano, vengano duplicati, o abbiano un
+ particolare ordine di arrivo.
+\item[\textsl{ICMP}] \textit{Internet Control Message Protocol}. È il
+ protocollo usato a livello 2 per gestire gli errori e trasportare le
+ informazioni di controllo fra stazioni remote e instradatori (cioè fra
+ \textit{host} e \textit{router}). I messaggi sono normalmente generati dal
+ software del kernel che gestisce la comunicazione TCP/IP, anche se ICMP può
+ venire usato direttamente da alcuni programmi come \cmd{ping}. A volte ci
+ si riferisce ad esso come ICPMv4 per distinguerlo da ICMPv6.
+\item[\textsl{IGMP}] \textit{Internet Group Management Protocol}. É un
+ protocollo di livello 2 usato per il \textit{multicast} (vedi
+ sez.~\ref{sec:xxx_multicast}). Permette alle stazioni remote di notificare
+ ai router che supportano questa comunicazione a quale gruppo esse
+ appartengono. Come ICMP viene implementato direttamente sopra IP.
+\item[\textsl{ARP}] \textit{Address Resolution Protocol}. È il protocollo che
+ mappa un indirizzo IP in un indirizzo hardware sulla rete locale. È usato in
+ reti di tipo \textit{broadcast} come Ethernet, Token Ring o FDDI che hanno
+ associato un indirizzo fisico (il \textit{MAC address}) alla interfaccia, ma
+ non serve in connessioni punto-punto.
+\item[\textsl{RARP}] \textit{Reverse Address Resolution Protocol}. È il
+ protocollo che esegue l'operazione inversa rispetto ad ARP (da cui il nome)
+ mappando un indirizzo hardware in un indirizzo IP. Viene usato a volte per
+ durante l'avvio per assegnare un indirizzo IP ad una macchina.
+\item[\textsl{ICMPv6}] \textit{Internet Control Message Protocol, version 6}.
+ Combina per IPv6 le funzionalità di ICMPv4, IGMP e ARP.
+\item[\textsl{EGP}] \textit{Exterior Gateway Protocol}. È un protocollo di
+ routing usato per comunicare lo stato fra gateway vicini a livello di
+ \textsl{sistemi autonomi} (vengono chiamati \textit{autonomous
+ systems} i raggruppamenti al livello più alto della rete), con
+ meccanismi che permettono di identificare i vicini, controllarne la
+ raggiungibilità e scambiare informazioni sullo stato della rete. Viene
+ implementato direttamente sopra IP.
+\item[\textsl{OSPF}] \textit{Open Shortest Path First}. È in protocollo di
+ routing per router su reti interne, che permette a questi ultimi di
+ scambiarsi informazioni sullo stato delle connessioni e dei legami che
+ ciascuno ha con gli altri. Viene implementato direttamente sopra IP.
+\item[\textsl{GRE}] \textit{Generic Routing Encapsulation}. È un protocollo
+ generico di incapsulamento che permette di incapsulare un qualunque altro
+ protocollo all'interno di IP.
+\item[\textsl{AH}] \textit{Authentication Header}. Provvede l'autenticazione
+ dell'integrità e dell'origine di un pacchetto. È una opzione nativa in IPv6
+ e viene implementato come protocollo a sé su IPv4. Fa parte della suite di
+ IPSEC che provvede la trasmissione cifrata ed autenticata a livello IP.
+\item[\textsl{ESP}] \textit{Encapsulating Security Payload}. Provvede la
+ cifratura insieme all'autenticazione dell'integrità e dell'origine di un
+ pacchetto. Come per AH è opzione nativa in IPv6 e viene implementato come
+ protocollo a sé su IPv4.
+\item[\textsl{PPP}] \textit{Point-to-Point Protocol}. È un protocollo a
+ livello 1 progettato per lo scambio di pacchetti su connessioni punto punto.
+ Viene usato per configurare i collegamenti, definire i protocolli di rete
+ usati ed incapsulare i pacchetti di dati. È un protocollo complesso con
+ varie componenti.
