RETI DI CALCOLATORI. Prof. PIER LUCA MONTESSORO Ing. DAVIDE PIERATTONI. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

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1 RETI DI CALCOLATORI Prof. PIER LUCA MONTESSORO Ing. DAVIDE PIERATTONI Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 1

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori prof. Pier Luca Montessoro e ing. Davide Pierattoni, Università degli Studi di Udine. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2

3 Scrittura dei programmi applicativi di rete 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3

4 Argomenti della lezione L interfaccia Socket Client e server TCP e UDP Esempi 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4

5 Interfaccia Socket Originariamente sviluppata per i sistemi Unix Consente al livello delle applicazioni di richiedere/ottenere servizi del livello di trasporto (TCP/UDP) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 5

6 Tipi di dato u_char u_short u_long unsigned char (8 bit) unsigned short int (16 bit) unsigned long int (32 bit) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 6

7 Indirizzo IP /* internet address */ struct in_addr { u_long s_addr; }; 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 7

8 Indirizzo socket /* aggiunge all indirizzo IP la porta e la famiglia a cui appartiene il protocollo */ struct sockaddr_in { u_char sin_len; u_short sin_family; u_short sin_port; struct in_addr sin_addr; u_long s_addr; char sin_zero[8]; }; 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 8

9 Indirizzo socket /* aggiunge all indirizzo IP la porta normalmente e la famiglia a cui appartiene il protocollo */ non utilizzati! struct sockaddr_in { u_char sin_len; u_short sin_family; u_short sin_port; struct in_addr sin_addr; u_long s_addr; char sin_zero[8]; }; 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 9

10 Struttura socket sin_len sin_len famiglia tipo protocollo sin_family sin_port sin_addr sin_zero indirizzo socket remoto sin_family sin_port sin_addr sin_zero indirizzo socket locale 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 10

11 Tipi di socket applicazione socket stream TCP socket datagram UDP IP socket raw livello data-link e livello fisico 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 11

12 Compatibilità dei formati Sistema big-endian MSB LSB A A+1 A+2 A Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 12

13 Compatibilità dei formati Sistema little-endian MSB LSB A A A A Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 13

14 Compatibilità dei formati I protocolli della famiglia TCP/IP usano il formato big-endian 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 14

15 Funzioni di conversione di formato u_short htons (u_short host_short); u_short ntohs (u_short network_short); u_long htonl (u_long host_long); u_long ntohl (u_long network_long); Convertono un intero (signed, long) dal formato host al formato network e viceversa 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 15

16 Funzioni di conversione di indirizzo unsigned long inet_addr (const char *); int inet_aton (const char *, struct in_addr *); char *inet_ntoa (struct in_addr); Convertono la rappresentazione decimale (stringa ASCII) di un indirizzo IP nella rappresentazione numerica interna e viceversa 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 16

17 Chiamata al DNS struct hostent { char *hname; char *haliases[]; int h_addrtype; int h_length; char *h_addr_list[]; }; struct hostent *gethostbyname (const char *hostname); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 17

18 Chiamata al DNS struct hostent { char *hname; char *haliases[]; int h_addrtype; int h_length; char *h_addr_list[]; }; nome e lista degli alias struct hostent *gethostbyname (const char *hostname); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 18

19 Chiamata al DNS per IPv4: h_addrtype = AF_INET h_length = 4 (byte) struct hostent { char *hname; char *haliases[]; int h_addrtype; int h_length; char *h_addr_list[]; }; struct hostent *gethostbyname (const char *hostname); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 19

20 Chiamata al DNS struct hostent { char *hname; char *haliases[]; int h_addrtype; int h_length; char *h_addr_list[]; }; puntatori agli indirizzi dell host (può essere multihomed ) struct hostent *gethostbyname (const char *hostname); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 20

21 Chiamate di sistema socket bind connect listen accept sendto recvfrom read write close 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 21

22 Chiamate di sistema int socket (int family, int type, int protocol); AF_INET AF_INET AF_INET SOCK_DGRAM SOCK_STREAM SOCK_RAW 0 0 prot. Crea un descrittore socket Restituisce un intero che sarà usato per i riferimenti al socket 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 22

23 Chiamate di sistema int bind (int sockfd, const struct sockaddr_in *localaddr, int localaddrlen); Aggiunge un indirizzo socket ad socket già creato 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 23

24 Chiamate di sistema int bind (int sockfd, const struct sockaddr_in *localaddr, int localaddrlen); Viene utilizzata dai server per dichiarare la porta su cui ascoltano 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 24

25 Chiamate di sistema int connect (int sockfd, const struct sockaddr_in *serveraddr, int serveraddrlen); Permette ad un processo (tipicamente il client) di aprire una connessione 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 25

26 Chiamate di sistema int listen (int sockfd, int backlog); Usata dai server TCP Informa il sistema operativo che il server è pronto ad accettare connessioni (creazione di un socket passivo ) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 26

27 Chiamate di sistema int accept (int sockfd, const struct sockaddr_in *clientaddr, int *clientaddrlen); Usata dai server TCP Rimuove la prima richiesta di connessione dalla coda delle connessioni in attesa 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27

