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+
\chapter{I socket TCP}
\label{cha:TCP_socket}
\subsection{Le opzioni TCP.}
\label{sec:TCP_TCP_opt}
-Ciascun segmento SYN contiene in genere delle opzioni per il protocollo TCP
-(le cosiddette \textit{TCP options}, che vengono inserite fra l'header e i
-dati) che servono a comunicare all'altro capo una serie di parametri utili a
-regolare la connessione. Normalmente vengono usate le seguenti opzioni:
+Ciascun segmento SYN contiene in genere delle opzioni per il protocollo TCP,
+le cosiddette \textit{TCP options},\footnote{da non confondere con le opzioni
+ dei socket TCP che tratteremo in sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options}, in
+ questo caso si tratta delle opzioni che vengono trasmesse come parte di un
+ pacchetto TCP, non delle funzioni che consentono di impostare i relativi
+ valori.} che vengono inserite fra l'header e i dati, e che servono a
+comunicare all'altro capo una serie di parametri utili a regolare la
+connessione. Normalmente vengono usate le seguenti opzioni:
\begin{itemize}
-\item \textit{MSS option}, dove MMS sta per \textit{maximum segment size}, con
- questa opzione ciascun capo della connessione annuncia all'altro il massimo
- ammontare di dati che vorrebbe accettare per ciascun segmento nella
- connessione corrente. È possibile leggere e scrivere questo valore
- attraverso l'opzione del socket \const{TCP\_MAXSEG}.
+\item \textit{MSS option}, dove MMS sta per \itindex{Maximum~Segment~Size}
+ \textit{Maximum Segment Size}, con questa opzione ciascun capo della
+ connessione annuncia all'altro il massimo ammontare di dati che vorrebbe
+ accettare per ciascun segmento nella connessione corrente. È possibile
+ leggere e scrivere questo valore attraverso l'opzione del socket
+ \const{TCP\_MAXSEG} (vedi sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options}).
-\item \textit{window scale
- option}, %come spiegato in sez.~\ref{sec:tcp_protocol}
- il protocollo TCP implementa il controllo di flusso attraverso una
- \textsl{finestra annunciata} (\textit{advertized window}) con la quale
- ciascun capo della comunicazione dichiara quanto spazio disponibile ha in
- memoria per i dati. Questo è un numero a 16 bit dell'header, che così può
- indicare un massimo di 65535 byte;\footnote{ Linux usa come massimo 32767
- per evitare problemi con alcune implementazioni che usano l'aritmetica con
- segno per implementare lo stack TCP.} ma alcuni tipi di connessione come
- quelle ad alta velocità (sopra i 45Mbit/sec) e quelle che hanno grandi
- ritardi nel cammino dei pacchetti (come i satelliti) richiedono una finestra
- più grande per poter ottenere il massimo dalla trasmissione, per questo
- esiste questa opzione che indica un fattore di scala da applicare al valore
- della finestra annunciata\footnote{essendo una nuova opzione per garantire
- la compatibilità con delle vecchie implementazioni del protocollo la
- procedura che la attiva prevede come negoziazione che l'altro capo della
- connessione riconosca esplicitamente l'opzione inserendola anche lui nel
- suo SYN di risposta dell'apertura della connessione.} per la connessione
- corrente (espresso come numero di bit cui spostare a sinistra il valore
- della finestra annunciata inserito nel pacchetto).
+\item \textit{window scale option}, il protocollo TCP implementa il controllo
+ di flusso attraverso una \itindex{advertised~window} \textit{advertised
+ window} (la ``\textsl{finestra annunciata}'', vedi
+ sez.~\ref{sec:tcp_protocol_xxx}) con la quale ciascun capo della
+ comunicazione dichiara quanto spazio disponibile ha in memoria per i dati.