+\item[\textsl{SLIP}] \textit{Serial Line over IP}. È un protocollo di livello
+ 1 che permette di trasmettere un pacchetto IP attraverso una linea seriale.
+\end{basedescript}
+
+Gran parte delle applicazioni comunicano usando TCP o UDP, solo alcune, e per
+scopi particolari si rifanno direttamente ad IP (ed i suoi correlati ICMP e
+IGMP); benché sia TCP che UDP siano basati su IP e sia possibile intervenire a
+questo livello con i \textit{raw socket} questa tecnica è molto meno diffusa e
+a parte applicazioni particolari si preferisce sempre usare i servizi messi a
+disposizione dai due protocolli precedenti. Per questo, motivo a parte alcuni
+brevi accenni su IP in questa sezione, ci concentreremo sul livello di
+trasporto.
\subsection{Internet Protocol (IP)}
\label{sec:net_ip}
Quando si parla di IP ci si riferisce in genere alla versione attualmente in
-uso che è la versione 4 (e viene pertanto chiamato IPv4). Questa versione
-venne standardizzata nel 1981 dall'RFC~719.
+uso che è la versione 4 (e viene pertanto chiamato IPv4). Questa versione
+venne standardizzata nel 1981
+dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0719.txt}{RFC~719}.
Internet Protocol nasce per disaccoppiare le applicazioni della struttura
hardware delle reti di trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione
-dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere
-realizzato con le tecnologie più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.).
-Il compito di IP è pertanto quello di trasmettere i pacchetti da un computer
+dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere
+realizzato con le tecnologie più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc.).
+Il compito di IP è pertanto quello di trasmettere i pacchetti da un computer
all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
realizzato in IPv4 sono due:
\begin{itemize}
-\item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due host
- identificati univocamente con un indirizzo a 32 bit che può appartenere ad
- una sola interfaccia di rete.
+\item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due stazioni
+ remote identificate univocamente con un indirizzo a 32 bit che può
+ appartenere ad una sola interfaccia di rete.
\item \textit{Best effort} viene assicurato il massimo impegno nella
- trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né sulla
- percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di dati.
+ trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né sulla
+ percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di dati.
\end{itemize}
Negli anni '90 la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
-internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4, per risolverne i
-problemi si è perciò definita una nuova versione del protocollo, che (saltando
-un numero) è diventata la versione 6. IPv6 nasce quindi come evoluzione di
-IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono dimostrate valide,
+Internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4, per risolverne i
+problemi si è perciò definita una nuova versione del protocollo, che (saltando
+un numero) è diventata la versione 6. IPv6 nasce quindi come evoluzione di
+IPv4, mantenendone inalterate le funzioni che si sono dimostrate valide,
eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre per mantenere il
-protocollo il più snello e veloce possibile.
+protocollo il più snello e veloce possibile.
I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e si possono essere riassunti a
grandi linee nei seguenti punti:
\begin{itemize}
-\item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
- supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
- nodi indirizzabili molto maggiore e una autoconfigurazione degli indirizzi
+\item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
+ supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
+ nodi indirizzabili molto maggiore e una auto-configurazione degli indirizzi.
\item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
- si aggiunge agli usuali \textit{unycast} e \textit{multicast}
-\item la semplificazione del formato della testata, eliminando o rendendo
- opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
- riprocessamento della stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
- dimensione dovuto all'ampliamento degli indirizzi
+ si aggiunge agli usuali \textit{unicast} e \textit{multicast}.
+\item la semplificazione del formato dell'intestazione (\textit{header}) dei
+ pacchetti, eliminando o rendendo opzionali alcuni dei campi di IPv4, per
+ eliminare la necessità di rielaborazione della stessa da parte dei router e
+ contenere l'aumento di dimensione dovuto all'ampliamento degli indirizzi.
\item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
- più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle dimensioni
- delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di nuove in
- futuro
-\item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che
- permettano di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
- trattamento speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni
- multimediali e/o ``real-time'')
+ più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle dimensioni
+ delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di nuove in
+ futuro.
