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authorSimone Piccardi <piccardi@gnulinux.it>
Sat, 31 Mar 2001 22:45:18 +0000 (22:45 +0000)
committerSimone Piccardi <piccardi@gnulinux.it>
Sat, 31 Mar 2001 22:45:18 +0000 (22:45 +0000)
Makefile
network.tex
socket.tex

index aa05f50..988431e 100644 (file)
--- a/Makefile
+++ b/Makefile
@@ -1,3 +1,5 @@
 
+
+
 clean: 
        rm -f *.dvi *.log *.ps *.html
\ No newline at end of file
index ba0e7d3..531d731 100644 (file)
@@ -11,6 +11,42 @@ quello che sta alla base di internet, ed in particolare sulle parti pi
 importanti ai fini della programmazione.  
 
 
+\section{Il modello client-server}
+\label{sec:net_cliserv}.
+
+La differenza principale fra un'applicazione di rete e un programma normale è
+che quest'ultima per definizione concerne la comunicazione fra ``processi''
+diversi (che in generale non girano neanche sulla stessa macchina). Questo già
+prefigura un cambiamento completo rispetto all'ottica del ``programma''
+monolitico all'interno del quale vengono eseguite tutte le istruzioni, e
+presuppone un sistema operativo ``multitasking'' in grado di eseguire processi
+diversi.
+
+Il concetto fondamentale si basa la programmazione di rete sotto Linux (e
+sotto Unix in generale) è il modello \textit{client-server} in cui un
+programma di servizio, il \textit{server} riceve un connessione e risponde a
+un programma di utilizzo, il \textit{client}, provvedendo a quest'ultimo un
+definito insieme di servizi.
+
+Esempi di questo modello sono il WEB, ftp, telnet, ssh e praticamente ogni
+servizio che viene fornito tramite la rete, ma il modello è utilizzato in
+generale anche per programmi di uso locale.
+
+Normalmente si dividono i server in due categorie principali,
+\textit{concorrenti} e \textit{iterativi}, sulla base del loro comportamento.
+
+Un server iterativo risponde alla richiesta inviando i dati e resta occupato
+(non rispondendo ad ulteriori richieste) fintanto che non ha concluso la
+richiesta. Una volta completata la richiesta il server diventa di nuovo
+disponibile.
+
+Un server concorrente al momento di trattare la richiesta crea un processo
+figlio incaricato di fornire i servizi richiesti, per poi porsi in attesa di
+ulteriori richieste. In questo modo più richieste possono essere soddisfatte
+contemporaneamente, una volta che il processo figlio ha concluso il suo lavoro
+viene terminato, mentre il server originale resta sempre attivo.
+
+
 \section{I protocolli di rete}
 \label{sec:net_protocols}
 
@@ -190,6 +226,12 @@ rete (locale) a basso livello, un uso quindi molto specialistico. Il livello 1
 invece dipende dalle singole applicazioni ed è di nuovo troppo specifico per
 essere affrontato qui.
 
+In questa sezione daremo una breve descrizione dei vari protocolli di TCP/IP,
+ma ci concentreremo principalmente sul livello di trasposto e in particolare
+sul protocollo TCP sia per il ruolo centrale che esso svolge nella maggior
+parte delle applciazioni, sia per la sua complessità che necessita di maggiori
+spiegazioni.
+
 \subsection{Il quadro generale}
 
 Benché si parli di TCP/IP questa famiglia di protocolli è composta anche da
@@ -280,8 +322,8 @@ internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4, per risolverne i
 problemi si è perciò definita una nuova versione del protocollo, che (saltando
 un numero) è diventata la versione 6. IPv6 nasce quindi come evoluzione di
 IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono dimostrate valide,
-eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre ponendo al contempo una
-grande attenzione a mantenere il protocollo il più snello e veloce possibile.
+eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre per mantenere il
+protocollo il più snello e veloce possibile.
 