+ Questo è un numero a 16 bit dell'header, che così può indicare un massimo di
+ 65535 byte;\footnote{Linux usa come massimo 32767 per evitare problemi con
+ alcune implementazioni che usano l'aritmetica con segno per implementare
+ lo stack TCP.} ma alcuni tipi di connessione come quelle ad alta velocità
+ (sopra i 45Mbit/sec) e quelle che hanno grandi ritardi nel cammino dei
+ pacchetti (come i satelliti) richiedono una finestra più grande per poter
+ ottenere il massimo dalla trasmissione. Per questo esiste questa opzione che
+ indica un fattore di scala da applicare al valore della
+ \itindex{advertised~window} finestra annunciata\footnote{essendo una nuova
+ opzione per garantire la compatibilità con delle vecchie implementazioni
+ del protocollo la procedura che la attiva prevede come negoziazione che
+ l'altro capo della connessione riconosca esplicitamente l'opzione
+ inserendola anche lui nel suo SYN di risposta dell'apertura della
+ connessione.} per la connessione corrente (espresso come numero di bit cui
+ spostare a sinistra il valore della finestra annunciata inserito nel
+ pacchetto). Con Linux è possibile indicare al kernel di far negozioare il
+ fattore di scala in fase di creazione di una connessione tramite la
+ \textit{sysctl} \texttt{tcp\_window\_scaling} (vedi
+ sez.~\ref{sec:sock_ipv4_sysctl}).\footnote{per poter usare questa
+ funzionalità è comunque necessario ampliare le dimensioni dei buffer di
+ ricezione e spedizione, cosa che può essere fatta sia a livello di sistema
+ con le opportune \textit{sysct} (vedi sez.~\ref{sec:sock_ipv4_sysctl}) che
+ a livello di singoli socket con le relative opzioni (vedi
+ sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options}).}
\item \textit{timestamp option}, è anche questa una nuova opzione necessaria
per le connessioni ad alta velocità per evitare possibili corruzioni di dati
\end{itemize}
-La MSS è generalmente supportata da quasi tutte le implementazioni del
-protocollo, le ultime due opzioni (trattate
+La MSS \itindex{Maximum~Segment~Size} è generalmente supportata da quasi tutte
+le implementazioni del protocollo, le ultime due opzioni (trattate
nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1323.txt}{RFC~1323}) sono meno comuni;
vengono anche dette \textit{long fat pipe options} dato che questo è il nome
che viene dato alle connessioni caratterizzate da alta velocità o da ritardi
\label{fig:TCP_conn_example}
\end{figure}
-La connessione viene iniziata dal client che annuncia un MSS di 1460, un
-valore tipico con Linux per IPv4 su Ethernet, il server risponde con lo stesso
-valore (ma potrebbe essere anche un valore diverso).
+La connessione viene iniziata dal client che annuncia una
+\itindex{Maximum~Segment~Size} MSS di 1460, un valore tipico con Linux per
+IPv4 su Ethernet, il server risponde con lo stesso valore (ma potrebbe essere
+anche un valore diverso).
Una volta che la connessione è stabilita il client scrive al server una
richiesta (che assumiamo stare in un singolo segmento, cioè essere minore dei
\const{INADDR\_ANY}, anche se, essendo questo nullo, il riordinamento è
inutile. Si tenga presente comunque che tutte le costanti \val{INADDR\_}
(riportate in tab.~\ref{tab:TCP_ipv4_addr}) sono definite secondo
-l'\textit{endianess}\itindex{endianess} della macchina, ed anche se
-esse possono essere invarianti rispetto all'ordinamento dei bit, è comunque
-buona norma usare sempre la funzione \func{htonl}.
+\itindex{endianess} l'\textit{endianess} della macchina, ed anche se esse
+possono essere invarianti rispetto all'ordinamento dei bit, è comunque buona
+norma usare sempre la funzione \func{htonl}.
\begin{table}[htb]
\centering
staticamente a \const{IN6ADRR\_LOOPBACK\_INIT}.
-
\subsection{La funzione \func{connect}}
\label{sec:TCP_func_connect}
limiterà ad impostare l'indirizzo dal quale e verso il quale saranno inviati
e ricevuti i pacchetti, mentre per socket di tipo \const{SOCK\_STREAM} o
\const{SOCK\_SEQPACKET}, essa attiverà la procedura di avvio (nel caso del
- TCP il \itindex{three~way~handshake}\textit{three way handshake}) della
+ TCP il \itindex{three~way~handshake} \textit{three way handshake}) della
connessione.} il prototipo della funzione è il seguente:
\begin{prototype}{sys/socket.h}
{int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen\_t
in sez.~\ref{sec:sock_addr_func}.
