Comunicazione Connectionless o Datagram

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1 Laboratorio Reti di Calcolatori (A.A ) Socket UDP Delfina Malandrino 2 Comunicazione Connectionless o Datagram In una comunicazione dati Datagram il canale: trasporta messaggi non è affidabile è condiviso non preserva l ordine delle informazioni Applicazioni scritte usando UDP: DNS NFS SNMP 1

2 Struttura di un Applicazione UDP 3 socket() bind() CLIENT socket() sendto() Dati (richiesta) recvfrom() Bloccato in attesa di un datagram sendto() SERVER recvfrom() Dati (risposta) close() Comunicazione senza connessione 4 Per creare un socket: socket(af_inet,sock_dgram, IPPROTO_UDP); SOCK_DGRAM è il tipo di protocollo per datagram IPPROTO_UDP è lo specifico protocollo richiesto (anche 0) 2

3 Funzioni di Input/Output 5 #include <sys/socket.h> int recvfrom(int sd, void* buf, int n, int flags, struct sockaddr* from, socklen_t *len); int sendto(int sd, const void* buf,intn,intflags, const struct sockaddr* to, socklen_t len); Per leggere o scrivere su un socket UDP si utilizzano funzioni di sistema differenti da TCP devono specificare l indirizzo del server e la sua lunghezza Restituiscono numero di byte letti/scritti se OK (>= 0) -1 se c è un errore La sendto esce dopo aver completato la spedizione non garantisce che i dati siano arrivati a destinazione Parametri di sendto 6 int sendto(int sd, const void* buf,intn,intflags, const struct sockaddr* to, socklen_t len); int sd Descrittore del socket void* buf Buffer da cui leggere i byte da inviare size_t n Numero di byte da inviare int flags Vedremo in seguito struct sockaddr* to Indirizzo del socket a cui inviare il datagram socklen_t len Lunghezza dell indirizzo puntato da to 3

4 Parametri di recvfrom 7 int recvfrom(int sd, void* buf, intn, intflags, struct sockaddr* from, socklen_t *len); int sd Descrittore del socket void* buf Buffer in cui scrivere i byte ricevuti size_t n Massimo numero di byte che si possono ricevere int flags Vedremo in seguito struct sockaddr* from Indirizzo del socket da cui ha ricevuto il datagram Può essere NULL socklen_t *len Lunghezza dell indirizzo puntato da from Funzioni sendto e recvfrom 8 I 2 argomenti finali della recvfrom sono simili ai 2 argomenti finali della accept: int recvfrom(int sd, void* buf, intn, intflags, SA* from, socklen_t *len); int accept(int sd, SA*cliaddr, socklen_t* addrlen); Il contenuto della struttura sockaddr da informazioni: Su chi ha inviato i dati (UDP) Su chi ha iniziato la connessione (TCP) 4

5 Funzioni sendto e recvfrom 9 I 2 argomenti finali della sendto sono simili ai 2 argomenti finali della connect: int sendto(int sd, const void* buf,intn,intflags, const SA* to, socklen_t len); int connect(int sd, const SA *servaddr, socklen_t addrlen); Il contenuto della struttura sockaddr va riempito con il protocol address: Dell applicazione a cui inviare dati (UDP) Dell applicazione con cui stabilire una connessione (TCP) HelloWorld UDP 10 Il Client invia la stringa Hello World al server Il server stampa la stringa su stdout 5

6 HelloWorld UDP Server 11 #include "basic.h" int main(inrtargc, char *argv[]) { int sockfd; struct sockaddr_in servaddr,cliaddr; int clilen,n; char buf[maxline]; if ((sockfd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) err_sys("socket error\n"); bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); ( servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(serv_port); servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); if (bind(sockfd, (SA *)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) err_sys("bind error\n"); HelloWorld UDP Server 12 clilen = sizeof(struct sockaddr); int recvfrom(int sd, void* buf, intn, intflags, struct sockaddr* from, socklen_t *len); if ((n=recvfrom(sockfd,buf, MAXLINE, 0,(SA *)&cliaddr, &clilen)) == -1) err_sys("recvfrom error\n"); printf( Dati del client: %s\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr)); buf[n] = '\0'; printf( Dati: \"%s\"\n",buf); close(sockfd); 6

