Come comunicano i processi ?
• Sulla stessa macchina
–
–
–
–
Signal
Pipe
Memoria Condivisa
Code di Messaggi
• Su macchine diverse ( stessa LAN )
– File condivisi
• Su macchine diverse NON stessa rete
– Socket
Perché i socket
• Tecniche di programmazione che rendano la
rete "trasparente" ai processi stessi e quindi
ai programmatori.
• Libreria, nata per Unix, oggi usata per la
realizzazione delle applicazioni Internet per
quasi tutti i sistemi operativi.
Dalle pipe ai socket
• Un socket è una struttura dati i cui elementi
possono essere utilizzati come argomenti
delle usuali chiamate di sistema read() e
write() che consentono di scrivere e leggere
i file ordinari.
• E’ possibile comunicare anche con altre
macchine univocamente identificate da un
indirizzo IP
• Il protocollo utilizzato è TCP/IP o UDP/IP
Cos’è un Socket?
• Nei sistemi operativi moderni, con il termine socket si
indica un'astrazione software progettata per poter utilizzare
delle API standard e condivise per la trasmissione e la
ricezione di dati attraverso una rete oppure come
meccanismo di IPC (Inter-Process Communication)
• È il punto in cui il codice applicativo di un processo accede
al canale di comunicazione per mezzo di una porta,
ottenendo una comunicazione tra processi che lavorano su
due macchine fisicamente separate.
• Dal punto di vista di un programmatore un socket è una
particolare struttura dati nella quale leggere e scrivere i dati
da trasmettere o ricevere.
Socket Application
• A socket is a connection between two hosts
(endpoints).
• A socket can perform 7 basic operations.
–
–
–
–
–
–
–
Connect to a remote machine
Send data
Receive data
Close a connection
Bind to a port
Listen for incoming data
Accept connections from remote machines on the
bound port
6
Internet Socket
• Ci sono due tipi principali di Socket:
– Stream Socket (SOCK_STREAM)
• Reliable
• Two way connected
• Utilizzano il TCP-Transmission Control Protocol (RFC.793)
– Datagram Socket (SOCK_DGRAM)
• Not reliable
• Connectionless
• Utilizzano lo UDP-User Datagram Protocol (RFC. 768)
7
Comunicazione Browser/Server Web
Browser
Server Web
GET / HTTP\1.1
HTTP\1.1 200 OK
<HTML>
…..
</HTML>
8
Come avviene la comunicazione?
Browser
API fornite dal S.O.
TSAP
TCP
UDP
IP
Server Web
TSAP
TCP
UDP
IP
Il Transport Service Access Point è individuato da un indirizzo
di livello 3 (indirizzo IP) ed un indirizzo di livello 4 (port TCP)
composto da 16 bit.
9
Server
TCP Client-Server
socket()
bind()
“well-known”
port
listen()
Client
accept()
(Block until connection)
socket()
“Handshake”
Data (request)
recv()
send()
recv()
close()
connect()
send()
Data (reply)
recv()
End-of-File
close()
funzione socket()
• int socket (int family, int type, int protocol);
• family specifica la famiglia di protocolli da utilizzare.
PF_INET IPv4 protocol
PF_INET6 IPv6 protocol
PF_LOCAL Unix domain protocols (ex PF_UNIX)
• type specifica quale tipo di protocollo vogliamo utilizzare all’interno
della famiglia di protocolli specificata da family.
SOCK_STREAM socket di tipo stream (connesso affidabile)
SOCK_DGRAM socket di tipo datagram
SOCK_RAW socket di tipo raw (livello network)
• protocol di solito è settato a 0, tranne che nel caso dei socket raw.
11
funzione connect()
• La funzione connect() è usata per stabilire una connessione con un
server TCP.
#include <sys/socket.h>
int connect (int socketfd, const struct sockaddr *servaddr, int addrlen);
restituisce 0 se la connessione viene stabilita, -1 in caso di errore.
12
funzione connect()
int connect (int socketfd, const struct sockaddr *servaddr, int addrlen);
• socketfd è un descrittore socket ottenuto da una chiamata alla funzione
socket().
• servaddr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, e deve specificare
l’indirizzo IP e il numero di porta del server al quale connettersi.
• addrlen specifica la dimensione della struttura dati che contiene l’indirizzo
del server servaddr, viene di solito assegnata mediante la sizeof(servaddr).
Il client può non specificare il proprio indirizzo IP e la propria porta,
chiedendo al sistema operativo di assegnargli una porta TCP qualsiasi e come
indirizzo IP l’indirizzo della sua interfaccia di rete. Quindi non è necessaria la
chiamata alla bind() prima della connect().
13
funzione bind()
• La funzione bind() collega al socket un indirizzo locale.
Per TCP e UDP ciò significa assegnare un indirizzo IP ed
una porta a 16-bit.
#include <sys/socket.h>
int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, int addrlen);
restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
14
funzione bind()
int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, int addrlen);
• sockfd è un descrittore ottenuto da una chiamata socket().
• myaddr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, e specifica
l’eventuale indirizzo IP locale e l’eventuale numero di porta
locale a cui il sistema operativo deve collegare il socket.
• addrlen specifica la dimensione della struttura myaddr.