+\item il supporto per delle capacità di \textsl{qualità di servizio} (QoS) che
+ permettano di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
+ trattamento speciale (in vista dell'uso di Internet per applicazioni
+ multimediali e/o ``real-time'').
\end{itemize}
Maggiori dettagli riguardo a caratteristiche, notazioni e funzionamento del
-protocollo IP sono forniti nell'appendice \capref{cha:ip_protocol}.
+protocollo IP sono forniti nell'appendice sez.~\ref{sec:ip_protocol}.
-\subsection{UDP: User Datagram Protocol)}
+\subsection{User Datagram Protocol (UDP)}
\label{sec:net_udp}
-UDP è un protocollo di trasporto molto semplice, la sua descrizione completa è
-contenuta dell'RFC~768, ma in sostanza esso è una semplice interfaccia a IP
-dal livello di trasporto. Quando un'applicazione usa UDP essa scrive un
-pacchetto di dati (il cosiddetto \textit{datagram} che da il nome al
-protocollo) su un socket, al pacchetto viene aggiunto un header molto semplice
-(per una descrizione più accurata vedi \secref{sec:xxx_udp}), e poi viene
-passato al livello superiore (IPv4 o IPv6 che sia) che lo spedisce verso la
-destinazione. Dato che né IPv4 né IPv6 garantiscono l'affidabilità niente
-assicura che il pacchetto arrivi a destinazione, né che più pacchetti arrivino
-nello stesso ordine in cui sono stati spediti.
-
-Pertanto il problema principale che si affronta quando si usa UDP è la
-mancanza di affidabilità, se si vuole essere sicuri che i pacchetti arrivino a
-destinazione occorrerà provvedere con l'applicazione all'interno della quale
-si dovrà inserire tutto quanto necessario a gestire la notifica di
+Il protocollo UDP è un protocollo di trasporto molto semplice; la sua
+descrizione completa è contenuta
+dell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0768.txt}{RFC~768}, ma in sostanza esso
+è una semplice interfaccia al protocollo IP dal livello di trasporto. Quando
+un'applicazione usa UDP essa scrive un pacchetto di dati (il cosiddetto
+\textit{datagram} che da il nome al protocollo) su un socket, al pacchetto
+viene aggiunto un header molto semplice (per una descrizione più accurata vedi
+sez.~\ref{sec:udp_protocol}), e poi viene passato al livello superiore (IPv4 o
+IPv6 che sia) che lo spedisce verso la destinazione. Dato che né IPv4 né IPv6
+garantiscono l'affidabilità niente assicura che il pacchetto arrivi a
+destinazione, né che più pacchetti arrivino nello stesso ordine in cui sono
+stati spediti.
+
+Pertanto il problema principale che si affronta quando si usa UDP è la
+mancanza di affidabilità, se si vuole essere sicuri che i pacchetti arrivino a
+destinazione occorrerà provvedere con l'applicazione, all'interno della quale
+si dovrà inserire tutto quanto necessario a gestire la notifica di
ricevimento, la ritrasmissione, il timeout.
Si tenga conto poi che in UDP niente garantisce che i pacchetti arrivino nello
-stesso ordine in cui sono stati trasmessi, e può anche accadere che i
+stesso ordine in cui sono stati trasmessi, e può anche accadere che i
pacchetti vengano duplicati nella trasmissione, e non solo perduti. Di tutto
questo di nuovo deve tenere conto l'applicazione.
-Un'altro aspetto di UDP è che se un pacchetto raggiunge correttamente la
+Un altro aspetto di UDP è che se un pacchetto raggiunge correttamente la
destinazione esso viene passato all'applicazione ricevente in tutta la sua
-lunghezza, la trasmissione avviene perciò per \textit{record} la cui lunghezza
+lunghezza, la trasmissione avviene perciò per \textit{record} la cui lunghezza
viene anche essa trasmessa all'applicazione all'atto del ricevimento.