7 HelloWorld UDP Client 13 #include "basic.h" int main(int argc, char *argv[]) { int sockfd,n; struct sockaddr_in servaddr; char buff[maxline]="hello World"; if (argc!= 2) err_quit("usage:./udpclient IP address\n"); if ((sockfd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) err_sys("socket"); bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family sin = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); if ((n=sendto(sockfd, buff, strlen(buff), 0,(SA *)&servaddr, sizeof(struct sockaddr))) == -1) err_sys("sendto"); close(sockfd); return 0; int sendto(int sd, const void* buf,intn,intflags, const struct sockaddr* to, socklen_t len); Applicazione ECHO UDP 14 Il server replica tutti i messaggi inviatigli dal client il client legge linee di testo dallo standard input e le invia al server il server legge linee di testo dal socket e li rimanda al client il client legge righe di testo dal socket e li invia allo standard output 7

8 ECHO Client 15 #include "basic.h" #include "echo_client.h" int main(int argc, char **argv){ int sockd, n; struct sockaddr_in servaddr; if (argc!= 2) err_quit("utilizzo: echo_client <IPaddress>"); if ( (sockd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) err_sys("errore in socket"); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(serv_port); servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); dg_cli_echo(stdin, sockd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); exit(0); Echo Client: dg_cli_echo 16 #include "basic.h void dg_cli_echo(file *fp, int sockfd, const SA *pservaddr, socklen_t servlen) { int n; char sendline[maxline], recvline[maxline]; while (fgets(sendline, MAXLINE, fp)!= NULL) { sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, pservaddr, servlen) n = recvfrom(sockfd, recvline, MAXLINE, 0, NULL, NULL); recvline[n] = 0; fputs(recvline, stdout); 8

9 ECHO Server 17 #include "basic.h int main(int argc, char **argv) { int sockfd; struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; if ( (sockd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) err_sys("errore in socket"); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr sin s = htonl(inaddr_any); ANY); servaddr.sin_port = htons(serv_port); bind(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); dg_srv_echo(sockfd, (SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr)); Echo Server: dg_srv_echo 18 #include "basic.h void dg_srv_echo(int sockfd, SA *cliaddr, lidd socklen_t clilen) { int n; socklen_t len; char mesg[maxline]; for ( ; ; ) { len = clilen; if( (n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, cliaddr, &len)) < 0) err_sys("errore nella recvfrom"); if( sendto(sockfd, mesg, n, 0, cliaddr, len)!= n ) err_sys("errore nella sendto"); 9

10 Controllo sul Mittente 19 Un applicazione in ascolto su una porta UDP accetta tutti i datagram ricevuti Il client deve controllare se il datagram ricevuto è la risposta del server o proviene da un altra applicazione Tutti i datagram ricevuti che non provengono dal server devono essere scartati Possibile soluzione Il client confronta l indirizzo del socket da cui ha ricevuto il datagram con quello del socket a cui ha inviato la richiesta Se il server ha più indirizzi IP potremmo scartare datagram legittimi Echo Client con verifica 20 #include "basic.h" #include "echo_client.hclient h" int main(int argc, char **argv){ int sockd, n; struct sockaddr_in servaddr; if (argc!= 2) err_quit("utilizzo: echo_client <IPaddress>"); if ( (sockd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) err_sys("errore in socket"); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(serv_port); servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); dg_cli_echo(stdin, sockd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); exit(0); 10