15
funzione bind()
• Chiamando la bind() si può specificare o no l’indirizzp IP e
la porta, assegnando valori ai due campi sin_addr e
sin_port della struttura sockaddr_in
• L’assegnazione viene fatta con le istruzioni:
struct sockaddr_in localaddr;
localaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
localaddr.sin_port = htons(port_number);
16
funzione listen()
• La funzione listen è utilizzata solo per implementare un server TCP e
esegue due azioni:
1) ordina al kernel di far passare il socket dallo stato iniziale CLOSED
allo stato LISTEN, e di accettare richieste di inizio connessione per
quel socket, mettendole in una coda del kernel.
• 2) specifica al kernel quante richieste di inizio connessione può
accodare al massimo per quel socket.
#include <sys/socket.h>
int listen (int socketfd, int backlog );
restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
17
funzione listen()
int listen (int socketfd, int backlog );
• socketfd è un descrittore ottenuto da una chiamata
socket().
• backlog è un intero che specifica quante richieste di inizio
connessione il kernel può mantenere in attesa nelle sue
code.
18
funzione accept()
• La funzione accept è chiamata solo dal TCP server e restituisce la
prima entry nella coda delle connessioni già completate per quel
socket. Se la coda è vuota la accept resta in attesa
.
#include <sys/socket.h>
int accept (int socketfd, struct sockaddr *cli_addr, int *ptraddrlen);
restituisce un descrittore socket >=0 se tutto OK, -1 in caso di
errore.
19
funzione accept()
int accept (int socketfd, struct sockaddr *cli_addr, int *ptraddrlen);
• socketfd è un descrittore ottenuto da una chiamata a socket() sul quale sono
state effettuate le chiamate bind() e listen(). Tale listening socket viene
utilizzato per accedere alla coda delle connessioni instaurate come si è visto
nella funzione listen().
• cli_addr è un puntatore alla struttura sockaddr_in, su cui la funzione accept
scrive l’indirizzo IP e il numero di porta del client, con cui è stata instaurata
la connessione a cui si riferisce il socket che viene restituito come risultato .
• ptraddrlen è un puntatore alla dimensione della struttura cli_addr che viene
restituita.
20
funzione close()
• La funzione close è utilizzata è utilizzata per chiudere un
socket e terminare una connessione TCP.
int close (int socketfd);
restituisce 0 se tutto OK, -1 in caso di errore.
• socketfd è un descrittore di socket.
21
funzione send()
int send (int socketfd, const void* msg, int len, unsigned int flags);
• La funzione send cerca di scrivere un numero byte pari a
len sul file descriptor socketfd, leggendoli dal buffer
puntato da msg.Se len è maggiore di zero viene effettuata
la scrittura e viene restituito il numero di byte scritti.
22
funzione recv()
int recv (int socketfd, const void* buf, int len, unsigned int flags);
• La funzione recv cerca di leggere un numero di byte pari a len dal file
descriptor socketfd, scrivendoli nel buffer puntato da buf. Se len è
maggiore di zero viene effettuata la lettura e viene restituito il numero
di byte letti. Se viene restituito zero significa end-of-file (fine stream).
-1 indica che si è verificato un errore.
23
funzione gethostbyname()
• struct hostent* gethostbyname( char *name );
Prende una stringa che contiene il nome dell’host e
restituisce una struttura hostent che contiene l’indirizzo
(gli indirizzi) IP dell’host.
Struct hostent {
char *h_name;
char **h_aliases;
int h_length;
char **h_addr_list;
}
//official host name
//other aliases
//address type
//list of addresses
24
UDP Client-Server
Server
socket()
bind()
“well-known”
port
Client
recvfrom()
socket()
(Block until receive datagram)
Data (request)
sendto()
sendto()
recvfrom()
Data (reply)
close()
- No “handshake”
- No simultaneous close
- No fork()/spawn() for concurrent servers!
funzione sendto()
int sendto (int socketfd, const void* msg, int len, unsigned int flags,
struct sockaddr *to, int *tolen);
• to è un puntatore a una struct sockaddr che contiene l’indirizzo IP e la
porta della destinazione.
• tolen può essere inizializzato a sizeof(struct sockaddr)
26
funzione recvfrom()
• int recvfrom (int socketfd, const void* buf, int len, unsigned
int flags, struct sockaddr *from, int * fromlen);
• from è un puntatore a una struct sockaddr che sarà riempita con
l’indirizzo IP e la porta della macchina che si è connessa
• fromlen va inizializzato a sizeof(struct sockaddr)
27
Ports
• Numbers (typical, since vary by OS):
– 0-1023 “reserved”, must be root
– 1024 - 5000 “ephemeral”
– Above 5000 for general use
• (50,000 is specified max)
• Well-known, reserved services (see
/etc/services in Unix):
– ftp
– telnet
– finger
– snmp
21/tcp
23/tcp
79/tcp
161/udp
A generic TCP application
• algorithm for TCP client
– Find the IP address and port number of server
– Create a TCP socket
– Connect the socket to server (Server must be up and listening for new
requests)
– Send/ receive data with server using the socket
– Close the connection
• algorithm for TCP server
– Find the IP address and port number of server
– Create a TCP server socket
– Bind the server socket to server IP and Port number (this is the port to
which clients will connect)
– Accept a new connection from client
• returns a client socket that represents the client which is connected
– Send/ receive data with client using the client socket
– Close the connection with client
A generic UDP application
• algorithm for UDP client
– Find the IP address and port number of server
– Create a UDP socket
– Send/ receive data with server using the socket
– Close the connection
• algorithm for UDP server
– Find the IP address and port number of server
– Create a UDP server socket
– Bind the server socket to server IP and Port number (this is the
port to which clients will send)
– Send/ receive data with client using the client socket
– Close the connection with client
Scarica