Nel caso di socket TCP la funzione \func{connect} avvia il
-\itindex{three~way~handshake}\textit{three way handshake}, e ritorna
-solo quando la connessione è stabilita o si è verificato un errore. Le
-possibili cause di errore sono molteplici (ed i relativi codici riportati
-sopra), quelle che però dipendono dalla situazione della rete e non da errori
-o problemi nella chiamata della funzione sono le seguenti:
+\itindex{three~way~handshake} \textit{three way handshake}, e ritorna solo
+quando la connessione è stabilita o si è verificato un errore. Le possibili
+cause di errore sono molteplici (ed i relativi codici riportati sopra), quelle
+che però dipendono dalla situazione della rete e non da errori o problemi
+nella chiamata della funzione sono le seguenti:
\begin{enumerate}
\item Il client non riceve risposta al SYN: l'errore restituito è
- \errcode{ETIMEDOUT}. Stevens riporta che BSD invia un primo SYN alla chiamata
- di \func{connect}, un altro dopo 6 secondi, un terzo dopo 24 secondi, se
- dopo 75 secondi non ha ricevuto risposta viene ritornato l'errore. Linux
- invece ripete l'emissione del SYN ad intervalli di 30 secondi per un numero
- di volte che può essere stabilito dall'utente sia con una opportuna
- \func{sysctl} che attraverso il filesystem \file{/proc} scrivendo il valore
- voluto in \file{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syn\_retries}. Il valore predefinito
- per la ripetizione dell'invio è di 5 volte, che comporta un timeout dopo
- circa 180 secondi.
+ \errcode{ETIMEDOUT}. Stevens riporta che BSD invia un primo SYN alla
+ chiamata di \func{connect}, un altro dopo 6 secondi, un terzo dopo 24
+ secondi, se dopo 75 secondi non ha ricevuto risposta viene ritornato
+ l'errore. Linux invece ripete l'emissione del SYN ad intervalli di 30
+ secondi per un numero di volte che può essere stabilito dall'utente. Questo
+ può essere fatto a livello globale con una opportuna
+ \func{sysctl},\footnote{o più semplicemente scrivendo il valore voluto in
+ \file{/proc/sys/net/ipv4/tcp\_syn\_retries}, vedi
+ sez.~\ref{sec:sock_ipv4_sysctl}.} e a livello di singolo socket con
+ l'opzione \const{TCP\_SYNCNT} (vedi sez.~\ref{sec:sock_tcp_udp_options}). Il
+ valore predefinito per la ripetizione dell'invio è di 5 volte, che comporta
+ un timeout dopo circa 180 secondi.
\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
infatti vengono mantenute due code:
\begin{enumerate}
\item La coda delle connessioni incomplete (\textit{incomplete connection
- queue} che contiene un riferimento per ciascun socket per il quale è
- arrivato un SYN ma il \itindex{three~way~handshake}\textit{three way
+ queue}) che contiene un riferimento per ciascun socket per il quale è
+ arrivato un SYN ma il \itindex{three~way~handshake} \textit{three way
handshake} non si è ancora concluso. Questi socket sono tutti nello stato
\texttt{SYN\_RECV}.
-\item La coda delle connessioni complete (\textit{complete connection queue}
+\item La coda delle connessioni complete (\textit{complete connection queue})
che contiene un ingresso per ciascun socket per il quale il
\itindex{three~way~handshake} \textit{three way handshake} è stato
completato ma ancora \func{accept} non è ritornata. Questi socket sono
del segnale \const{SIGCHLD} al padre, ma dato che non si è installato un
gestore e che l'azione predefinita per questo segnale è quella di essere
ignorato, non avendo predisposto la ricezione dello stato di terminazione,
-otterremo che il processo figlio entrerà nello stato di zombie\index{zombie}
+otterremo che il processo figlio entrerà nello stato di \index{zombie} zombie
(si riveda quanto illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigchld}), come risulterà
ripetendo il comando \cmd{ps}:
\begin{verbatim}
2359 pts/0 Z 0:00 [echod <defunct>]
\end{verbatim}
-Dato che non è il caso di lasciare processi zombie\index{zombie}, occorrerà
+Dato che non è il caso di lasciare processi \index{zombie} zombie, occorrerà
ricevere opportunamente lo stato di terminazione del processo (si veda
sez.~\ref{sec:proc_wait}), cosa che faremo utilizzando \const{SIGCHLD} secondo
quanto illustrato in sez.~\ref{sec:sig_sigchld}. Una prima modifica al nostro
sempre attivo il campo \texttt{ack}, seguito dal numero di sequenza per il
quale si da il ricevuto; quest'ultimo, a partire dal terzo pacchetto, viene
espresso in forma relativa per maggiore compattezza. Il campo \texttt{win} in
-ogni riga indica la \textit{advertising window} di cui parlavamo in
-sez.~\ref{sec:TCP_TCP_opt}. Allora si può verificare dall'output del comando
-come venga appunto realizzata la sequenza di pacchetti descritta in
-sez.~\ref{sec:TCP_conn_cre}: prima viene inviato dal client un primo pacchetto
-con il SYN che inizia la connessione, a cui il server risponde dando il
-ricevuto con un secondo pacchetto, che a sua volta porta un SYN, cui il client
-risponde con un il terzo pacchetto di ricevuto.
