Capitolo 2 - parte 3. Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

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1 Capitolo 2 - parte 3 Corso Reti ed Applicazioni Mauro Campanella

2 Agenda - Domain Name Sytem (DNS) - Le socket BSD per Internet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 2

3 DNS: Domain Name System I nodi che utilizzano il protocollo IP versione 4 hanno come indirizzo un numero intero di 32 bit, generalmente scritto (per la versione 4) nella forma decimale puntata Per IP versione 6 l indirizzo è di ben 16 Byte ed è scritto come sequenza di gruppi di quattro nibble esadecimali: 8000:0007:6000:0005:CAB4:EFFE:0002:0001 L associazione [ nodo indirizzo numerico ] vale anche per altri protocolli di rete (Appletalk, DECnet, SNA ) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 3

4 Numeri o Nomi? E quindi fondamentale per gli esseri umani associare ad ogni indirizzo un nome univoco che ne permetta una facile identificazione e che abbia un significato che il numero non contiene.!!!!!! = = mail.site.firm.cc?? M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 4

5 DNS: Domain Name System Dopo una prima fase in cui la corrispondenza era fatta a mano, su ogni macchina, con un file chiamato hosts si è progettato un sistema più automatico. Il DNS (RFC 1034 e 1035) è - un schema di nomi gerarchico che si appoggia su un di un database distribuito - un protocollo dello strato di applicazione che permette ai nodi nella rete di risolvere (tradurre) nomi in indirizzi e viceversa Il DNS è un servizio vitale per Internet (core function). M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 5

6 DNS name servers Perché non un database centralizzato: - singolo punto di fallimento - alto volume di traffico - manutenzione remota Non permetterebbe di scalare a dimensioni mondiali. Ogni server è responsabile solo di una parte del database. Si crea una struttura gerarchica di delegazione della responsabilità di traduzione corrispondente allo schema di nomi scelto. Si utilizza la ridondanza ed il caching. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 6

7 DNS: la gerarchia La struttura gerarchica è ad albero, con la restrizione che sia libera da loop. La radice dell albero (root) indicata col il. (punto) è presa come punto più alto della gerarchia e da lì si procede con la creazione di domini per ramificazione. Il nome si legge, gerarchicamente, da destra a sinistra ed è del tipo: nodo.sottodominio.dominio.country. Per esempio M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 7

8 DNS: i domini Nella scelta semantica della struttura di nomi si è deciso di seguire un misto di scelta geografica e per ente a strati. Ogni zona precisa sempre di più il luogo o l ente fino ad arrivare all ultimo che corrisponde al nodo. - La radice è il. e corrisponde ai Root Name Server - seguono i domini corrispondenti ai vari paesi ed a pari livello i domini generici (p.e. biz, info) e quelli USA originari: gov(ernament), mil(itary), edu(cation), com(mercial), int(ernational), org(anisation), net(work) - la zona seguente corrisponde alle varie entità (p.e. apple) o sotto domini del paese (p.e. co per commercial) M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 8

9 DNS: la gerarchia dei nomi. root it uninsubria co www 1 o 2 o 3 o I nomi si considerano spesso apparenenti a livelli. Il 1 o livello è chiamato anche Top Level Domain o TLD. I nomi dei paesi (cctld - country code TLD) rispettano ISO M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 9

10 DNS: Root NS a NSI Herndon, VA c PSInet Herndon, VA d U Maryland College Park, MD g DISA Vienna, VA h ARL Aberdeen, MD j NSI (TBD) Herndon, VA k RIPE London i NORDUnet Stockholm m WIDE Tokyo e NASA Mt View, CA f Internet Software C. Palo Alto, CA b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Marina del Rey, CA 13 Root NS a livello mondiale (lettere da A ad M), ma per motivi storici sbilanciati geograficamente. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 10