-Infine UDP è un protocollo che opera senza connessione
-(\textit{connectionless}) in quanto non è necessario stabilire nessun tipo di
-relazione tra origine e destinazione dei pacchetti. Si hanno così situazioni
-in cui un client può scrivere su uno stesso socket pacchetti destinati a
+Infine UDP è un protocollo che opera senza connessione
+(\textit{connectionless}) in quanto non è necessario stabilire nessun tipo di
+relazione tra origine e destinazione dei pacchetti. Si hanno così situazioni
+in cui un client può scrivere su uno stesso socket pacchetti destinati a
server diversi, o un server ricevere su un socket pacchetti provenienti da
-client diversi. Il modo più semplice di immaginarsi il funzionamento di UDP è
-quello della radio, in cui si può ``trasmettere a'' e ``ricevere da'' più
-stazioni usando la stessa frequenza.
-
-Nonostante gli evidenti svantaggi comportati dall'inaffidabilità UDP ha il
-grande pregio della velocità che in certi casi è essenziale; inoltre si presta
-bene per le applicazioni in cui la connessione non è necessaria e
-costituirebbe solo un peso di prestazioni mentre una perdita di pacchetti può
-essere tollerata, ad esempio quelle che usano il multicasting.
-
-\subsection{TCP: Transport Control Protocol)}
+client diversi. Il modo più semplice di immaginarsi il funzionamento di UDP è
+quello della radio, in cui si può \textsl{trasmettere} e \textsl{ricevere} da
+più stazioni usando la stessa frequenza.
+
+Nonostante gli evidenti svantaggi comportati dall'inaffidabilità UDP ha il
+grande pregio della velocità, che in certi casi è essenziale; inoltre si
+presta bene per le applicazioni in cui la connessione non è necessaria, e
+costituirebbe solo un peso in termini di prestazioni, mentre una perdita di
+pacchetti può essere tollerata: ad esempio le applicazioni di streaming e
+quelle che usano il \textit{multicast}.
+
+\subsection{Transport Control Protocol (TCP)}
\label{sec:net_tcp}
-Il TCP è un protocollo molto complesso, definito nell'RFC~739 e completamente
-diverso da UDP; alla base del suo design infatti non stanno semplicità e
-velocità, ma la ricerca della massima affidabilità possibile nella
-trasmissione dei dati.
+Il TCP è un protocollo molto complesso, definito
+nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc0739.txt}{RFC~739} e completamente
+diverso da UDP; alla base della sua progettazione infatti non stanno
+semplicità e velocità, ma la ricerca della massima affidabilità possibile
+nella trasmissione dei dati.
-La prima differenza con UDP è che TCP provvede sempre una connessione diretta
+La prima differenza con UDP è che TCP provvede sempre una connessione diretta
fra un client e un server, attraverso la quale essi possono comunicare; per
-questo il paragone più appropriato per questo protocollo è quello del
+questo il paragone più appropriato per questo protocollo è quello del
collegamento telefonico, in quanto prima viene stabilita una connessione fra
-due i due capi della comunicazione su cui poi viene quest'ultima viene
-effettuata.
+due i due capi della comunicazione su cui poi effettuare quest'ultima.
-Caratteristica fondamentale di TCP è l'affidabilità; quando i dati vengono
-inviati attraverso una connessione ne viene richiesto un ``ricevuto''
+Caratteristica fondamentale di TCP è l'affidabilità; quando i dati vengono
+inviati attraverso una connessione ne viene richiesto un ``\textsl{ricevuto}''
(il cosiddetto \textit{acknowlegment}), se questo non arriva essi verranno
-ritrasmessi per un determinato numero di tentativi, intervallati da un
-periodo di tempo crescente, fino a che sarà considerata fallita o caduta la
-connessione (e generato un errore di \textit{time-out}), dopo un periodo di
-tempo che dipende dall'implementazione e che può variare far i
-quattro e i dieci minuti.
-
-Inoltre per tenere conto delle diverse condizioni in cui può trovarsi la linea
-di comunicazione TCP comprende anche un algoritmo di calcolo dinamico del
-tempo di andata e ritorno dei pacchetti (il cosiddetto RTT,
-\textit{round-trip time}) fra un client e un server che lo rende in grado di
-adattarsi alle condizioni della rete per non generare inutili ritrasmissioni o
-cadere facilmente in timeout.