28 Chiamate di sistema int accept (int sockfd, const struct sockaddr_in *clientaddr, int *clientaddrlen); Restituisce (in clientaddr e in clientaddrlen) l indirizzo del client 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 28

29 Chiamate di sistema int accept (int sockfd, const struct sockaddr_in *clientaddr, int *clientaddrlen); Restituisce il descrittore socket da usare per questa connessione 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 29

30 Chiamate di sistema int sendto (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *toaddr, int toaddrlen); Invia un messaggio UDP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 30

31 Chiamate di sistema int sendto (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *toaddr, int toaddrlen); I flag normalmente sono a zero 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 31

32 Chiamate di sistema int sendto (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *toaddr, int toaddrlen); Restituisce il numero di byte inviati 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32

33 Chiamate di sistema int recvfrom (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *fromaddr, int *fromaddrlen); Riceve un messaggio UDP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33

34 Chiamate di sistema int recvfrom (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *fromaddr, int *fromaddrlen); I flag normalmente sono a zero 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34

35 Chiamate di sistema int recvfrom (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *fromaddr, int *fromaddrlen); Restituisce il numero di byte ricevuti 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 35

36 Chiamate di sistema int recvfrom (int sockfd, const void *buf, int buflen, int flags, const struct sockaddr_in *fromaddr, int *fromaddrlen); Restituisce (in fromaddr e in fromaddrlen) l indirizzo del mittente 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 36

37 Chiamate di sistema int read (int sockfd, const void *buf, int buflen); int write (int sockfd, const void *buf, int buflen); Leggono/scrivono sulla connessione TCP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 37

38 Chiamate di sistema int read (int sockfd, const void *buf, int buflen); int write (int sockfd, const void *buf, int buflen); Restituiscono il numero di byte letti/scritti 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 38

39 Chiamate di sistema int close (int sockfd); Chiude un socket e interrompe una connessione TCP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 39

40 Tipi di server Il server non deve essere monopolizzato da un singolo client: Sequenziale senza connessioni (UDP, singolo processo, viene servito un client alla volta) Parallelo con connessioni (TCP, un processo per ogni client) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 40

41 Client Server sequenziale senza connessioni Porta effimera Server UDP Client UDP Porta effimera Un client alla volta Porta nota UDP Client Porta effimera UDP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 41

42 Server sequenziale UDP n processi client socket sendto (TSAP server, comando e dati) receive (risposta) close processo server socket bind (TSAP server) while (recvfrom (comando e dati, TSAP client)) { sendto (TSAP client, risposta) } 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 42

43 Server sequenziale TCP (bloccante!) n processi client socket connect (TSAP server) while (comandi utente) { write (comando e dati) } close read (risposta) processo server socket bind (TSAP server) listen while (TRUE) { accept (connessione) while (comandi utente) { read (comando e dati) write (risposta) } close (connessione) } 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 43

44 Server parallelo con connessioni Client TCP Porta effimera Server Server child Server Server child child Client TCP Client TCP Porta effimera Porta effimera Porte effimere Porta nota usata solo per l apertura della connessione TCP 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44

45 Client socket ( ) Ripetuto in base alle necessità sendto ( ) recvfrom ( ) Richieste Risposte Server socket ( ) bind ( ) Ripetuto infinite volte recvfrom ( ) Process sendto ( ) close ( ) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45

46 Server socket ( ) Client socket ( ) connect ( ) Richiesta di connessione bind ( ) listen ( ) Ripetuto all infinito accept ( ) fork ( ) Ripetuto in base alle necessità write ( ) Richiesta close (listening) Ripetuto in base alle necessita read ( ) close (accepting) Server parent read ( ) close ( ) Risposta Server child Processo write ( ) close (accepting) 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 46

47 Librerie semplificate Sviluppate dal prof. Montessoro per agevolare la scrittura di semplici esempi didattici di applicazioni client-server Per TCP: tcpsocketlib Per UDP: udpsocketlib Per datagram IP senza intestazione di livello di trasporto: rawsocketlib 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 47

48 Libreria tcpsocketlib int create_tcp_client_connection (char *ip_address, int port); int create_tcp_server (char *ip_address, int port); int close_tcp_connection (int sk); int server_handler (int sk); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 48

49 Libreria tcpsocketlib int tcp_send (int sk, char *buffer); int tcp_receive (int sk, char *buffer); void tcp_putchar (int sk, int ch); int tcp_getchar (int sk); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 49

50 Libreria udpsocketlib int create_udp_client (void); int create_udp_server (char *ip_address, int port); int close_udp_socket (int sk); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 50

51 Libreria udpsocketlib int udp_send (int sk, char *buffer, char *ip_address, int port); int udp_receive (int sk, char *buffer); int udp_receive_and_get_sender_info (int sk, char *buffer, char *ip_address, int *pport); int udp_reply (int sk, char *buffer); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 51

52 Libreria rawsocketlib int create_raw_socket (char *ip_address, int protocol); int close_raw_socket (int sk); int raw_send (int sk, char *buffer, char *ip_address); int raw_receive_and_get_sender_info (int sk, char *buffer, char *ip_address); int raw_reply (int sk, char *buffer); 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 52

53 Acknowledgements/ bibliografia Behroutz A. Forouzan I protocolli TCP/IP McGraw-Hill 2003 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 53