 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e si possono essere riassunti a
 grandi linee nei seguenti punti:
@@ -313,57 +355,117 @@ Per maggiori dettagli riguardo al protocollo si pu
 \label{sec:net_udp}
 
 UDP è un protocollo di trasporto molto semplice, la sua descizione completa è
-contenuta dell'RFC768, ma in sostanza esso è una semplice interfaccia a IP dal
+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
-(\ref{sec:appA_udp}, e poi viene passato al livello superiore (IPv4 o IPv6
-che sia) che lo spedisce verso la destinazione.  Dato che né IPv4 né IPv6
-garantiscono l'affidabilità niente assicura che il pacchetto arrivi a
-destinazione, né che più pacchetti arrivino nello stesso ordine in cui sono
-stati spediti.
+socket, al pacchetto viene aggiunto un header molto semplice (per una
+descrizione più accurata vedi \ref{sec:appA_udp}), e poi viene passato al
+livello superiore (IPv4 o IPv6 che sia) che lo spedisce verso la destinazione.
+Dato che né IPv4 né IPv6 garantiscono l'affidabilità niente assicura che il
+pacchetto arrivi a destinazione, né che più pacchetti arrivino nello stesso
+ordine in cui sono stati spediti.
 
 Pertanto il problema principale che si affronta quando si usa UDP è la
-mancanza di affidabilità, se si vuole essere sicuri che i pacchetti arrivino 
-
+mancanza di affidabilità, se si vuole essere sicuri che i pacchetti arrivino a
+destinazione occorrerà provvedere con l'applicazione all'interno della quale
+si dovrà inserire tutto quanto necessario a gestire la notifica di
+ricevimento, la ritrasmissione, il timeout. 
+
+Si tenga conto poi che in UDP niente garantisce che i pacchetti arrivino nello
+stesso ordine in cui sono stati trasmessi, e può anche accadere che i
+pacchetti vengano duplicati nella trasmissione, e non solo perduti. Di tutto
+questo di nuovo deve tenere conto l'applicazione.
+
+Un'altro aspetto di UDP è che se un pacchetto raggiunge correttamente la
+destinazione esso viene passato all'applicazione ricevente in tutta la sua
+lunghezza, la trasmissione avviene perciò per \textit{record} la cui lunghezza
+viene anche essa trasmessa all'applicazione all'atto del ricevimento.
+
+Infine UDP è un protocollo che opera senza connessione
+(\textit{connectionless}) in quanto non è necessario stabilire nessun tipo di
+relazione tra origine e destinazione dei pacchetti. Si hanno così situazioni
+in cui un client può scrivere su uno stesso socket pacchetti destinati a
+server diversi, o un server ricevere su un socket paccetti provenienti da
+client diversi.  Il modo più semplice di immaginarsi il funzionamento di UDP è
+quello della radio, in cui si può ``trasmettere a'' e ``ricevere da'' più
+stazioni usando la stessa frequenza.
+
+Nonostante gli evidenti svantaggi comportati dall'inaffidabilità UDP ha il
+grande pregio della velocità che in certi casi è essenziale; inoltre si presta
+bene per le applicazioni in cui la connessione non è necessaria e
+costituirebbe solo un peso di prestazioni mentre una perdita di pacchetti può
+essere tollerata, come quelle che usano il multicasting.
 