-
-Inoltre TCP è in grado di preservare l'ordine dei dati assegnando un numero di
+ritrasmessi per un determinato numero di tentativi, intervallati da un periodo
+di tempo crescente, fino a che sarà considerata fallita o caduta la
+connessione (e sarà generato un errore di \textit{timeout}); il periodo di
+tempo dipende dall'implementazione e può variare far i quattro e i dieci
+minuti.
+
+Inoltre, per tenere conto delle diverse condizioni in cui può trovarsi la
+linea di comunicazione, TCP comprende anche un algoritmo di calcolo dinamico
+del tempo di andata e ritorno dei pacchetti fra un client e un server (il
+cosiddetto RTT, \textit{Round Trip Time}), che lo rende in grado di adattarsi
+alle condizioni della rete per non generare inutili ritrasmissioni o cadere
+facilmente in timeout.
+
+Inoltre TCP è in grado di preservare l'ordine dei dati assegnando un numero di
sequenza ad ogni byte che trasmette. Ad esempio se un'applicazione scrive 3000
-bytes su un socket TCP, questi potranno essere spezzati dal protocollo in due
-segmenti (le unità di dati passate da TCP a IP vengono chiamate
-\textit{segment}) di 1500 bytes, di cui il primo conterrà il numero di
-sequenza $1-1500$ e il secondo il numero $1501-3000$. In questo modo anche se
-i segmenti arrivano a destinazione in un ordine diverso, o se alcuni arrivano
-più volte a causa di ritrasmissioni dovute alla perdita dei ricevuto,
-all'arrivo sarà comunque possibile riordinare i dati e scartare i duplicati.
+byte su un socket TCP, questi potranno essere spezzati dal protocollo in due
+segmenti (le unità di dati passate da TCP a IP vengono chiamate
+\textit{segment}) di 1500 byte, di cui il primo conterrà il numero di sequenza
+$1-1500$ e il secondo il numero $1501-3000$. In questo modo anche se i
+segmenti arrivano a destinazione in un ordine diverso, o se alcuni arrivano
+più volte a causa di ritrasmissioni dovute alla perdita degli
+\textit{acknowlegment}, all'arrivo sarà comunque possibile riordinare i dati e
+scartare i duplicati.
+
+\itindbeg{advertised~window}
Il protocollo provvede anche un controllo di flusso (\textit{flow control}),
-cioè specifica sempre all'altro capo della trasmissione quanti dati può
-ricevere tramite una \textit{advertised window} (letteralmente finestra
-annunciata), che indica lo spazio disponibile nel buffer di ricezione,
-cosicché nella trasmissione non vengano inviati più dati di quelli che possono
-essere ricevuti.
+cioè specifica sempre all'altro capo della trasmissione quanti dati può
+ricevere tramite una \textit{advertised window} (letteralmente
+``\textsl{finestra annunciata}''), che indica lo spazio disponibile nel buffer
+di ricezione, cosicché nella trasmissione non vengano inviati più dati di
+quelli che possono essere ricevuti.
Questa finestra cambia dinamicamente diminuendo con la ricezione dei dati dal
socket ed aumentando con la lettura di quest'ultimo da parte
-dell'applicazione, se diventa nulla il buffer di ricezione è pieno e non
+dell'applicazione, se diventa nulla il buffer di ricezione è pieno e non
verranno accettati altri dati. Si noti che UDP non provvede niente di tutto
-ciò per cui nulla impedisce che vengano trasmessi pacchetti ad un rate che il
-ricevitore non può sostenere.
+ciò per cui nulla impedisce che vengano trasmessi pacchetti ad un ritmo che il
+ricevente non può sostenere.
+
+\itindend{advertised~window}
-Infine attraverso TCP la trasmissione è sempre bidirezionale (in inglese
-\textit{full-duplex}), è cioè possibile sia trasmettere che ricevere allo
-stesso tempo, il che poi comporta che quanto dicevamo a proposito del
-controllo di flusso e della gestione della sequenzialità dei dati viene
+Infine attraverso TCP la trasmissione è sempre bidirezionale (in inglese si
+dice che è \textit{full-duplex}). È cioè possibile sia trasmettere che
+ricevere allo stesso tempo, il che comporta che quanto dicevamo a proposito
+del controllo di flusso e della gestione della sequenzialità dei dati viene
effettuato per entrambe le direzioni di comunicazione.