+ogni riga indica la \itindex{advertised~window} \textit{advertised window} di
+cui parlavamo in sez.~\ref{sec:TCP_TCP_opt}. Allora si può verificare
+dall'output del comando come venga appunto realizzata la sequenza di pacchetti
+descritta in sez.~\ref{sec:TCP_conn_cre}: prima viene inviato dal client un
+primo pacchetto con il SYN che inizia la connessione, a cui il server risponde
+dando il ricevuto con un secondo pacchetto, che a sua volta porta un SYN, cui
+il client risponde con un il terzo pacchetto di ricevuto.
Ritorniamo allora alla nostra sessione con il servizio echo: dopo le tre righe
-del \textit{three way handshake} \itindex{three~way~handshake} non avremo nulla
-fin tanto che non scriveremo una prima riga sul client; al momento in cui
-facciamo questo si genera una sequenza di altri quattro pacchetti. Il primo,
-dal client al server, contraddistinto da una lettera \texttt{P} che significa
-che il flag PSH è impostato, contiene la nostra riga (che è appunto di 11
-caratteri), e ad esso il server risponde immediatamente con un pacchetto vuoto
-di ricevuto. Poi tocca al server riscrivere indietro quanto gli è stato
+del \itindex{three~way~handshake} \textit{three way handshake} non avremo
+nulla fin tanto che non scriveremo una prima riga sul client; al momento in
+cui facciamo questo si genera una sequenza di altri quattro pacchetti. Il
+primo, dal client al server, contraddistinto da una lettera \texttt{P} che
+significa che il flag PSH è impostato, contiene la nostra riga (che è appunto
+di 11 caratteri), e ad esso il server risponde immediatamente con un pacchetto
+vuoto di ricevuto. Poi tocca al server riscrivere indietro quanto gli è stato
inviato, per cui sarà lui a mandare indietro un terzo pacchetto con lo stesso
contenuto appena ricevuto, e a sua volta riceverà dal client un ACK nel quarto
pacchetto. Questo causerà la ricezione dell'eco nel client che lo stamperà a
caso di Linux anche dall'impostazione di alcuni dei parametri di sistema che
si trovano in \file{/proc/sys/net/ipv4}, che ne controllano il comportamento:
in questo caso in particolare da \file{tcp\_retries2} (vedi
-sez.~\ref{sec:sock_sysctl}). Questo parametro infatti specifica il numero di
-volte che deve essere ritentata la ritrasmissione di un pacchetto nel mezzo di
-una connessione prima di riportare un errore di timeout. Il valore
+sez.~\ref{sec:sock_ipv4_sysctl}). Questo parametro infatti specifica il numero
+di volte che deve essere ritentata la ritrasmissione di un pacchetto nel mezzo
+di una connessione prima di riportare un errore di timeout. Il valore
preimpostato è pari a 15, il che comporterebbe 15 tentativi di ritrasmissione,
ma nel nostro caso le cose sono andate diversamente, dato che le
ritrasmissioni registrate da \cmd{tcpdump} sono solo 8; inoltre l'errore
possono utilizzare questi valori per far si che \func{select} ritorni solo
quando c'è la certezza di avere dati a sufficienza.\footnote{questo tipo di
controllo è utile di norma solo per la lettura, in quanto in genere le
- operazioni di scrittura sono già controllate dall'applicazione, che sà
+ operazioni di scrittura sono già controllate dall'applicazione, che sa
sempre quanti dati invia, mentre non è detto possa conoscere la quantità di
dati in ricezione; per cui, nella situazione in cui si conosce almeno un
valore minimo, per evitare la penalizzazione dovuta alla ripetizione delle
prima (\texttt{\small 19}) si imposta opportunamente \var{eof} ad un valore
non nullo, dopo di che (\texttt{\small 20}) si effettua la chiusura del lato
in scrittura del socket con \func{shutdown}. Infine (\texttt{\small 21}) si
-usa la macro \macro{FD\_CLR} per togliere lo standard input dal file
-descriptor set. \itindex{file~descriptor~set}
+usa la macro \macro{FD\_CLR} per togliere lo standard input dal
+\itindex{file~descriptor~set} \textit{file descriptor set}.