 \subsection{TCP: Transport Control Protocol)}
 \label{sec:net_tcp}
 
+Il TCP è un protocollo molto complesso, definito nell'RFC~739 e completamente
+diverso da UDP; alla base del suo design infatti non stanno semplicità e
+velocità, ma la ricerca della massima affidabilità possibile nella
+trasmissione dei dati.
+
+La prima differenza con UDP è che TCP provvede sempre una conessione diretta
+fra un client e un server, attraverso la quale essi possono comunicare; per
+questo il paragone più appropriato per questo protocollo è quello del
+collegamento telefonico, in quanto prima viene stabilita una connessione fra
+due stazioni su cui poi viene effettuata una comunicazione diretta.
+
+Caratteristica fondamentale di TCP è l'affidabilità; quando i dati vengono
+inviati attraverso una connessione ne viene richiesto un ``ricevuto''
+(il cosiddetto \textit{acknowlegment}), se questo non arriva essi verranno
+ritrasmessi facendo un determinato numero di tentativi intervallati da un
+periodo di tempo crescente, fintanto che la connessione sarà considerata
+fallita o caduta la connessione (con un errore di \textit{time-out}), dopo un
+periodo di tempo che dipende dall'implementazione e che può variare far i
+quattro e i dieci minuti.
+
+Inoltre per tenere conto delle diverse condizioni in cui può trovarsi la linea
+di comunicazione TCP comprende anche un algoritmo di calcolo dinamico del
+tempo di andata e ritorno dei pacchetti (il cosiddetto RTT, 
+\textit{round-trip time}) fra un client e un server che lo rende in grado di
+adattarsi alle condizioni della rete per non generare inutili ritrasmissioni o
+cadere facilmente in timeout.
+
+Inoltre TCP è in grado di preservare l'ordine dei dati assegnando un numero di
+sequenza ad ogni byte che trasmette. Ad esempio se un'applicazione scrive 3000
+bytes su un socket TCP, questi potranno essere spezzati dal protocollo in due
+segmenti (le unità di dati passate da TCP a IP vengono chiamate
+\textit{segment}) di 1500 bytes, di cui il primo conterrà il numero di
+sequenza $1-1500$ e il secondo il numero $1501-3000$. In questo modo anche se
+i segmenti arrivano a destinazione in un ordine diverso, o se alcuni arrivano
+più volte a causa di ritrasmissioni dovute alla perdita dei ricevuto,
+all'arrivo sarà comunque possibile riordinare i dati e scartare i duplicati.
+
+Il protocollo provvede anche un controllo di flusso (\textit{flow control}),
+cioè specifica sempre all'altro capo della trasmissione quanti dati può
+ricevere tramite una \textit{advertised window} (letteralmente finestra
+annunciata), che indica lo spazio disponibile nel buffer di ricezione,
+cosicchè nella trasmissione non vengano inviati più dati di quelli che possono
+essere ricevuti. 
+
+Questa finestra cambia dinamicamente diminuendo con la ricezione dei dati dal
+socket ed aumentando con la lettura di quest'ultimo da parte
+dell'applicazione, se diventa nulla il buffer di ricezione è pieno e non
+verranno accettati altri dati.  Si noti che UDP non provvede niente di tutto
+ciò per cui nulla impedisce che vengano trasmessi pacchetti ad un rate che il
+ricevitore non può sostenere.
+
+Infine attraverso TCP la trasmissione è sempre bidirezionale (in inglese
+\textit{full-duplex}), è cioè possibile sia trasmettere che ricevere allo
+stesso tempo, il che poi comporta che quanto dicevamo a proposito del
+controllo di flusso e della gestione della sequenzialità dei dati viene
+effettuato per entrambe le direzioni di comunicazione.
+
+\subsection{Creazione e terminazione della connessione TCP}
+
+Per capire il funzionamento delle funzioni della interfaccia dei socket che
+operano con TCP (come \texttt{connect}, \texttt{accept} e \texttt{close} che
+vedremo più avanti) è fodamentale capire come funziona la creazione e la
+conclusione di una connessione TCP.
+
+
+
+
+\subsection{Le porte}
 
 
-\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 di uso locale.
-
-Normalmente si dividono i server in due categorie principali,
-\textit{concorrenti} e \textit{iterativi}, sulla base del loro comportamento.
-
-Un server iterativo risponde alla richiesta inviando i dati e resta occupato
-(non rispondendo ad ulteriori richieste) fintanto che non ha concluso la
-richiesta. Una volta completata la richiesta il server diventa di nuovo
-disponibile.
-
-Un server concorrente al momento di trattare la richiesta crea un processo
-figlio incaricato di fornire i servizi richiesti, per poi porsi in attesa di
-ulteriori richieste. In questo modo più richieste possono essere soddisfatte
-contemporaneamente, una volta che il processo figlio ha concluso il suo lavoro
-viene terminato, mentre il server originale resta sempre attivo.
-
index 786ed55..4cc999d 100644 (file)
@@ -1,12 +1,16 @@
 \chapter{Socket}
 \label{cha:socket}
 