-Una descrizione più accurata del protocollo è fornita in appendice
-\capref{cha:tcp_protocol}.
+% TODO mettere riferimento alla appendice su TCP quando ci sarà
+%% Una descrizione più accurata del protocollo è fornita in appendice
+%% sez.~\ref{sec:tcp_protocol}.
\subsection{Limiti e dimensioni riguardanti la trasmissione dei dati}
\label{sec:net_lim_dim}
-Un aspetto di cui bisogna tenere conto, e che ritornerà in seguito, è che ci
-sono una serie di limiti a cui la trasmissione dei dati attraverso i vari
-livelli del protocollo deve sottostare, limiti che è opportuno tenere presente
-perché in certi casi si possono avere delle conseguenze sul comportamento
-delle applicazioni.
+Un aspetto di cui bisogna tenere conto nella programmazione di rete, e che
+ritornerà in seguito, quando tratteremo gli aspetti più avanzati, è che ci sono
+una serie di limiti a cui la trasmissione dei dati attraverso i vari livelli
+del protocollo deve sottostare; limiti che è opportuno tenere presente perché
+in certi casi si possono avere delle conseguenze sul comportamento delle
+applicazioni.
-Un elenco di questi limiti è il seguente, insieme ad un breve accenno alle
-loro origini ed alle eventuali implicazioni che possono avere:
+Un elenco di questi limiti, insieme ad un breve accenno alle loro origini ed
+alle eventuali implicazioni che possono avere, è il seguente:
\begin{itemize}
-\item La dimensione massima di un pacchetti IP è di 65535 bytes, compreso
- l'header. Questo è dovuto al fatto che la dimensione è indicata da un campo
- apposito nell'header di IP che è lungo 16 bit (vedi
- \tabref{tab:IP_ipv4head}).
-\item La dimensione massima di un pacchetto normale di IPv6 è di 65575 bytes,
- il campo apposito nell'header infatti è sempre a 16 bit, ma la dimensione
- dell'header è fissa e di 40 byte e non è compresa nel valore indicato dal
- suddetto campo. Inoltre IPv6 ha la possibilità di estendere la dimensione di
+\item La dimensione massima di un pacchetto IP è di 65535 byte, compresa
+ l'intestazione. Questo è dovuto al fatto che la dimensione è indicata da un
+ campo apposito nell'header di IP che è lungo 16 bit (vedi
+ fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}).
+\item La dimensione massima di un pacchetto normale di IPv6 è di 65575 byte;
+ il campo apposito nell'header infatti è sempre a 16 bit, ma la dimensione
+ dell'header è fissa e di 40 byte e non è compresa nel valore indicato dal
+ suddetto campo. Inoltre IPv6 ha la possibilità di estendere la dimensione di
un pacchetto usando la \textit{jumbo payload option}.
-\item Molte reti fisiche hanno un MTU (\textit{maximum tranfer unit}) che
- dipende dal protocollo specifico usato al livello di link. Il più comune è
- quello dell'ethernet che è pari a 1500 bytes, una serie di valori possibili
- sono riportati in \ntab.
+\itindbeg{Maximum~Transfer~Unit~(MTU)}
+\item Molte reti fisiche hanno una MTU (\textit{Maximum Transfer Unit}) che
+ dipende dal protocollo specifico usato al livello di connessione fisica. Il
+ più comune è quello di ethernet che è pari a 1500 byte, una serie di altri
+ valori possibili sono riportati in tab.~\ref{tab:net_mtu_values}.
\end{itemize}
Quando un pacchetto IP viene inviato su una interfaccia di rete e le sue
dimensioni eccedono la MTU viene eseguita la cosiddetta
-\textit{frammentazione}, i pacchetti cioè vengono spezzati (sia da IPv4 che da
-IPv6, anche se i pacchetti frammentati sono gestiti con modalità
-diverse\footnote{il primo usa un flag nell'header, il secondo una opportuna
- opzione, si veda \secref{cha:ip_protcol}}), in blocchi più piccoli che
-possono essere trasmessi attraverso l'interfaccia.