11 I DNS server Per ogni zona nell albero dei nomi (p.e. uninsubria oppure it), esiste un name server che è autoritativo per essa, detto primario. Ad esso si possono affiancare uno o più name server secondari che offrono una copia esatta delle informazioni, copiata periodicamente dal primario (per ridondanza e bilanciamento del carico). Entrambi devono essere registrati ufficialmente nel name server di al livello superiore, che li delega alla risoluzione. Un calcolatore che svolge la funzione di Name Server può essere autoritativo per certi domini e solo secondario per altri. La scelta della mappatura domini-nameserver non è definita dal protocollo, ma decisa dagli esseri umani. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 11

12 I DNS server In questo modo si ottiene un sistema altamente distribuito il cui aggiornamento è a carico dei responsabili locali. I files di configurazione sono in ASCII. Sia i sistemi client che i server durante il funzionamento utilizzano una cache per ottimizzare il traffico ed il tempo di risposta. Dopo aver imparato una risoluzione la tengono in cache locale per un tempo massimo fissato. Poi è necessario rinnovare l informazione. Il protocollo di trasporto delle richieste e delle risposte tra i vari Server ed i client è normalmente UDP. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 12

13 Ricorsività nella risoluzione In questo modo, se il server non conosce l informazione, si fa carico della risoluzione procedendo nell albero. Alla fine la risposta è data al cliente. I name server dovrebbero essere autoritativi. NS autoritativo per.it 2 9 NS locale dns.infn.it 1 10 cliente ele.infn.it 3 8 root name server NS autoritativo per.com 5 NS autoritativo dns.disney.com M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 13

14 DNS: metodo iterativo root name server metodo ricorsivo carico eccessivo sui name server di livello più alto (vicini alla radice) richiesta ridiretta metodo iterativo il name server di livello superiore ridirige la richiesta al server adatto NS locale dns.infn.it 1 8 cliente ele.infn.it NS intermedio dns.com 5 6 NS autoritativo dns.disney.com M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 14

15 I record principali del DNS I server DNS svolgono sia la risoluzione diretta (da nome a numero) che quella inversa (da numero a nome). Tipicamente i due files di risoluzione sono distinti. I tipi di Resource Record principali nei files sono: Relativi ad una particolare host: A (Address) l indirizzo numerico associato al nome obbligatorio HINFO (Hardware Info) fornisce informazioni sull host MX TXT PTR Generali: SOA (Mailer exchage) il nodo che smista la posta per l host testo non interpretato (Pointer) per la traduzione numero in nome (Source of Authority) parametri del name server stesso CNAME (Canonical Name) crea un alias M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 15

16 DNS formato dei messaggi - l header Sia i messaggi di richiesta che di risposta hanno la stessa sintassi Nell header del messaggio: un Numero di 16 bit di identificazione, copiato nella risposta flags: - richiesta o risposta - desiderata ricorsione - ricorsione disponibile - la risposta è autoritativa M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 16

17 DNS formato dei messaggi - campo dati Nome, campi di tipo per una richiesta RR in risposta ad una richiesta records per i server autoritativi informazioni aggiuntive che possono essere utili M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 17

18 Esempio file soa per IN SOA root.pc1.sample.org. ( ; serial ; refresh (1d) 7200 ; retry (2h) ; expire (1w) ) ; minimum (1d) ; NS IN NS pc1.sample.org. IN NS dns.infn.it ; MX IN MX 5 pc2.sample.org. ; A Records localhost IN A IN HINFO LOOPBACK-HOST LOOPBACK ; Class assigned to sample.org pc1 IN A pc2 IN A ; CNAME Records dns www mail IN CNAME pc1.sample.org. IN CNAME pc1.sample.org. IN CNAME pc2.sample.org. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 18

19 Esempio file rev per IN SOA pc1.sample.org. root.pc1.sample.org. ( ; serial ; refresh (1d) 7200 ; retry (2h) ; expire (1w) ) ; minimum (1d) ; ; Authoritative name server for this domain ; IN NS pc1.sample.org. IN NS dns.infn.it. ; $ORIGIN in-addr.arpa. 1 IN PTR pc1.sample.org. 2 IN PTR pc2.sample.org. Comandi per la consultazione del DNS da Linux sono dig ed host (nslookup). M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 19

20 Agenda - Domain Name Sytem (DNS) - Le Socket BSD per Internet M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 20