-I \textit{socket} sono usati come meccanismo di comunicazione fra programmi
-utilizzato in ambito unix (e non solo). La creazione di un socket restituisce
-un file descriptor analogo a quello di una pipe ma a differenza di questa e
-degli altri meccanismi esaminati nel capitolo \ref{cha:ipc} i socket non sono
-limitati alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina ma
-possono effettuare la comunicazione anche attraverso la rete.
+Il \textit{socket} (traducibile liberamente come \textsl{manicotto}) è uno dei
+principali meccanismi di comunicazione fra programmi utilizzato in ambito unix
+(e non solo). Il socket costituisce in sostanza un canale di comunicazione fra
+due processi su cui si possono leggere e scrivere dati. 
+
+La creazione di un socket restituisce un file descriptor con un comportamento
+analogo a quello di una pipe ma a differenza di questa e degli altri
+meccanismi esaminati nel capitolo \ref{cha:ipc} i socket non sono limitati
+alla comunicazione fra processi che girano sulla stessa macchina ma possono
+effettuare la comunicazione anche attraverso la rete.
 
 I socket infatti sono la principale API (\textit{Application Program
   Interface}) usata nella programmazione di rete. La loro origine risale al
@@ -14,9 +18,14 @@ I socket infatti sono la principale API (\textit{Application Program
 sostanzialmente la stessa con piccole modifiche negli anni successivi. Benché
 siano state sviluppate interfacce alternative, originate dai sistemi SYSV,
 come la XTI (\textit{X/Open Transport Interface}) nessuna ha mai raggiunto la
-diffusione e la popolarità di quella dei socket (e tantomeno usabilità e
+diffusione e la popolarità di quella dei socket ( tantomeno usabilità e
 flessibilità).
 
+La flessibilità e la genericità dell'interfaccia inoltre ha consentito di
+utilizzare i socket con i più disparati meccanismi di comunicazione, e non
+solo con la suite dei protocolli TCP/IP, che sarà comunque quella di cui
+tratteremo in maniera più estesa.
+
 
 \section{Concetti base}
 \label{sec:sock_gen}
@@ -61,11 +70,11 @@ tipi di socket, che vengono classificati raggruppandoli in quelli che si
 chiamano \textsl{domini} (\textit{domains}).  La scelta di un dominio equivale
 in sostanza alla scelta di una famiglia di protocolli. Ciascun dominio ha un
 suo nome simbolico che convenzionalmente inizia con \texttt{PF\_} (da
-\textit{protocol family}, altro nome con cui si indicano i domini). 
+\textit{Protocol Family}, altro nome con cui si indicano i domini). 
 
 A ciascun tipo di dominio corrisponde un analogo nome simbolico che inizia per
-\texttt{AF\_} (da \textit{Address Family}, nome che useremo anche noi; le man
-pages di linux si riferiscono a questi anche come \textit{name space}, nome
+\texttt{AF\_} da \textit{Address Family}, nome che useremo anche noi; le man
+pages di linux si riferiscono a questi anche come \textit{name space}, (nome
 che però il manuale della glibc riserva ai domini) e che identifica il formato
 degli indirizzi usati in quel dominio.
 
@@ -92,7 +101,6 @@ riportate in \ntab.
   \label{tab:net_pf_names}
 \end{table}
 
-
 La scelta di un dominio non comporta però la scelta dello stile di
 comunicazione, questo infatti viene a dipendere dal protocollo che si andrà ad
 utilizzare fra quelli disponibili nella famiglia scelta. Le API permettono di