+\textit{frammentazione}, i pacchetti cioè vengono suddivisi in blocchi più
+piccoli che possono essere trasmessi attraverso l'interfaccia.\footnote{questo
+ accade sia per IPv4 che per IPv6, anche se i pacchetti frammentati sono
+ gestiti con modalità diverse, IPv4 usa un flag nell'header, IPv6 una
+ opportuna opzione, si veda sez.~\ref{sec:ipv6_protocol}.}
\begin{table}[!htb]
\centering
X.25 & 576 \\
\hline
\end{tabular}
- \caption{Valori della MTU (\textit{maximum tranfer unit}) per una serie di
- reti diverse.}
+ \caption{Valori della MTU (\textit{Maximum Transfer Unit}) per una serie di
+ diverse tecnologie di rete.}
\label{tab:net_mtu_values}
\end{table}
-La MTU più piccola fra due stazioni viene in genere chiamata \textit{path
- MTU}, che dice qual'è la lunghezza massima oltre la quale un pacchetto
+%TODO aggiornare la tabella con dati più recenti
+
+\itindbeg{Path~MTU}
+
+La MTU più piccola fra due stazioni viene in genere chiamata \textit{path
+ MTU}, che dice qual è la lunghezza massima oltre la quale un pacchetto
inviato da una stazione ad un'altra verrebbe senz'altro frammentato. Si tenga
-conto che non è affatto detto che la \textit{path MTU} sia la stessa in
-entrambe le direzioni, perché l'instradamento può essere diverso nei due
+conto che non è affatto detto che la \textit{path MTU} sia la stessa in
+entrambe le direzioni, perché l'instradamento può essere diverso nei due
sensi, con diverse tipologie di rete coinvolte.
-Una delle differenze fra IPv4 e IPv6 é che per IPv6 la frammentazione può
+Una delle differenze fra IPv4 e IPv6 é che per IPv6 la frammentazione può
essere eseguita solo alla sorgente, questo vuol dire che i router IPv6 non
-frammentano i pacchetti che trasmettono (anche se possono frammentare i
-pacchetti che generano loro stessi), mentre i router IPv4 si. In ogni caso una
-volta frammentati i pacchetti possono essere riassemblati solo alla
-destinazione.
+frammentano i pacchetti che ritrasmettono (anche se possono frammentare i
+pacchetti che generano loro stessi), al contrario di quanto fanno i router
+IPv4. In ogni caso una volta frammentati i pacchetti possono essere
+riassemblati solo alla destinazione.
-Nell'header di IPv4 è previsto il flag \texttt{DF} che specifica che il
+Nell'header di IPv4 è previsto il flag \texttt{DF} che specifica che il
pacchetto non deve essere frammentato; un router che riceva un pacchetto le
-cui dimensioni eccedano quelle dell'MTU della rete di destinazione genererà un
+cui dimensioni eccedano quelle dell'MTU della rete di destinazione genererà un
messaggio di errore ICMPv4 di tipo \textit{destination unreachable,
- fragentation needed but DF bit set}.
-
-Dato che i router IPv6 non possono effettuare la frammentazione la ricezione
-di un pacchetto di dimensione eccessiva per la ritrasmissione genererà sempre
-un messaggio di errore ICMPv6 di tipo \textit{packet too big}.
-
-Dato che il meccanismo di frammentazione e riassemblaggio comporta
-inefficienza normalmente viene utilizzato il procedimento della \textit{path
- MTU discover} (vedi RFC~1191 per IPv4 e RFC~1981 per IPv6) che permette di
-trovare il \textit{path MTU} fra due stazioni; per la realizzazione del
-procedimento si usa il flag DF di IPv4 e il comportamento normale di IPv6
-inviando delle opportune serie di pacchetti (per i dettagli vedere l'RFC~1191
-per IPv4 e l'RFC~1981 per IPv6) fintanto che non si hanno più errori.