11 21 Echo Client con verifica Funzione dg_cli_echo void dg_cli_echo(file *fp, int sockd, const struct sockaddr * servaddr, socklen_t servlen) { int n; char sendline[maxline], recvline[maxline]; char buff[maxline], str[maxline], port[maxline]; socklen_t len; struct sockaddr *replyaddr; if( (replyaddr = malloc(servlen)) == NULL ) (1) err_sys("errore nella malloc"); while (fgets(sendline, MAXLINE, fp)!= NULL) { (2) 1. alloca la memoria per contenere l'indirizzo del mittente 2. Legge fino all EOF 22 Echo Client con verifica Funzione dg_cli_echo n = strlen(sendline); if( sendto(sockd, sendline, n, 0, servaddr, servlen)!= n ) (3) err_sys("errore nella sendto"); len = servlen; if( (n = recvfrom(sockd, recvline, MAXLINE, 0, replyaddr, &len)) < 0 ) (4) err_sys("errore nella recvfrom"); 3. spedisce una riga di testo all'indirizzo contenuto in servaddr 4. salva nel buffer recvline il contenuto del datagram ricevuto L'indirizzo del mittente è salvato in replyaddr #include <sys/socket.h> int recvfrom(int sd, void* buf, intn, intflags, struct sockaddr* from, socklen_t *len); int sendto(int sd, const void* buf,intn,intflags, const struct sockaddr* to, socklen_t len); 11

12 23 Echo Client con verifica Funzione dg_cli_echo if( (len!= servlen) memcmp(servaddr, replyaddr, len)!= 0 ) { struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in *) replyaddr; printf("risposta da %s ignorata\n", inet_ntop(af_inet, &sin->sin_addr, buff, sizeof(buff))); continue; recvline[n] = 0; if( fputs(recvline, stdout) == EOF ) err_sys("errore nella fputs"); 5. Controlla l indirizzo sorgente del datagram ricevuto se è diverso da quello in servaddr lo scarta altrimenti stampa su stdout il messaggio del server Datagrammi Perduti 24 Se un datagram si perde (es. un router lo butta via) l applicazione che lo sta attendendo può rimanere bloccata in una recvfrom() Soluzione In alcuni è possibile porre un timeout sulla recvfrom() Comunque non è possibile scoprire se il messaggio del client non è mai arrivato al server oppure se la risposta del server non è arrivata al client Utilizzare TCP 12

13 Client UDP Connessi 25 E possibile utilizzare la funzione connect() anche in applicazioni i i client senza connessione Permette di impostare una volta per tutte le due componenti remote dell associazione del client La connect() su un socket UDP implica che il kernel memorizza l indirizzo i IP e la porta con cui si vuole comunicare Client UDP Connessi 26 Può inviare datagram soltanto all indirizzo specificato nella chiamata alla connect non si usa sendto ma write o send I datagram verranno automaticamente spediti all indirizzo specificato nella chiamata a connect Può ricevere solo datagram inviati dall indirizzo specificato nella chiamata alla connect non si usa recvfrom, ma read o readv Un server UDP può comunicare con un solo client per volta Datagram che arrivano da un altro indirizzo IP verranno instradati ad un altra connessione socket UDP sullo stesso host Il pacchetto verrà scartato se non ci sono altre connessioni UDP Un errore ICMP port unreachable verrà generato 13

14 Riutilizzo della connect 27 È possibile richiamare più volte la connect() all interno della stessa applicazione i Può essere usato per Modificare l indirizzo del server con cui si vuole comunicare (specificare nuovo IP e nuova porta) Disconnettere il socket specificando AF_UNSPEC nel campo sin_family Potrebbe ritornare l errore EAFNOSUPPORT, ma è accettabile Funzione dg_cliconn_echo 1 28 void dg_cliconn_echo(file *fp, int sockd, const SA * servaddr, socklen_t servlen) { int n; char sendline[maxline], recvline[maxline]; char buff[maxline], str[maxline], port[maxline]; socklen_t len; void *ptr; if (connect(sockd, (SA *) servaddr, servlen) < 0) (1) err_sys("errore nella connect"); 1. Connette il client all indirizzo contenuto in servaddr Il client non può inviare datagram ad altri indirizzi 14