In questo modo anche se la lettura del file in ingresso è conclusa, la
funzione non esce dal ciclo principale (\texttt{\small 11--50}), ma continua
diverso da zero; in questo modo se l'unico socket con attività era quello
connesso, avendo opportunamente decrementato il contatore, il ciclo verrà
saltato, e si ritornerà immediatamente (ripetuta l'inizializzazione del
-\itindex{file~descriptor~set} file descriptor set con i nuovi valori nella
-tabella) alla chiamata di \func{accept}. Se il socket attivo non è quello in
-ascolto, o ce ne sono comunque anche altri, il valore di \var{n} non sarà
-nullo ed il controllo sarà eseguito. Prima di entrare nel ciclo comunque si
-inizializza (\texttt{\small 28}) il valore della variabile \var{i} che useremo
-come indice nella tabella \var{fd\_open} al valore minimo, corrispondente al
-file descriptor del socket in ascolto.
+\itindex{file~descriptor~set} \textit{file descriptor set} con i nuovi valori
+nella tabella) alla chiamata di \func{accept}. Se il socket attivo non è
+quello in ascolto, o ce ne sono comunque anche altri, il valore di \var{n} non
+sarà nullo ed il controllo sarà eseguito. Prima di entrare nel ciclo comunque
+si inizializza (\texttt{\small 28}) il valore della variabile \var{i} che
+useremo come indice nella tabella \var{fd\_open} al valore minimo,
+corrispondente al file descriptor del socket in ascolto.
Il primo passo (\texttt{\small 30}) nella verifica è incrementare il valore
dell'indice \var{i} per posizionarsi sul primo valore possibile per un file
disponibilità.
Il nostro server comunque soffre di una vulnerabilità per un attacco di tipo
-\textit{Denial of Service}. Il problema è che in caso di blocco di una
-qualunque delle funzioni di I/O, non avendo usato processi separati, tutto il
-server si ferma e non risponde più a nessuna richiesta. Abbiamo scongiurato
-questa evenienza per l'I/O in ingresso con l'uso di \func{select}, ma non vale
-altrettanto per l'I/O in uscita. Il problema pertanto può sorgere qualora una
-delle chiamate a \func{write} effettuate da \func{FullWrite} si blocchi. Con
-il funzionamento normale questo non accade in quanto il server si limita a
-scrivere quanto riceve in ingresso, ma qualora venga utilizzato un client
-malevolo che esegua solo scritture e non legga mai indietro l'\textsl{eco} del
-server, si potrebbe giungere alla saturazione del buffer di scrittura, ed al
-conseguente blocco del server su di una \func{write}.
+\itindex{Denial~of~Service~(DoS)} \textit{Denial of Service}. Il problema è
+che in caso di blocco di una qualunque delle funzioni di I/O, non avendo usato
+processi separati, tutto il server si ferma e non risponde più a nessuna
+richiesta. Abbiamo scongiurato questa evenienza per l'I/O in ingresso con
+l'uso di \func{select}, ma non vale altrettanto per l'I/O in uscita. Il
+problema pertanto può sorgere qualora una delle chiamate a \func{write}
+effettuate da \func{FullWrite} si blocchi. Con il funzionamento normale questo
+non accade in quanto il server si limita a scrivere quanto riceve in ingresso,
+ma qualora venga utilizzato un client malevolo che esegua solo scritture e non
+legga mai indietro l'\textsl{eco} del server, si potrebbe giungere alla
+saturazione del buffer di scrittura, ed al conseguente blocco del server su di
+una \func{write}.
Le possibili soluzioni in questo caso sono quelle di ritornare ad eseguire il
ciclo di risposta alle richieste all'interno di processi separati, utilizzare
Come si può notare la logica del programma è identica a quella vista in
fig.~\ref{fig:TCP_SelectEchod} per l'analogo server basato su \func{select};
la sola differenza significativa è che in questo caso non c'è bisogno di
-rigenerare i \itindex{file~descriptor~set} file descriptor set in quanto
-l'uscita è indipendente dai dati in ingresso. Si applicano comunque anche a
-questo server le considerazioni finali di sez.~\ref{sec:TCP_serv_select}.
+rigenerare i \itindex{file~descriptor~set} \textit{file descriptor set} in
+quanto l'uscita è indipendente dai dati in ingresso. Si applicano comunque
+anche a questo server le considerazioni finali di
+sez.~\ref{sec:TCP_serv_select}.
% LocalWords: socket TCP client dell'I multiplexing stream three way handshake
% LocalWords: SNDLOWAT third fset maxfd fileno ISSET closed how SHUT RD WR eof
% LocalWords: RDWR fifo Trip ping fourth CLR sull'I SETSIZE nread break Denial
% LocalWords: Service poll POLLIN POLLRDNORM POLLPRI POLLRDBAND POLLOUT events
-% LocalWords: POLLHUP POLLERR revents pollfd
+% LocalWords: POLLHUP POLLERR revents pollfd Di
%%% Local Variables:
%%% mode: latex
projects / gapil.git / blobdiff