-
-Il TCP usa sempre questo meccanismo, che per le implementazioni di IPv4 è
+ fragmentation needed but DF bit set}. Dato che i router IPv6 non possono
+effettuare la frammentazione la ricezione di un pacchetto di dimensione
+eccessiva per la ritrasmissione genererà sempre un messaggio di errore ICMPv6
+di tipo \textit{packet too big}.
+
+Dato che il meccanismo di frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti
+comporta inefficienza, normalmente viene utilizzato un procedimento, detto
+\textit{path MTU discovery} che permette di determinare il \textit{path MTU}
+fra due stazioni; per la realizzazione del procedimento si usa il flag
+\texttt{DF} di IPv4 e il comportamento normale di IPv6 inviando delle
+opportune serie di pacchetti (per i dettagli vedere
+l'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1191.txt}{RFC~1191} per IPv4 e
+l'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1981.txt}{RFC~1981} per IPv6) fintanto che
+non si hanno più errori.
+
+Il TCP usa sempre questo meccanismo, che per le implementazioni di IPv4 è
opzionale, mentre diventa obbligatorio per IPv6. Per IPv6 infatti, non
-potendo i router frammentare i pacchetti, è necessario, per poter comunicare,
-conoscere il \textit{path MTU}.
-
-
-Infine TCP definisce una \textit{maximum segment size} MSS che annuncia
-all'altro capo la dimensione massima del segmento di dati
-
-
-\subsection{Il passaggio dei dati in TCP}
-\label{sec:net_tcp_pass}
-
-\subsection{Il passaggio dei dati in UDP}
-\label{sec:net_udp_pass}
+potendo i router frammentare i pacchetti, è necessario, per poter comunicare,
+conoscere da subito il \textit{path MTU}.
+
+\itindend{Path~MTU}
+
+Infine il TCP definisce una \textit{Maximum Segment Size} o MSS (vedi
+sez.~\ref{sec:tcp_protocol}) che annuncia all'altro capo della connessione la
+dimensione massima del segmento di dati che può essere ricevuto, così da
+evitare la frammentazione. Di norma viene impostato alla dimensione della MTU
+dell'interfaccia meno la lunghezza delle intestazioni di IP e TCP, in Linux il
+default, mantenuto nella costante \constd{TCP\_MSS} è 512.
+
+\itindend{Maximum~Transfer~Unit~(MTU)}
+
+
+%%% Local Variables:
+%%% mode: latex
+%%% TeX-master: "gapil"
+%%% End:
+
+% LocalWords: TCP multitasking client ftp telnet ssh cap thread peer to three
+% LocalWords: Napster routing tier two middle International Standards Systems
+% LocalWords: Organization Interconnection tab Application Presentation All of
+% LocalWords: Session Transport DataLink Physical people seem need processing
+% LocalWords: fig upper layer lower kernel DoD Department Defense Connection
+% LocalWords: sez UDP ICMP IGMP device Trasmission Control Protocol l'IP l'UDP
+% LocalWords: IPv ethernet SMTP RFC Request For Comment socket stack PPP ARP
+% LocalWords: router instradatori version RARP anycast Di
+% LocalWords: l'acknoweledgment Datagram Message host ping ICPMv ICMPv Group
+% LocalWords: multicast Address Resolution broadcast Token FDDI MAC address DF
+% LocalWords: Reverse EGP Exterior Gateway gateway autonomous systems OSPF GRE
+% LocalWords: Shortest Path First Generic Encapsulation Authentication Header
+% LocalWords: IPSEC ESP Encapsulating Security Payload Point Line over raw QoS
+% LocalWords: dall' Universal addressing Best effort unicast header dell' RTT
+% LocalWords: datagram connectionless streaming nell' acknowlegment trip flow
+% LocalWords: segment control advertised window nell'header dell'header option
+% LocalWords: payload MTU Transfer Unit Hyperlink IBM Mbit sec IEEE path but
+% LocalWords: dell'MTU destination unreachable fragmentation needed packet too
+% LocalWords: big discovery MSS Size
projects / gapil.git / blobdiff