15 Funzione dg_cliconn_echo 2 29 while (fgets(sendline, MAXLINE, fp)!= NULL) { n = strlen(sendline); if( write(sockd, sendline, n)!= n ) (3) err_sys("errore nella write"); if( (n = read(sockd, recvline, MAXLINE)) < 0 ) (4) err_sys("errore nella read"); recvline[n] = 0; if( fputs(recvline, stdout) == EOF ) err_sys("errore nella fputs"); 3. Usa la write per scrivere sul socket 4. Usa la read per leggere dal socket Inaffidabilità di UDP 30 UDP non dà alcuna garanzia sulla consegna dei datagram Consideriamo la seguente applicazione client/server UDP Il client spedisce un serie di pacchetti, senza aspettare alcuna risposta (inviamo un numero fissato di datagram) Il server cicla all infinito e conta i datagram ricevuti Termina quando riceve un segnale SIGINT (CTRL-C) da stdin c e un gestore di segnale che gestisce SIGINT e stampa il numero di datagram ricevuti 15

16 Inaffidabilità di UDP 31 Applicazione client Scrive un numero fissato di datagram al server int main(int argc, char **argv) { #define NDG 2000 int sockd; /* datagram da inviare */ struct sockaddr_in servaddr; #define DGLEN 1400 /* lunghezza di ogni datagram */ if (argc!= 2) err_quit("utilizzo: count_client void dg_cli_count(file *fp, int sockd, const SA <IPaddress>"); *pservaddr, socklen_t servlen) { /* riempie la struttura servaddr */ int i; if( (sockd = socket(af_inet, char sendline[maxline]; SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ) err_sys("errore nella socket"); dg_cli_count(stdin, sockd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); exit(0); for (i = 0; i < NDG; i++) if( sendto(sockd, sendline, DGLEN, 0, pservaddr, servlen)!= DGLEN ) err_sys("errore nella sendto"); printf("inviati %d datagram al server\n", NDG); Inaffidabilità di UDP 32 Applicazione server int main(int argc, char **argv) { int sockd; struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; if( (sockd = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ) err_sys("socket error"); /* riempie struttura servaddr */ if( bind(sockd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0 ) err_sys("bind error"); dg_srv_count(sockd, _,(SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr)); static void recvfrom_int(int signo) { printf("\ndatagrams ricevuti: %d\n", count); exit(0); static void recvfrom_int(int); static int count; void dg_srv_count(int sockd, struct sockaddr *p_cliaddr, socklen_t clilen) { int n; socklen_tlen; char mesg[maxline]; if( signal(sigint, recvfrom_int) == SIG_ERR ) err_sys("errore nella signal"); for (;;){ ; len = clilen; if( (n = recvfrom(sockd, mesg, MAXLINE, 0, p_cliaddr, &len)) < 0 ) err_sys("errore nella recfrom"); count++; 16

17 33 Inaffidabilità di UDP freebsd % netstat -s -p udp udp: datagrams received 0 with incomplete header 0 with bad data length field 0 with bad checksum 0 with no checksum 832 dropped due to no socket 16 broadcast/multicast datagrams dropped due to no socket 1971 dropped due to full socket buffers 0 not for hashed pcb delivered datagrams output freebsd % udpserver ^C received 30 datagrams Error: full socket buffers Non c è modo di sapere quali applicazioni o porte hanno riscontrato problemi freebsd % netstat -s -p udp udp: datagrams received 0 with incomplete header 0 with bad data length field 0 with bad checksum 0 with no checksum 832 dropped due to no socket 16 broadcast/multicast datagrams dropped due to no socket 3941 dropped due to full socket buffers 0 not for hashed pcb delivered datagrams output =1970 discarded = 30 delivered =2000 received (dall host server non dall applicazione) 17