21 L interfaccia dello strato di trasporto Lo strato di trasporto deve offrire allo strato di applicazione una serie di funzioni primitive per accedere ai suoi servizi. Queste funzioni (dette anche API, Application Programming Interface) sono normalmente fornite dal sistema operativo. Le Socket BSD sono l insieme di primitive di trasporto più utilizzate, sono state create per la versione originale di Unix, ed introdotte nella versione 4.1 BSD. Tutti gli altri sistemi operativi hanno adottato le socket, creando una libreria delle socket per la rete che offrisse esattamente le stesse chiamate delle socket BSD rendendo le socket lo standard di fatto. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 21

22 Unix I/O In Unix ogni operazione di I/O viene fatta su un file attraverso il descrittore di un file, cioè un numero intero che identifica il file. Il file può corrispondere ad una connessione di rete, una FIFO, una pipe, un terminale, un file su disco o altro. Il modello base per operazioni di I/O in Unix è composto da quattro operazioni semplici: open, read, write, close. La chiamata open restituisce il descrittore del file che viene usato un ognuna delle chiamate successive di read, write e close. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 22

23 socket Una porta (identificata da un descrittore) creata dall applicazione, controllata da Sistema Operativo in cui un processo a livello applicazione può sia mandare che ricevere messaggi da/verso un altro processo a livello applicativo Socket Le socket vengono esplicitamente create e distrutte dalle applicazioni (non esistono prima). Forniscono su rete due tipi fondamentali di trasporto : - affidabile, attraverso un byte stream (TCP) - inaffidabile, a datagrammi (UDP) controllato dalla applicazione controllato dal sistema operativo processo socket TCP o UDP M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 23

24 Primitive delle Socket BSD Primitiva Descrizione socket Crea una porta di comunicazione (descrittore) bind Collega un indirizzo di porta locale alla socket (se non privilegiato la porta deve essere maggiore di 1024) listen Fornisce disponibilità ad accettare connessioni e ne crea la coda in ingresso accept Blocca il server in attesa di una connessione in ingresso. All'arrivo nella coda restituisce un descrittore nuovo connect Apre una connessione remota send Invia una sequenza di Byte nella socket (affidabile) sendto Invia un datagramma ad un destinatario Inaffidabile) recv Riceve una sequenza di byte (affidabile) recvfrom Riceve un datagramma (inaffidabile) close Chiude immediatamente, rilasciando il descrittore M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 24

25 Primitive delle Socket BSD Le funzioni primitive di BSD Unix descritte sono quelle originali e le descrizioni si hanno per esempio su Linux con man nome-primitiva. Sono utilizzabili con questo nome nel linguaggio C. Java possiede una libreria con un maggior numero di primitive, che sono combinazioni di quelle base BSD e, come queste, offre uno strato indipendente dal sistema operativo. La libreria Java è limitata a PF_INET ed a TCP ed UDP. Gli esempi saranno in Java, ma è utile conoscere le primitive originali. M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 25

26 La primitiva socket() La funzione restituisce un intero ed ha la seguente sintassi: socket(int domain, int type, int protocol) domain = specifica la famiglia di protocolli da usare. P.e. PF_INET per Internet type = specifica il tipo di trasmissione per esempio: SOCK_STREAM orientata alla connessione SOCK_DGRAM singoli datagrammi inaffidabile protocol = il numero del protocollo da utilizzare M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 26

27 Domain (Protocol Families) PF_UNIX,PF_LOCAL PF_INET PF_INET6 PF_IPX PF_NETLINK PF_X25 PF_AX25 PF_ATMPVC PF_APPLETALK Local communication IPv4 Internet protocols IPv6 Internet protocols IPX - Novell protocols Kernel user interface device ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol Amateur radio AX.25 protocol Access to raw ATM PVCs Appletalk Ad ogni famiglia di protocolli possono corrispondere più famiglie di indirizzamento (Address Families). In pratica per Internet AF_INET è usato con lo stesso significato di PF_INET M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 27

28 Tipo SOCK_STREAM SOCK_DGRAM Fornisce una trasmissione di flussi di byte bidirezionali, orientate alla connessione, affidabile. Supporta datagrammi (messaggi di lunghezza massima fissata) è inaffidabile e senza connessione) SOCK_SEQPACKET Fornisce un canale di trasmissione affidabile, bidirezionale, orientato alla connessione, in sequenza per datagrammi di lunghezza massima fissata (non disponibile per PF_INET) SOCK_RAW SOCK_RDM SOCK_PACKET Fornisce un protocollo di accesso base alla rete Fornisce un trasporto a datagrammi che non garantisce l ordine Fornisce accesso ai pacchetti completi di Header M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 28

29 Protocolli Internet Normalmente esiste un unico protocollo che supporta un particolare tipo all interno di una famiglia di protocolli. ip 0 IP # internet protocol, pseudo protocol number icmp 1 ICMP # internet control message protocol igmp 2 IGMP # internet group management protocol ggp 3 GGP # gateway-gateway protocol ipencap 4 IP-ENCAP # IP encapsulated in IP tcp 6 TCP # transmission control protocol egp 8 EGP # exterior gateway protocol udp 17 UDP # user datagram protocol ipv6 41 IPv6 # IPv6 rsvp 46 RSVP # Resource ReSerVation Protocol gre 47 GRE # Generic Routing Encapsulation ospf 89 OSPFIGP # Open Shortest Path First IGP pim 103 PIM # Protocol Independent Multicast isis 124 ISIS # ISIS over IPv4 M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 29

30 Programmazione Socket con TCP Server Il processo server deve essere attivato per primo, aprendo una socket su una porta e rimanendo in attesa Client crea una socket locale e specifica TCP come trasporto specifica l indirizzo IP e la porta del server remoto all atto della connessione viene utilizzato TCP Il server, quando riceve la richiesta di connessione, crea una nuova socket - più client contemporanei possono parlare con il server - la distinzione è attraverso l indirizzo IP e la porta del client M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 30

31 Programmazione Socket con TCP Una applicazione client-server: 1) client legge una linea dallo standard input (lo stream infromuser) e la invia al server attraverso le socket (stream outtoserver) 2) il server legge la linea dalla socket 3) server convere la linea in maiuscolo e la ritorna 4) il client legge dalla socket e stampa la linea modificata socket (infromserver) processo nel client tastiera input stream output stream verso la rete infromuser outtoserver monitor infromserver client socket dalla rete input stream M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 31

32 Referenze base Programmazione Socket in C : Spencer s Socket Site (in inglese - anche C++, Java, Win) Unix Socket Programming FAQ (in inglese) Un capitolo dal libro Gapil Unix Network Programming - W. Richard Stevens (Prentice-Hall 1990, ISBN M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 32

33 #include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> Esempio scanport.c void scan_connect( char *host, int p_start, int p_end ) { struct sockaddr_in sa; int s, port, check; int connection; port = p_start; while( port <= p_end ) { s = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); if( s!= -1 ) { memset(&sa, 0, sizeof( sa ) ); sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons( port ); check = inet_pton(af_inet, host, &sa.sin_addr); if ( check <= 0 ) { printf("formato indirizzo IP errato\n"); exit(-1);} connection = connect( s, (struct sockaddr *) &sa, sizeof( sa )); if( connection == 0 ) printf( "Connessione accettata sulla porta TCP %d\n", port ); } else perror( "socket()" ); close( s ); ++port; } } M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 33

34 Esempio scanport.c int main( int argc, char *argv[] ) { int p_start, p_end; if( argc!= 4 ) { printf( "scanport <indirizzo numerico dell'host> <porta iniziale> <porta finale>\n" ); exit (-1); } p_start=atoi(argv[2]); p_end=atoi(argv[3]); if ( ( p_start > p_end ) ( p_start > ) (p_end > 65535)) { printf("porta iniziale > porta finale o porta maggiore di 65535\n"); exit(-1); } scan_connect( argv[1], p_start, p_end ); } return 0; da compilarsi con: gcc scanport.c -o scanport M. Campanella Corso Reti ed Applicazioni - Como 2005 Cap 2-3 pag. 34